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

5

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!