Thiago Ferro de Oliveira
Métodos preditivos aplicados a sistemas fotovoltaicos
Resumo
A intermitência da irradiância solar impõe instabilidades à operação de sistemas elétricos e ao despacho fotovoltaico. Este trabalho propõe uma metodologia de previsão horária da irradiância global horizontal apoiada em três elementos. O primeiro dimensiona a janela autorregressiva pelo primeiro mínimo local da função de autoinformação mútua (AMI). Esse critério é confrontado com as funções de autocorrelação parcial e total e com uma referência heurística diurna, sobre uma grade comum de defasagens. O segundo elemento tria as variáveis meteorológicas locais pela relevância medida contra o resíduo do ajuste autorregressivo, o que separa informação nova da memória já contida na série. A redundância entre as variáveis retidas é penalizada em seguida. O terceiro elemento combina modelos heterogêneos pelo empilhamento dinâmico com portões de atenção, aqui proposto, e por uma média bayesiana de modelos com escalonamento de temperatura. Esse escalonamento impede a concentração do peso em um único preditor quando os desempenhos de base são próximos. A variável-alvo é o índice de claridade de definição extraterrestre, que dispensa a calibração de turbidez atmosférica. A avaliação usa medições de superfície de duas estações automáticas do Instituto Nacional de Meteorologia, Cercadinho, de clima tropical de altitude, e Ponta Porã, de clima subtropical úmido. Treze modelos de cinco tipos foram ajustados sobre 56 células, que cruzam duas estações, sete defasagens e quatro horizontes de até seis passos, com a persistência inteligente como linha de base. Aplicaram-se dois desenhos de particionamento, réplicas de Monte Carlo e inferência não paramétrica pelos testes de Friedman e de postos sinalizados de Wilcoxon e pelo delta de Cliff. A camada de combinação obteve o menor erro quadrático em 46 das 56 células e figurou entre os dois melhores modelos em todas elas, nos dois desenhos. Nas células ancoradas do horizonte de um passo, a raiz do erro quadrático médio foi de 112,3 e 104,1~W/m$^{2}$, contra 140,0 e 131,7~W/m$^{2}$ da persistência inteligente. O coeficiente de determinação alcançou 0,851 e 0,867. Esses erros situam-se no patamar ou abaixo da faixa de 112,6 a 117,7~W/m$^{2}$ do único estudo da revisão com dados brasileiros em previsão horária. Como aquele estudo opera sobre bases derivadas de satélite, a comparação é apenas indicativa, e a proposta prescinde de sensoriamento remoto e de previsão numérica de tempo. A superfície de erro mostrou-se plana, pois as diferenças entre os critérios de defasagem não passaram de 1,4\% do erro absoluto em nenhum horizonte. A AMI define, portanto, a unidade de resolução da memória local, sem estabelecer fronteira de desempenho. A inspeção dos resíduos em escala de irradiância revelou viés condicional de $+72{,}4$ e $-63{,}0$~W/m$^{2}$ entre os extremos de transmitância, sobre um agregado de apenas $+2{,}5$~W/m$^{2}$. Medidas globais de viés mascaram, portanto, erros condicionais uma ordem de grandeza maiores. Constitui contribuição adicional a verificação de fase entre a irradiância medida e a extraterrestre, adotada como requisito prévio à modelagem.