Webinar #1: "Sistemas de Produção Eficiente de Energia Elétrica” pela Dra Maria João Rodrigues, da Winenergy

Sistemas de Produção Eficiente de Energia Eléctrica

1º webinar

Maria João Rodrigues
maria.rodrigues@winenergysa.com

.

A PRODUÇÃO DE ELECTRICIDADE | gestão da oferta v.s. gestão da procura

MAT
MT BT
AT

Centrais termoelectricas Eficiência energética
Centrais FER Sistemas FER

GREENCAMPUS I Sistemas de Produção Eficiente de Energia Eléctrica | 1º webinar

Parte 1 Energia Solar


Clima e meteorologia.

“Climate is what you expect. Weather is what you get.”

Michael Glantz. US Center for Atmospheric Research. In Steven Szokolay.

A meteorologia refere-se às condições atmosféricas que prevalecem num
determinado local e momento no tempo.

O clima define-se como sendo a integração das condições meteorológicas no
tempo, sendo característico de um determinado local.

Image from www.solarpanelsfrance.com


Radiação fora da atmosfera.

Radiação fora da atmosfera (CONSTANTE SOLAR): 1376 W/m2

7% 47% 46%

Image from www.global-changes.com


Variáveis climáticas.

• directa no plano horizontal
radiação • difusa no plano horizontal

nebulosidade

O ano teste de referência (TRY) define-se como um conjunto de valores
horários realmente medidos de temperatura de bolbo seco, radiação • bolbo seco
directa e difusa e de velocidade do vento com base num conjunto multi- temperatura • bolbo húmido
anual de observações. • ponto de orvalho

O ano típico meteorológico (TMY) define-se como um conjunto de valores clima
horários médios típicos de uma determinada localização, sendo obtido a
partir de séries temporais longas. São igualmente definidos situações
extremas de temperatura e radiação. • relativa
humidade • absoluta

Quer o TRY quer o TMY são amplamente utilizados em simulação energética
de edifícios.

• velocidade
vento • direcção

precipitação


Radiação.

A radiação directa é definida como aquela que atravessa a atmosfera sem
ser reflectida ou difractada, atingindo directamente as superfícies.

A radiação difusa é a que resulta da difracção da radiação directa pelos
componentes atmosféricos.

A radiação reflectida resulta da reflexão da radiação directa pelo solo
(também denominada por albedo) e por objectos circundantes.

1367 W/m2

Radiação difusa

1000 W/m2


Radiação solar. Movimento Terra-Sol.

A Terra descreve uma órbita elíptica em torno do Sol, que se situa num
23.7 º
dos focos da elipse.

Plano da Elíptica

365 dias e 6 horas

Eixo polar

23.27 º
Equinócios de Março e Setembro

-23.27 º

A declinação é definida como o ângulo entre a direcção da radiação solar
e o plano do Equador.


Radiação solar. Movimento aparente do Sol.

Solstício de Verão: 23º 27’

Equinócios de Março e Setembro: 0º

Solstício de Inverno: -23º 27’

O

S

N

E


Radiação solar. Coordenadas solares.

A trajectória solar traduz-se na variação das coordenadas do Sol ao longo
do dia: altura solar, hs, e azimute solar, s.

O

hs
S

N

E


Radiação solar. Cartas solares.


Acesso e optimização de captação solar.

Exemplo Lisboa

optimização da radiação captada ao longo do ano.

• orientação Sul.

• inclinação  (latitude – 5º).

• minimização de sombras. 33º

optimização da radiação captada durante o Inverno.


• inclinação  (latitude + 10/15º).

• minimização de sombras.
52º

optimização da radiação captada durante o Verão.


• inclinação  (latitude – 10/15º).
20º


Parte 1 Sistemas Solares Térmicos


Aplicações solares térmicas

Aquecimento Águas Sanitárias Aquecimento/arrefecimento
Aquecimento Piscinas
Ambiente

http://www.vulcano.pt
http://www.lumossolar.com/files/solar-space-heat-house.jpg http://www.energysavers.gov/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=13230


Preparação de águas quentes sanitárias. Sistemas convencionais.

TIPO DE SISTEMA EFICIÊNCIA EXEMPLO
Termoacumulador eléctrico com pelo menos 100 mm de isolamento térmico 95%

Termoacumulador eléctrico com 50 a 100 mm de isolamento térmico 90%

Termoacumulador eléctrico com menos de 50 mm de isolamento térmico 80%

Termoacumulador a gás com pelo menos 100 mm de isolamento térmico 80%

Termoacumulador a gás com 50 a 100 mm de isolamento térmico 75%

Termoacumulador a gás com menos de 50 mm de isolamento térmico 70%

Caldeira mural com acumulação com pelo menos 100 mm de isolamento 87%
térmico

Caldeira mural com acumulação com 50 a 100 mm de isolamento térmico 82%

Caldeira mural com acumulação com menos de 50 mm de isolamento térmico 65%

Esquentador a gás 50%


Preparação de águas quentes sanitárias. Conceitos de Sistemas Solares Térmicos.

Circulação natural (Termossifão) Circulação forçada

depósito Painel solar

Painel solar

controlador

bomba

depósito


Sistemas solares térmicos multifuncionais.

AQS e Aquecimento Ambiente

AQS, Aquecimento Ambiente, Aquecimento piscina


Tecnologias Solares Térmicas. Conceitos Tecnológicos

Planos CPC Tubos de vácuo


Tecnologias Solares Térmicas. Integração arquitectónica


Factores críticos para o dimensionamento de sistemas solares térmicos

caracterização do local de instalação | analisar tendo em atenção constrangimentos arquitectónicos!

• orientação

• inclinação

• sombreamentos.
• área disponível para painéis.

caracterização dos consumos | realizar inquérito ao consumo!

• perfil e volume de consumo diário.

• perfil e volume de consumo sazonal.

• tipo de utilização (AQS, AA, AP).

caracterização de outros constrangimentos | realizar visita aos espaços e auscultar decisores!

• espaços para colocação de equipamento.

• passagem de tubagens

• distância entre produção e consumo.

• desempenho técnico-económico alvo; fracção solar.


Ferramentas para o dimensionamento de sistemas solares térmicos

O SolTerm, desenvolvido no LNEG (anteriormente INETI) é a ferramenta oficial para a certificação de
edifícios. Permite:
• dimensionar sistemas AQS

• estimar o desempenho económico

• estimar o desempenho ambiental.

Vantagens do SolTerm:

• fácil de utilizar (não requer conhecimento profundo tecnológico)

• elevado detalhe geográfico

Desvantagens do SolTerm:

• software pago

• pouco flexivel na análise de multiplos usos da energia térmica (especialmente AA)


Ferramentas para o dimensionamento de sistemas solares térmicos (cont.)

O RETScreen foi desenvolvido no Canadá com apoio governamental. Permite:

• dimensionar sistemas AQS



Vantagens do RETScreen:

• software gratuito

Desvantagens do RETScreen :

• Requer conhecimento tecnológico e.g. especificação dos componentes

• baixo detalhe geográfico


Ferramentas para o dimensionamento de sistemas solares térmicos (cont.)

O T-SOL tem origem britânica. Permite:

• dimensionar sistemas AQS, AA, AP



Vantagens do T-Sol:
• baseada em modelos dinâmicos permitindo simulação horária, diária, …
• permite analisar multifuncionalidade do sistema

Desvantagens do T-Sol:

• Requer conhecimento tecnológico

• detalhe geográfico moderado

• software pago


Como estimar então o benefício energético e económico de um sistema solar
térmico?

Saber especificar o sistema!

Consultar o mercado!

Comparar propostas técnicas e económico-financeiras!


Parte 2 Sistemas Solares Fotovoltaicos


Aplicações solares fotovoltaicas

Key . CPV: concentrating PV| SC: small-scale | MS: medium-scale | LS: large-scale | VLS: very-large scale


Aplicações solares fotovoltaicas

stationary tracking CPV
GROUND-MOUNTED

Image Sources: IEA-PVPS; Catavento; ISFOC.

residential
BUILDING-MOUNTED

service

Image Sources: IEA-PVPS; SMA; De Viris; Solstis; Arge Zayetta; Felden Clayton; US-DOE


O sistema fotovoltaico.

1
1 painéis solares fotovoltaicos produzem electricidade em
corrente contínua (CC)

2 inversor transforma a CC em corrente alternada (CA). Este 2
equipamento é ainda fundamental para garantir a
interligação física com a rede pública, incorporando funções
de segurança eléctrica e de monitorização
3
3 Contador de electricidade contabiliza a energia produzida
para que seja apurada a receita de venda
.


Desempenho eléctrico.


Elementos constituintes de um painel fotovoltaico.


Tecnologias comerciais, pré-comerciais e em investigação


Tecnologias comerciais, pré-comerciais e em investigação
GROUND-MOUNTED

mc- III-V
sc-Si EFG HIT BC CPV
Si
Suntech ErSol EverGreen Sanyo SunPower Solfocus

BUILDING-MOUNTED
BUILDING-MOUNTED

Organic
a-Si
CI(G) m-Si Dye- Electronic
tande CdTe sensitized Materials
m S /a-Si
Unisolar First Solar Würth Solar Kaneka Dyesol Konarka


Rendimento nominal de um dispositivo fotovoltaico

Condições standard de teste (Standard Test Conditions, STC).

Condições às quais a potência nominal do dispositivo é medida:

Irradiância , G = 1000 W/m2
Temperatura de célula, Tc = 25 ºC
Espectro AM1.5

Rendimento nominal

��
�� = e �� = 1000 W/m2 (STC)
��

Se  = 15% → Potência nominal = 150 Wp/m2


Eficiência em Laboratório.

Source: Molnar & Lapides (2008)


Parâmetros Operacionais. Painéis Fotovoltaicos. Dependência da radiação


Parâmetros Operacionais. Painéis Fotovoltaicos. Dependência da temperatura


Factores críticos para o dimensionamento de um sistema fotovoltaico.

acesso solar. optimização da radiação captada ao longo do ano.


• inclinação latitude.

• minimização de sombras. optimização da
produção de
electricidade por
unidade de área
ventilação. optimização da temperatura de operação.

• meios de ventilação da superfície traseira

tecnologia. optimização do rendimento.


Ferramentas para o dimensionamento de um sistema fotovoltaico.

FERRAMENTA GRATUITA DISPONÍVEL ONLINE EM
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
cálculo simplificado!!

FERRAMENTA PAGA DISPONÍVEL EM
http://www.pvsyst.com/

cálculo simplificado E avançado


Conceitos de Integração Arquitectónica.

integração em cobertura


Conceitos de Integração Arquitectónica.

integração em fachada


Exemplos de Integração.

edifícios residenciais

edifícios serviços




edifício de apartamentos em Amersfoort

Localização: Nieuland, Holanda

Ano de construção: 2002

Potência nominal:  2,55 kWp/habitação

Tipo PV: sc-Si opaco

Conceito BiPV: montado em cobertura plana
fonte: IEA-PVPS




edifício de apartamentos em Lisboa

Localização: Lisboa, Portugal


Potência nominal: 3,51 kWp

Tipo PV: mc-Si opaco

Conceito BiPV: montado em cobertura inclinada
fonte: De Viris, Natura e Ambiente S.A.




moradia unifamiliar em Tauberbischofsheim

Localização: Santarém, Lisboa


Potência nominal: 4.1 kWp

Tipo PV: mc-Si opaco

Conceito BiPV: integrado em cobertura inclinada
fonte: WAYSE, Lda




moradia unifamiliar na Suiça

Localização: Lutry, Suiça

Ano de construção: ?


Tipo PV: a-Si opaco

Conceito BiPV: integrado em cobertura inclinada
fonte: IEA-PVPS




moradia unifamiliar Suiça

Localização: Suiça


Potência nominal: ?

Tipo PV: mc-Si transparente

Conceito BiPV: integrado em fachada
/varanda
/dispositivo sombreamento
fonte: IEA-PVPS




moradia unifamiliar Suiça

Localização: St-SuLpice, Suiça

Ano de construção: ?

Potência nominal: 2 kWp

Tipo PV: sc-Si transparente

/dispositivo sombreamento
fonte: Solstis




edifício de apartamentos Finlândia

Localização: Helsínquia, Finlândia



Tipo PV: mc-Si transparente

/varanda




4 Times Square

Localização: Nova Iorque, EUA



Tipo PV: a-Si opaco

Conceito BiPV: Integrado em fachada

arquitectura: Kiss + Cathcart




Edifício ECN 42.1, Holanda

Localização: Petten, Holanda




Conceito BiPV: integrado em cobertura

arquitectura: Bear




Aeroporto de Zurique

Localização: Zurique, Suiça




Conceito BiPV: Integrado em fachada
/sistema de sombreamento exterior

arquitectura: Arge Zayetta




Academia Mont-Cenis, Alemanha

Localização: Herne, Alemanha



Tipo PV: mc-Si transparente/opaco

Conceito BiPV: integrado em fachada e cobertura

arquitectura: Jourda and BDA




Earth Centre, Reino Unido

Localização: South Yorkshire, Reino Unido




Conceito BiPV: pala

arquitectura: Feilden Clegg Bradley Architects


Parte 3 Mecanismos de promoção de energias renováveis


Mecanismos de promoção de electricidade renovável.


Portal Micro e Mini-geração.

http://www.renovaveisnahora.pt


Microgeração: Âmbito e condições de elegibilidade.

• Tarifa bonificada 2012: 326 EUR/MWh primeiros 8 anos; 185 EUR/MWh 7 anos seguintes

• Particulares: 2 m2 de colectores solares térmicos ou caldeira a biomassa

• Condomínios: auditoria energética a zonas comuns de acordo com a filosofia do RCCTE/RSECE

• Potência máxima de ligação de 3.68 kW, excepto condomínios 11,04 kW
• Potência máxima de ligação igual ou inferior a 50% da potência contratada na instalação de consumo (baixa
tensão), excepto condomínios
• Potência total inferior a 25% da potência do posto de transformação

• Registo em www.renovaveisnahora.pt regime “first-in first-out” após pagamento taxa de registo.

3.45 4.6 5.75 6.9 10.35 13.8 17.25 20.7
kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA

Níveis de potência contratada na instalação de consumo EDPSU


Minigeração: Âmbito e condições de elegibilidade.

• Tarifa bonificada 2012: 215 EUR/MWh durante 15 anos

Escalão I Escalão II Escalão III

Quota Anual (45 MW 11.25 MW 16.9 MW 16.85 MW
2011)
Instalações até 20 kW Instalações até 100 kW ≠ Instalações até 250 kW ≠
Escalão I Escalão I, II
Limtações

1 tecnologia

Pmax = min (tecto Escalão; 50% da potência contratada; produção renovável= 50% consumo anual)

Contrato de compra e venda de electricidade celebrado com o mesmo comercializador.
Permite investimento por terceiros.

Requisitos
Auditoria energética com Auditoria energética com Auditoria energética com
implementação de medidas de implementação de medidas implementação de medidas
eficiência energética igual ou de eficiência energética igual de eficiência energética igual
inferior a 2 anos ou inferior a 3 anos ou inferior a 4 anos


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