Avaliação Técnico-Económica da Integração de Baterias em Sistemas de Autoconsumo Fotovoltaico Industrial

This work evaluates the impact of integrating battery energy storage systems in an industrial photovoltaic self-consumption installation with production limited to on-site consumption, through the analysis of different operating scenarios and management strategies.The study focuses on a real industrial facility, whose production and consumption data were processed and analyzed using Power Query, Excel, and custom VBA routines.A physical model of unconstrained photovoltaic production is implemented and energy balances are constructed, both with a 5-minute temporal resolution.Several scenarios are then simulated: operation without storage, simple maximization of self-consumption, and battery control strategies, including tariff-based arbitrage.For each scenario, energy and economic indicators are assessed, namely grid energy import, wasted energy, charged and discharged energy, average state of charge, equivalent cycles, and annual active energy cost.The results show that the introduction of energy storage is the main driver of system performance improvement, enabling significant reductions in grid imports and in annual active energy costs.More complex control strategies provide only marginal additional gains, constrained by installed capacity, continuous industrial load profile, and the limited tariff differentials between time periods.A capacity sweep analysis reveals the presence of diminishing marginal returns, indicating the suitability of intermediate storage capacities.It is concluded that integrating battery storage with photovoltaic self-consumption is technically feasible and economically attractive for the case study considered.v Resumo Este trabalho avalia o impacto da integração de sistemas de armazenamento de energia em baterias num sistema industrial com produção fotovoltaica limitada ao autoconsumo, através da análise de diferentes cenários de operação e estratégias de gestão.O estudo incide sobre uma instalação real do setor industrial, cujos dados de produção e consumo foram tratados e analisados com recurso a Power Query, Excel e rotinas desenvolvidas em VBA.É efetuada a modelação da produção fotovoltaica livre e a construção de balanços energéticos, ambas com resolução temporal de 5 minutos.Depois, a simulação de vários cenários: operação sem armazenamento, maximização simples do autoconsumo e estratégias de controlo da bateria, incluindo arbitragem tarifária.Para cada cenário são avaliados indicadores energéticos e económicos, nomeadamente energia importada da rede, energia desperdiçada, energia carregada e descarregada, estado de carga médio, ciclos equivalentes e custo anual da energia ativa.Os resultados demonstram que a introdução do armazenamento constitui o principal fator de melhoria do desempenho do sistema, permitindo reduções significativas da energia importada e do custo anual da energia ativa.Estratégias de controlo mais complexas conduzem apenas a ganhos marginais adicionais, limitados pela capacidade instalada, pelo perfil de consumo contínuo e pela reduzida diferença tarifária entre períodos horários.A análise de varrimento de capacidades evidencia a existência de retornos marginais decrescentes, apontando para a adequação de capacidades intermédias de armazenamento.Conclui-se que a integração de baterias associadas ao autoconsumo fotovoltaico é tecnicamente viável e economicamente atrativa para o caso em estudo.vi vii Agradecimentos Agradeço aos meus pais, irmãos, avós e restantes familiares por todo o apoio ao longo desta etapa.Agradeço aos meus colegas de casa e amigos que me acompanharam nesta caminhada.Obrigado ao professor José Rui que, desde o primeiro momento, se mostrou disponível para me acompanhar e a todos os elementos da ECOinside que, de alguma forma, contribuíram para este resultado.Dobrou, mas não quebrou!João viii ix "Wealth consists not in having great possessions, but in having few wants" Epictetus x xi Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) O presente trabalho insere-se no contexto da transição energética e da descarbonização do setor industrial, ao analisar, de forma quantitativa, o impacto da integração de produção fotovoltaica e sistemas de armazenamento na redução da energia importada da rede e no aumento do autoconsumo.A metodologia desenvolvida e os resultados obtidos contribuem para vários Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) definidos pelas Nações Unidas, conforme sintetizado na tabela seguinte.