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Painéis solares para produção de água quente
Portugal Eficiência 2015
• Resolução do Conselho de Ministros n.° 80/2008
• Objectivo – Promover a substituição do consumo de energia não renovável através damaior facilidade de acesso a tecnologias de microgeração (legislação – regime bonificado)e aquecimento solar (obrigatoriedade de instalação). Pretende-se que em 2015, cerca de1 em cada 15 edifícios de Portugal tenha solar térmico.
Equivalente à potência de uma barragem de grandes dimensões
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• A energia solar térmica é uma energia renovável e inesgotável.
• É gratuita e necessita de uma manutenção mínima.
• É economicamente competitiva e permite períodos de retorno entre os 5 e os 8 anos.
• A utilização da energia solar térmica permite uma redução significativa das emissões deCO2 resultantes dos actuais sistemas de preparação de águas quentes.
• Reduz a poluição do ar em ambientes urbanos.
• Contribui para a redução da dependência energética externa de Portugal.
• A energia gerada pelas instalações solares térmicas é feita no próprio local da instalaçãonão necessitando de redes de transporte (p.e. gás natural, electricidade).
• A tecnologia existente já está suficientemente madura e fiável.
Vantagens dos sistemas solares térmicos
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• Comodismo e falta de hábito.
- Há alternativas tradicionais, eficientes, baratas e em que se pode confiar
• Pouco conhecimento do solar térmico por parte do grande público.
- A energia solar não é somente a produção de electricidade com painéis solares
• Falta de agressividade comercial e de promoção pelas empresas no sector.
• Constrangimentos físicos para instalação nos edifícios.
- A escola de arquitectura “não aprecia” painéis solares e muitos construtores ainda não estãoconsciencializados para o solar térmico
• Percepção errada por parte dos utilizadores relativamente ao eventual custo inicialelevado dos sistemas solares térmicos.
- Visão a curto prazo
• Alguma má reputação derivada da fraca qualidade dos colectores e instalações executadasno passado.
• A energia produzida varia de acordo com o clima, além de que à noite não existeprodução, o que obriga à existência de meios de armazenamento da energia produzidadurante o dia.
Obstáculos
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Radiação solar Europa - Portugal
Mercado de Solar Térmico na Europa
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• Share do mercado solar térmico europeu • Área instalada de solar térmico por capita
Países Área instalada
Alemanha 8.994.000 m2
Grécia 3.570.200 m2
Áustria 2.892.627 m2
Portugal 205.950 m2
Sector Área [m2]Doméstico – AQS 7.468.112Indústria e Serviços – AQS 244.669Indústria e Serviços – AQP 6.907.095Total 14.619.876
• Mapa de horas de sol em Portugal
• Distribuição por sector de actividade:
Mercado de Solar Térmico em Portugal
• Potencial máximo de aplicação de solar térmico:
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• Verão:- elevada radiação solar- período diurno longo- sol mais alto
• Inverno:- menor radiação solar- menos horas de sol- sol mais baixo
Movimento Terra-Sol
• Movimento aparente do Sol em relação à Terra
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21 DEZ
21 MAR 21 SET
21 JUN
Painel solar plano
Circuito Primário
• A transferência de calor captado pelos colectores para o fluido térmico pode realizar-se através da movimentação do fluido de 2 formas diferentes:
- por circulação natural (termossifão)- por circulação forçada com uma bomba circuladora
• A escolha entre um sistema ou outro dependerá da carga energética a cobrir e dapossibilidade de colocar o acumulador acima do campo de colectores. Em definitivo, otermossifão é aconselhável somente para pequenas instalações (moradias).
Kit termossifão Circulação forçada
1
2
3
4
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Colectores solaresDepósitoGrupo hidráulicoSistema de apoioConsumo
1
2
3
4
5
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Sistema Termossifão
• A circulação faz-se por convecção natural, em que o fluido térmico aquece tornando-semenos denso, e sobe do colector para o depósito, arrefece, e desce novamente para ocolector. O processo é contínuo desde que haja radiação solar disponível e a temperaturano colector for superior à do acumulador.
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Sistema Circulação Forçada
Termossifão vs Circulação Forçada
VANTAGENS/DESVANTAGENS
• Circulação forçada
- flexibilidade na instalação do circuitoprimário (médias e grandes instalações)
- possibilidade de regulação de caudal- estratificação térmica do acumulador- facilita integração arquitectónica- consumos eléctricos associados
apesar de pouco significativos- maior complexidade de instalação
• Kit termossifão
- alta sensibilidade a perdas de carga- colectores operam c/ menor rendimento porque
o caudal é regulado pela radiação incidente- maiores perdas térmicas e menor durabilidade
do acumulador (sujeito às condições climáticas)- impacto estético negativo- não tem equipamentos eléctricos- menores riscos de fiabilidade- maior simplicidade de instalação e menores
custos iniciais
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Estruturas de Fixação dos Colectores
Alpendre
Cobertura plana Telhado inclinado
Fachada
Integrado no telhado
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Principais Aplicações do Solar Térmico - Residencial
• Produção de AQS (águas quentes sanitárias) em moradias unifamiliares
• Produção de AQS em edifícios multifamiliares
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Principais Aplicações do Solar Térmico - Serviços
• Produção de AQS em hotéis, residenciais, pensões, etc.
• Produção de AQS em parques de campismo
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Principais Aplicações do Solar Térmico – Piscinas e
Ginásios
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Principais Aplicações do Solar Térmico - Climatização
• Sistemas combinados AQS + aquecimento ambiente
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Principais Aplicações do Solar Térmico - Indústria
• Produção de água quente para processos industriais: Produção de alimentos, processos de lavagem na indústria, dessalinização (destilação) de água ,etc.
• Lavagem de contentores • Estação de lavagem de automóveis
Consumo
• Definição da estratégia de interligaçãocom o equipamento auxiliar, de forma agarantir a prioridade ao sol.• O consumo energético deve realizar-seprioritariamente com o solar térmico e sórecorre ao sistema de apoio quando atemperatura de consumo for insuficiente.
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bypass
Complementaridade entre Energia Solar e Convencional
• Aquecimento instantâneo com o sistema de apoio
• Energia solar e de apoio no mesmo acumulador
• Sistema de apoio ligado a acumulador secundário
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• A orientação dos colectores que maximiza a quantidade de radiação solar captada poruma superfície coincide com o sul geográfico ( 4 à esquerda do sul magnético).
Orientação dos Colectores
• E se uma cobertura inclinada tiver as vertentes com uma orientação E-O?- É preferível um desvio a poente do que a nascente, devido às neblinas matinais e
temperatura ambiente mais baixa durante a manhã, o que diminui o rendimento doscolectores.
• Com um desvio para este, o período de captação adiantar-se-á uma hora por cada 15° de desvio relativamente a umcolector orientado ao sul geográfico.
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25º
Utilização no Verão:- Piscina exterior- Arrefecimento ambiente- Hotel temporada / Parque campismo
35º55º
Utilização anual:- AQS- Piscina interior
Utilização no Inverno:- Apoio ao aquecimento ambiente
• A energia captada é maximizadaquando o colector se encontra naperpendicular em relação à incidênciasolar. A altura solar varia ao longo doano, pelo que devemos escolher ainclinação do colector de acordo com atemporada de utilização da instalaçãosolar e também a latitude do local(latitude média em Portugal = 40 ).
Inclinação dos Colectores
Temporada
utilização
Inclinação
óptima
Anual lat. - 5°
Inverno lat. + 15°
Verão lat. - 15°
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Dimensionamento de uma Instalação Solar Térmica - AQS
• O dimensionamento de uma instalação solar térmica convencional compreende,essencialmente, a selecção de seis componentes do sistema:
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0
50
100
150
200
250
300
kWh
/mês
meses
Balanço energético anual Poupanças
Necessidades• Exemplo: solar térmico paraAQS numa vivenda com 4ocupantes em Lisboa, com 2colectores planos selectivos eacumulador de 300 l.
Fracção solar
Mai a Set 100 %
Jan e Dez 55 %
Média anual 75 %
• O solar térmico funciona de forma autónoma entre Maio e Setembro, enquanto nosrestantes meses é complementado através do equipamento de apoio. Este é dimensionadode forma a cobrir as necessidades críticas de consumo, e quando “não há sol”.
Fracção Solar
f =energia fornecida pelo sistema solar
energia necessária ao consumo
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PARÂMETROS GLOBAIS DO SISTEMA
• ENERGIA FORNECIDA
• FRACÇÃO SOLAR
• RENDIMENTO GLOBAL
• Perdas energéticas:- Colectores- Acumulador- Tubagens
• Dados meteorológicos (localização)
Análise Energética de um Sistema Solar Térmico - AQS
• Parâmetros do sistema de transporte:
- Caudal no circuito primário
- Tubagem e isolamento
- Concentração de anti-congelante
- Estratégia de controlo
• Parâmetros do sistema de captação:
- Características do colector
- Área colectora total
- Inclinação
- Orientação (azimute)
- Sombreamentos e obstruções
• Parâmetros do sistema de acumulação:
- Características do acumulador
- Volume de acumulação
- Permutador de calor
• Carga térmica:- Consumo médio diário- Perfis de consumos- Temperatura nominal de consumo- Temperatura da água da rede
Simulação Energética
Legionella
• A bactéria legionella contrai-se respirando água contaminada difundida em aerossol(suspensão de partículas). A doença não se pode contrair bebendo água contaminadaou por transmissão directa de pessoa para pessoa.• Se a água for mantida acima dos 50°C não há qualquer perigo de desenvolvimentoda legionella, pelo contrário, a sua eliminação ocorre ao fim de algumas horas.
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Governo – Legislação e Subsídios
• Medida Solar Térmico 2009 – particulares e IPSS’s
• RCCTE – obrigatoriedade de instalação de painéis solares em edifícios residenciais novos
IRS – é dedutível à colecta 30% dasimportâncias dispendidas com aaquisição de equipamentos novospara utilização de energias renováveis,até um máximo de 803€.
IRC – As empresas que adquiram equipamento solar podem amortizar orespectivo investimento no período de 4 anos, visto ser de 25% o valormáximo da taxa de reintegração e amortização aplicável.
IVA - os equipamentos específicos para a captação e aproveitamentoda energia solar estão sujeitos à taxa intermédia de 12%.
Benefícios Fiscais
• Objectivos:
- Reduzir o consumo energético dos edifícios ao melhorar a sua eficiência, estabelecendorequisitos de qualidade a nível da envolvente (paredes, envidraçados, pavimentos ecoberturas), e impor limites ao consumo energético de climatização e produção de águasquentes sanitárias.
• Decreto-Lei 80/2006 - RCCTE [Regulamentodas Características de Comportamento Térmicodos Edifícios].
• Âmbito de aplicação – novos edifíciosresidenciais e pequenos edifícios de serviçossem sistemas de climatização centralizados.
Enquadramento Legislativo
Decreto-Lei 80/2006 [RCCTE]
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• SCE (Decreto-Lei 78/2006) – atribui uma classede eficiência energética aos edifícios permitindocomparar o seu comportamento térmico. Umaclasse mais alta permite valorizar o imóvel.
Tipologia Nº ocupantes Consumo diário AQS Área colectora
T0 e T1 2 80 litros a 60 °C 2 m2
T2 3 120 litros a 60 °C 3 m2
T3 4 160 litros a 60 °C 4 m2
Tn n + 1 40 x (n+1) litros a 60 °C n + 1 m2
• Obrigatoriedade de instalação de sistemas solares térmicos para produção de AQS nosector residencial, em edifícios novos ou grandes reabilitações, na base de 1 m2 de colectorpor ocupante previsto, desde que haja exposição solar adequada *.
RCCTE – Obrigatoriedade de Instalação de Solar Térmico
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* Exposição solaradequada:- Orientação dentrodo quadrante sul einexistência desombreamentos 2horas após o nascerdo sol e 2 horasantes do pôr do sol
• De forma a cumprir os requisitos do RCCTE pode ser instalado qualquer tipo de colectorsolar térmico, todavia a energia captada somente é contabilizada* no cálculoregulamentar das Necessidades Nominais de Produção de Águas Quentes Sanitárias (Nac)do edifício se:
- for utilizado o programa Solterm do INETI para calcular a contribuição energética anualdo sistema solar térmico para a produção de AQS do edifício.
- os colectores solares forem certificados de acordo com as normas e legislação emvigor. Devem ostentar a marca Certif ou a marca SolarKeymark.
- o sistema solar for instalado por um técnico acreditado (CAP de Técnico Instalador deSistemas Solares Térmicos) pela DGGE.
- e desde que haja prova da existência de um contrato de manutenção da instalação porum período mínimo de 6 anos.
RCCTE - Contabilização da Energia Captada pelo Sistema
Solar Térmico
*Quanto maior for Esolar, menor será Nac, e por conseguintemenor será também o consumo de energia primária do edifício
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RCCTE - Alteração à regra “1 m2 colector/ocupante”
Solução alternativa *kWh/ano+ ≥ Solução base (colector padrão) *kWh/ano+
Colector padrão:
o = 69%a1 = 7,500 W/m2.Ka2 = 0,014 W/m2.K<50 = 0,87A = 1,0 m2
• De forma a beneficiar as tecnologias mais eficientes e a evitar o sobredimensionamentodos sistemas, a ADENE propôs que a regra de instalação de 1 m2 de colector por ocupantenominal fosse substituída por uma regra com base na energia captada pelo sistema solar:
• Exemplo:
- Edifício residencial c/ 8 apartamentos T3
Consumos: 40l/dia x 32 = 1280l/dia
ESTUDOCOMPARATIVOSolterm
Colector padrãoBASE
Schüco K.S
Schüco K.S
ALTERNATIVA
Área [m2] 32 m2 32 m2 17 m2
Esolar [kWh/ano] 13.520 18.880 13.640
Sistema Solar para Produção de AQS em Habitação
Unifamiliar
T1
T2
T3T4
B1
B2
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Sistema Solar para Produção de AQS e Apoio ao
Aquecimento Ambiente
• Sistema de aquecimento central através de piso radiante (climatização invisível)
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Sistema Solar para Produção de AQS e Aumento da
Temporada de Utilização da Piscina Exterior
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Sistema Solar Misto – Produção de AQS, Apoio ao Aquecimento e
Aumento da Temporada de Utilização da Piscina Exterior
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Sistema Solar para Produção de AQS em Hotéis e Parques
de Campismo
• Hotel • Parque de campismo
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Sistemas Solares Colectivos para Produção de AQS em
Edifícios Multifamiliares
• Acumulação Centralizada com Apoio Individual• Acumulação Distribuída• Acumulação Mista (Centralizada + Distribuída)• Acumulação Centralizada de Inércia com Apoio Individual e produçãoinstantânea de AQS• Acumulação Centralizada com Apoio Centralizado
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Sistema Solar Colectivo - Acumulação Centralizada com
Apoio Individual
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Sistema Solar Colectivo - Acumulação Distribuída
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Sistema Solar Colectivo com Acumulação Mista
(Centralizada + Distribuída)
• Combina os conceitos de acumulação centralizada e distribuída. O objectivo é utilizar um acumulador central para reduzir o tamanho dos acumuladores presentes nos apartamentos.
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Acumulação Centralizada de Inércia com Apoio Individual
e Produção Instantânea de AQS
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Sistema Solar Colectivo - Acumulação Centralizada com
Apoio Centralizado
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Obrigado pela vossa atenção!