Brito, Miguel CentenoMota, João GomesTavares, Bernardo Pessoa Camocho2018-04-052018-04-0520182018http://hdl.handle.net/10451/32632Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018A ideia da recolha e análise de dados para um estudo de potencial fotovoltaico com recurso a drones nasceu da cooperação entre a Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa e a empresa Albatroz Engenharia, com o propósito de explorar novas abordagens que promovam a aquisição/instalação conjunta e iniciativas locais de PV. Os drones, além de serem equipamentos cada vez mais acessíveis, possibilitam um levantamento aéreo relativamente descomplicado de uma área extensa, pelo que podem ser usados para analisar inclinações e orientações de vários telhados/fachadas tendo em conta a envolvente. Por conseguinte, definiu-se o objetivo de traçar uma metodologia, que inclua todo o processo desde a recolha de dados com levantamentos aéreos até à obtenção dos resultados de potencial PV. No estado-de-arte sobre os drones, essencial para fundamentar alguns passos tomados ao longo desta dissertação, são apresentadas as características gerais desta tecnologia, o seu enquadramento legislativo em Portugal, os prós e contras dos vários sensores que neles podem ser incorporados e as diferentes ferramentas usadas na aquisição e análise dos dados. Atendendo às regras do espaço aéreo, consultaram-se guias e mapas da campanha “Voa na Boa” num processo criterioso para a seleção de um local de estudo para ser sobrevoado, da qual a vila da Venda do Pinheiro resultou como uma opção interessante. Por sugestão da Câmara Municipal de Mafra, consultada no seguimento deste levantamento, foram considerados dois casos de estudo com características distintas: (1) um conjunto de dez moradias, com telhados inclinados, como exemplo de uma aplicação de PV de pequena escala em diversos edifícios; e (2) um complexo escolar e multidesportivo, com telhados horizontais, para testar a solução com o dimensionamento de um sistema PV num edifício de maior escala. Foram tidos e estudados dois drones, o RS900 e o Phantom 3 Professional, e ensaiados diferentes sensores que os poderiam equipar: tecnologia LiDAR, câmaras térmicas e fotográficas. Acabou por optar-se pelo Phantom 3 Pro e respetiva câmara fotográfica, para modelação dos edifícios com recurso a fotogrametria 3D, uma vez que se considerou o conjunto mais seguro e economicamente acessível. Uma vez definidos os equipamentos e, tendo em conta a legislação relativa aos levantamentos aéreos, planeou-se a missão de voo e preparou-se a solicitação de autorização à AAN, necessária para a realização de um levantamento aéreo com recolha de imagens em Portugal. Após o levantamento aéreo, e através das fotografias aéreas obtidas, usou-se o software Pix4D para a modelação de uma superfície tridimensional (mesh). Este modelo foi então importado para o ambiente Rhino 3D onde, com recurso à ferramenta Grasshopper e o plugin DIVA, se simulou a radiação solar incidente nas superfícies pretendidas. Nas moradias usou-se a superfície dos telhados, assumindo que estes têm uma inclinação apropriada à instalação de PV; no complexo escolar multidesportivo, usou-se a superfície dos painéis solares, modelados no software, dado o telhado horizontal. Estimou-se o potencial PV, tendo-se chegado a uma energia anual de 90,3 𝑀𝑊ℎ no caso das moradias, o suficiente para cobrir três vezes e meia o consumo, considerando o consumo médio no setor doméstico no município de Mafra em 2015 e sem levar em conta o desfasamento entre a produção e o consumo; e de 145 𝑀𝑊ℎ por ano, no caso do complexo, o que representa 56,4% das necessidades de energia elétrica do edifício.The idea of data collection and analysis through drones technology for the study of photovoltaic potential was born from the cooperation between Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa and Albatroz Engenharia company, with the purpose of exploring new approaches that promote the PV installation and local initiatives. The drones, besides being more accessible each day, allow an easy airborne survey of large areas and can analyse inclinations and orientations of several roofs/facades taking into account the surroundings. Having said this, the goal of the present work is to draw a methodology that includes the whole process from the collection of data through airborne survey to having the PV potential results. In the state of art about drones, essential to justify some further steps along this thesis, it was presented the general characteristics of this technology, their legal framework in Portugal, the pros and cons of different sensors as payloads and the different software used in data acquisition and analysis. Accounting the airspace rules, guides and maps were consulted from the “Voa na Boa” campaign in a judicious process for the selection of a study location, from which the town Venda do Pinheiro was spotted as an interesting place. At the suggestion of Mafra’s municipality which has been consulted regarding this matter, two real cases of study were considered: (1) a set of ten houses, with sloped roofs, as an example of PV application in small scale at several buildings; and (2) a scholar complex with a flat roof, as an example of PV sizing in a building of larger scale. Two drones were accounted and studied, RS900 and Phantom 3 Professional, and distinct types of sensors were tested: LiDAR technology, thermographic and photographic cameras. Phantom 3 Pro was chosen as well as its photographic camera for modelling buildings with 3D photogrammetry, since this set was considered to offer the most safe and economic option. Once the equipment was defined and, bearing in mind the drones’ legal framework, the flight mission was planned and a request to ANN for an airborne survey in Portugal was prepared. After the airborne survey and through the acquired aerial photos, the Pix4D software was used for tridimensional modelling (mesh). This model was, then, imported for Rhino 3D environment where, with the help of the Grasshopper tool and the DIVA plugin, the incident solar radiation was simulated in the chosen surfaces. In the houses, the roofs’ surface was used, assuming the roofs’ inclination as appropriate for PV installation; in the school complex, the solar panels surface, modelled in the software, was used, given the fact that its roof is flat. In the end, the PV potential was calculated, obtaining an annual energy of 90,3 𝑀𝑊ℎ in the case of the houses, enough to cover four times their electrical needs, considering 2015’s average consumption for the domestic sector in Mafra and not accounting the time gap between supply and demand; and an annual power of 145 𝑀𝑊ℎ, in the education complex case, which represents 56,4% of its electrical needs.porDroneEstudo de potencial PVLevantamento AéreoFotogrametriaModelação 3DTeses de mestrado - 2018master thesis201911981