Avaliação da influência de um sistema fotovoltaico flutuante no reservatório Passaúna

Orientador: Prof. Dr. Tobias Bleninger

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Defesa : Curitiba, 22/03/2024

Inclui referências

Área de concentração: Engenharia Ambiental

Resumo: Reservatórios de modo geral e lagos são importantes ecossistemas aquáticos, e podem sofrer com diferentes tipos de impactos ambientais, como usos voltados para geração hidrelétrica de energia. Os sistemas fotovoltaicos flutuantes (SFFs) são fontes renováveis de energia, estão em crescimento pelo mundo e podem ser instalados em diversos corpos hídricos. No entanto, apesar dos benefícios acerca dos seus usos, seus reais impactos ambientais ainda estão sendo conhecidos, especialmente sobre a influência dos SFFs na temperatura da água. Este estudo avaliou a influência de um SFF no reservatório Passaúna, Curitiba, Paraná, Brasil, em especial, na temperatura da água, por meio de um sistema de monitoramento contínuo e móvel em um ponto abaixo do SFF (PV1) e outro de controle (LR). O estado da arte sobre o tema foi elaborado. Os estudos divergem sobre os efeitos de aumento ou diminuição da temperatura da água, assim como as alterações provocadas pelo SFF no balanço de energia ainda não são completamente conhecidos. Os resultados indicaram que a influência do SFF na temperatura da água está associada principalmente nos primeiros 25 cm de profundidade, ocasionando um aumento de temperatura na superfície (cerca de 0,05 % no ponto com influência do SFF, PV1). O pequeno aumento é observado também na análise espectral. Na profundidade de 50 cm, os efeitos na temperatura foram atenuados em comparação ao observado na profundidade de 25 cm. Nas profundidades a partir de 75 cm, 1,5 m e 2 m, os efeitos são invertidos: a temperatura da água no ponto sem a influência do SFF tende a ser maior do que no sombreado pelo SFF. Em ambos os casos, as diferenças de temperatura observadas situam-se na faixa de incerteza dos sensores. O oxigênio dissolvido (OD) foi atenuado pelo SFF, e a radiação fotossinteticamente ativa (PAR) foi reduzida em aproximadamente 95,10 %. Os índices físicos, como a estabilidade de Schmidt e a frequência de Brunt-Väisälä, indicaram uma maior estabilidade na coluna d’água no ponto com a presença do SFF. Em contraste com a literatura, este estudo destaca que, apesar de sua pequena área em relação ao reservatório (cerca de 0,01 %), o SFF exerce uma influência significativa no ambiente, podendo resultar, contraintuitivamente, tanto em um aumento quanto em uma diminuição da temperatura da água abaixo do sistema. Contudo, ainda é necessário considerar os efeitos da dinâmica do reservatório. O presente estudo amplia a compreensão dos efeitos causados pelo SFF nos ambientes aquáticos, evidenciando o pequeno efeito na temperatura, mas expressivo em termos de OD e PAR, revelando o efeito do sombreamento provocado pela instalação da estrutura flutuante.

Abstract: Reservoirs in general and lakes are important aquatic ecosystems and can suffer from different types of environmental impacts, such as uses for hydroelectric power generation. Floating photovoltaic systems (FPSs) are renewable energy sources, are growing worldwide and can be installed on various bodies of water. However, despite the benefits of their use, their real environmental impacts are still unknown, especially the influence of SFFs on water temperature. This study evaluated the influence of a SFF on the Passaúna reservoir, Curitiba, Paraná, Brazil, especially on water temperature, using a continuous and mobile monitoring system at a point below the SFF (PV1) and a control point (LR). The state of the art on the subject was analysed. Studies differ on the effects of increasing or decreasing water temperature, and the changes caused by the SFF on the energy balance are not yet fully understood. The results indicate that the influence of SFF on water temperature is mainly associated with the first 25 cm of depth, causing an increase in temperature at the surface (around 0.05 % at the point with SFF influence, PV1). The small increase is also observed in the spectral analysis. At a depth of 50 cm, the temperature effects were attenuated compared to those observed at a depth of 25 cm. At depths from 75 cm, 1.5 m and 2 m, the effects are reversed: the water temperature at the point without the influence of the SFF tends to be higher than at the point shaded by the SFF. In both cases, the temperature differences observed are within the uncertainty range of the sensors. Dissolved oxygen (DO) was attenuated by the SFF, and photosynthetically active radiation (PAR) was reduced by approximately 95.10 %. Physical indices such as Schmidt stability and Brunt-Väisälä frequency indicated greater stability in the water column at the point where the SFF was present. In contrast to the literature, this study highlights that, despite its small area in relation to the reservoir (around 0.01 %), the SFF exerts a significant influence on the environment and can counterintuitively result in either an increase or decrease in the water temperature below the system. However, it is still necessary to consider the effects of reservoir dynamics. This study expands our understanding of the effects caused by the SFF on aquatic environments, highlighting the small effect on temperature, but significant in terms of DO and PAR, revealing the effect of shading caused by the installation of the floating structure.