webinar #1: "sistemas de produção eficiente de energia elétrica” pela dra maria joão...

Sistemas de Produção Eficiente de Energia Eléctrica

1º webinar

Maria João Rodrigues

[email protected]

.

mailto:[email protected]

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

MT

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

MAT AT

BT

Centrais termoelectricas

Centrais FER

Eficiência energética

Sistemas FER


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

http://www.solarpanelsfrance.com/


Radiação fora da atmosfera.

7% 47% 46%

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

Image from www.global-changes.com

http://www.global-changes.com/




Variáveis climáticas.

• directa no plano horizontal

• difusa no plano horizontal

• bolbo seco

• bolbo húmido

• ponto de orvalho

clima

radiação

temperatura

humidade

nebulosidade

vento

precipitação

• relativa

• absoluta

• velocidade

• direcção

O ano teste de referência (TRY) define-se como um conjunto de valores

horários realmente medidos de temperatura de bolbo seco, radiação

directa e difusa e de velocidade do vento com base num conjunto multi-

anual de observações.

O ano típico meteorológico (TMY) define-se como um conjunto de valores

horários médios típicos de uma determinada localização, sendo obtido a

partir de séries temporais longas. São igualmente definidos situações

extremas de temperatura e radiação.

Quer o TRY quer o TMY são amplamente utilizados em simulação energética

de edifícios.


Radiação.

Radiação difusa

1367 W/m2

1000 W/m2

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.


Radiação solar. Movimento Terra-Sol.

23.7 º

365 dias e 6 horas

Plano da Elíptica

A Terra descreve uma órbita elíptica em torno do Sol, que se situa num

dos focos da elipse.

A declinação é definida como o ângulo entre a direcção da radiação solar

e o plano do Equador.

Eixo polar

Equinócios de Março e Setembro

23.27 º

-23.27 º


Radiação solar. Movimento aparente do Sol.

N

Solstício de Inverno: -23º 27’

Equinócios de Março e Setembro: 0º

Solstício de Verão: 23º 27’

E

O

S


Radiação solar. Coordenadas solares.

N

O

hs

S

A trajectória solar traduz-se na variação das coordenadas do Sol ao longo

do dia: altura solar, hs, e azimute solar, s.

E


Radiação solar. Cartas solares.


Acesso e optimização de captação solar.

optimização da radiação captada ao longo do ano.

• orientação Sul.

• inclinação (latitude – 5º).

• minimização de sombras.

optimização da radiação captada durante o Inverno.


• inclinação (latitude + 10/15º).


optimização da radiação captada durante o Verão.


• inclinação (latitude – 10/15º).


Exemplo Lisboa

33º

52º

20º


Parte 1 Sistemas Solares Térmicos


Aplicações solares térmicas

http://www.lumossolar.com/files/solar-space-heat-house.jpg http://www.vulcano.pt

http://www.energysavers.gov/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=13230

Aquecimento Águas Sanitárias Aquecimento/arrefecimento

Ambiente Aquecimento Piscinas

http://www.lumossolar.com/files/solar-space-heat-house.jpg







http://www.vulcano.pt/

http://www.energysavers.gov/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=13230


Preparação de águas quentes sanitárias. Sistemas convencionais.

TIPO DE SISTEMA

Termoacumulador eléctrico com pelo menos 100 mm de isolamento térmico

EFICIÊNCIA

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

térmico

87%

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%

EXEMPLO


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

Painel solar

controlador

depósito

bomba

Painel solar

depósito

Circulação natural (Termossifão) Circulação forçada


Sistemas solares térmicos multifuncionais.

AQS e Aquecimento Ambiente

AQS, Aquecimento Ambiente, Aquecimento piscina


Tecnologias Solares Térmicas. Conceitos Tecnológicos

Tubos de vácuo Planos CPC


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.

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.

• área disponível para painéis.


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:

• Requer conhecimento tecnológico e.g. especificação dos componentes

• baixo detalhe geográfico

Desvantagens do RETScreen :

• software gratuito


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:

• Requer conhecimento tecnológico

• detalhe geográfico moderado

Desvantagens do T-Sol:

• software pago

• baseada em modelos dinâmicos permitindo simulação horária, diária, …

• permite analisar multifuncionalidade do sistema


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


Image Sources: IEA-PVPS; Catavento; ISFOC.

residential

service

BU

ILD

ING

-MO

UN

TED

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

tracking CPV stationary

GR

OU

ND

-MO

UN

TED

Aplicações solares fotovoltaicas


O sistema fotovoltaico.

painéis solares fotovoltaicos produzem electricidade em

corrente contínua (CC)

inversor transforma a CC em corrente alternada (CA). Este

equipamento é ainda fundamental para garantir a

interligação física com a rede pública, incorporando funções

de segurança eléctrica e de monitorização

Contador de electricidade contabiliza a energia produzida

para que seja apurada a receita de venda

.

1 1

2

3

2

3


Desempenho eléctrico.


Elementos constituintes de um painel fotovoltaico.


Tecnologias comerciais, pré-comerciais e em investigação


Würth Solar

CI(G)S

Kaneka

m-Si /a-Si

Konarka

Organic Electronic Materials

Dyesol

Dye-sensitized

First Solar

CdTe

Unisolar

a-Si tande

m

Solfocus

III-V CPV

EverGreen

EFG Sanyo

HIT SunPower

BC Suntech

mc-Si

ErSol

sc-Si GR

OU

ND

-MO

UN

TED

B

UIL

DIN

G-M

OU

NTE

D

BUILDING-MOUNTED

Tecnologias comerciais, pré-comerciais e em investigação


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

𝜂 = 𝐸𝑜𝑢𝑡

𝐸𝑖𝑛 e 𝐸𝑖𝑛 = 1000 W/m2 (STC)

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

Rendimento nominal


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.


ventilação. optimização da temperatura de operação.

• meios de ventilação da superfície traseira


optimização da

produção de

electricidade por

unidade de área

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

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cálculo simplificado E avançado

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php




Conceitos de Integração Arquitectónica.

integração em cobertura


Conceitos de Integração Arquitectónica.

integração em fachada


Exemplos de Integração.

edifícios residenciais

edifícios serviços




Localização: Nieuland, Holanda

Ano de construção: 2002

Potência nominal: 2,55 kWp/habitação

Tipo PV: sc-Si opaco

Conceito BiPV: montado em cobertura plana

edifício de apartamentos em Amersfoort

fonte: IEA-PVPS




Localização: Lisboa, Portugal


Potência nominal: 3,51 kWp

Tipo PV: mc-Si opaco

Conceito BiPV: montado em cobertura inclinada

edifício de apartamentos em Lisboa

fonte: De Viris, Natura e Ambiente S.A.




Localização: Santarém, Lisboa


Potência nominal: 4.1 kWp

Tipo PV: mc-Si opaco

Conceito BiPV: integrado em cobertura inclinada

moradia unifamiliar em Tauberbischofsheim

fonte: WAYSE, Lda




Localização: Lutry, Suiça

Ano de construção: ?


Tipo PV: a-Si opaco

Conceito BiPV: integrado em cobertura inclinada

moradia unifamiliar na Suiça

fonte: IEA-PVPS




Localização: Suiça


Potência nominal: ?

Tipo PV: mc-Si transparente

Conceito BiPV: integrado em fachada /varanda /dispositivo sombreamento

moradia unifamiliar Suiça

fonte: IEA-PVPS




Localização: St-SuLpice, Suiça

Ano de construção: ?

Potência nominal: 2 kWp

Tipo PV: sc-Si transparente

Conceito BiPV: integrado em fachada /dispositivo sombreamento

moradia unifamiliar Suiça

fonte: Solstis




Localização: Helsínquia, Finlândia



Tipo PV: mc-Si transparente

Conceito BiPV: integrado em fachada /varanda

edifício de apartamentos Finlândia




Localização: Nova Iorque, EUA



Tipo PV: a-Si opaco

Conceito BiPV: Integrado em fachada

4 Times Square

arquitectura: Kiss + Cathcart




Localização: Petten, Holanda




Conceito BiPV: integrado em cobertura

Edifício ECN 42.1, Holanda

arquitectura: Bear




Localização: Zurique, Suiça




Conceito BiPV: Integrado em fachada /sistema de sombreamento exterior

Aeroporto de Zurique

arquitectura: Arge Zayetta




Localização: Herne, Alemanha



Tipo PV: mc-Si transparente/opaco

Conceito BiPV: integrado em fachada e cobertura

Academia Mont-Cenis, Alemanha

arquitectura: Jourda and BDA




Localização: South Yorkshire, Reino Unido




Conceito BiPV: pala

Earth Centre, Reino Unido

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

http://www.renovaveisnahora.pt/


Microgeração: Âmbito e condições de elegibilidade.

Níveis de potência contratada na instalação de consumo EDPSU

• 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

3.45 kVA

4.6 kVA

• 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

5.75 kVA

6.9 kVA

10.35 kVA

13.8 kVA

17.25 kVA

20.7 kVA

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

http://www.renovaveisnahora.pt/


Minigeração: Âmbito e condições de elegibilidade.

Escalão I Escalão II Escalão III

Quota Anual (45 MW 2011)

11.25 MW 16.9 MW 16.85 MW

Limtações

Instalações até 20 kW Instalações até 100 kW ≠ Escalão I

Instalações até 250 kW ≠ Escalão I, II

1 tecnologia

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

Requisitos

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

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

Auditoria energética com

implementação de medidas de eficiência energética igual

ou inferior a 3 anos

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

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

webinar #1: "sistemas de produção eficiente de energia elétrica” pela dra maria joão...

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