Dissertação
Effects of a Floating Photovoltaic System on the Water Evaporation Rate in the Passaúna Reservoir.
Registro en:
SANTOS, Fernando Roberto dos. Efeitos de um sistema fotovoltaico flutuante na taxa de evaporação da água do reservatório do Passaúna. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Sanitária e Ambiental) - Universidade Estadual de Ponta Grossa. Ponta Grossa. 2022.
Autor
Santos, Fernando Roberto dos
Institución
Resumen
Freshwater scarcity is a significant concern due to climate change in some regions of
Brazil. Water evaporation rates in reservoirs increase with increasing temperatures,
which can represent a great challenge for managing water resources. The coverage
area of floating photovoltaic systems reduces the amount of sunlight on the water
surface, reducing the water evaporation rates. In 2019 a floating photovoltaic system
was installed in the Passaúna reservoir, located in the metropolitan region of
Curitiba, State of Paraná, southern Brazil. The general objective of this work is to
study the effects of the floating photovoltaic system in the Passaúna reservoir on
water evaporation. Based on this objective, the work was divided into two chapters:
in the first chapter, the evaporation avoided by the installation of the floating
photovoltaic system in the Passaúna reservoir was estimated, considering the
existing coverage area, with a capacity of 130 kWp, and expansions of the system to
correspond to energy production capacities of 1 MWp, 2.5 MWp and 5 MWp.
Different methods were used to estimate the evaporation rates through local
meteorological data such as air temperature, humidity, solar radiation, and wind
speed, whose results were compared with direct evaporation measurements
obtained at the nearest meteorological station. The FAO Penman-Monteith and
Linacre method (1977) showed better results for the region. An efficiency of 60.20%
in reducing evaporation rates and water-saving by the floating photovoltaic system
layout was obtained, which was then used to calculate avoided evaporation volumes,
assuming the increases in coverage area and its relationship to energy production
capacity, considering the reservoir at full capacity and in the current scenario of water
drought. In the second chapter, evaporation rates were estimated for future climate
scenarios for the years 2040, 2060, 2080, and 2100 considering the climate change
scenarios from the Intergovernmental Panel on Climate Change. PGECLIMA_R
software was used to simulate air temperature, humidity, and solar radiation; the
wind was obtained through a beta distribution simulation. An increase in evaporation
of 31.88% compared to current historical data can be expected towards the end of
the century in the worst climate scenario. Therefore, technologies such as the
floating photovoltaic system can represent an essential alternative in preventing
evaporation today and in the future, becoming a strategic tool in managing water
resources. A escassez de água doce é uma grande preocupação devido às mudanças
climáticas em algumas regiões do Brasil. As taxas de evaporação da água em
reservatórios aumentam com o aumento das temperaturas, o que pode representar
um grande desafio para a gestão dos recursos hídricos. A área de cobertura dos
sistemas fotovoltaicos flutuantes reduz a quantidade de luz solar na superfície da
água, reduzindo as taxas de evaporação da água. Em 2019 foi instalado um sistema
fotovoltaico flutuante no reservatório Passaúna, localizado na região metropolitana
de Curitiba, Estado do Paraná, sul do Brasil. O objetivo geral deste trabalho é
estudar os efeitos do sistema fotovoltaico flutuante sobre a evaporação da água no
reservatório do Passaúna. Com base nesse objetivo, o trabalho foi dividido em dois
capítulos: no primeiro capítulo foi estimada a evaporação evitada pela instalação do
sistema fotovoltaico flutuante no reservatório do Passaúna, considerando a área de
cobertura existente, com capacidade de 130 kWp, e um aumento na área de
abrangência correspondente a 1 MWp, 2.5 MWp e 5 MWp em capacidade de
produção de energia. Diferentes métodos foram utilizados para estimar as taxas de
evaporação por meio de dados meteorológicos locais, como temperatura do ar,
umidade, radiação solar e velocidade do vento, cujos resultados foram comparados
com medições diretas de evaporação obtidas na estação meteorológica mais
próxima. O método FAO Penman-Monteith e Linacre (1977) apresentou melhores
resultados para a região. Obteve-se uma eficiência de 60,20% na redução das taxas
de evaporação e economia de água pelo layout do sistema fotovoltaico flutuante,
que foi então utilizado para calcular os volumes de evaporação evitados, assumindo
os aumentos de área de cobertura e sua relação com a capacidade de produção de
energia, considerando o reservatório em sua capacidade total e no atual cenário de
seca hídrica. No segundo capítulo, foram estimadas as taxas de evaporação para
cenários climáticos futuros para os anos de 2040, 2060, 2080 e 2100 considerando
os cenários de mudanças climáticas do Painel Intergovernamental sobre Mudanças
Climáticas. O software PGECLIMA_R foi utilizado para simular a temperatura do ar,
umidade e radiação solar; o vento foi obtido através de uma simulação de
distribuição beta. Um aumento na evaporação de 31,88% em relação aos dados
históricos atuais pode ser esperado para o final do século no pior cenário climático.
Portanto, tecnologias como o sistema fotovoltaico flutuante podem representar uma
importante alternativa na prevenção da evaporação hoje e no futuro, tornando-se
uma ferramenta estratégica na gestão dos recursos hídricos.