Trabalho realizado por:

Ricardo Marques

Orientador:

Prof. Armando Oliveira

Avaliação da Viabilidade de Colectores Híbridos Fotovoltaicos e Térmicos para Aplicação ao Aquecimento de Águas e Micro-Geração de Electricidade

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Fevereiro de 2008

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01

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento;

•Colectores Híbridos Analisados;

•Determinação das Curvas de Rendimento;

•Energia Anual Obtida (Térmica e Eléctrica);

•Análise Económica;

•Conclusão.

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02

Apresentação do Tema e Principais Objectivos

Três Configurações de Colectores Híbridos

Determinação das Curvas de Rendimento Térmico e Eléctrico

Comportamento Anual (Energia Térmica e Eléctrica)

Colector Híbrido Placa – Tubo Com Células

Transparentes

Colector Híbrido Placa – Tubo Sem Cobertura

Colector Híbrido Placa – Tubo Com Cobertura

Sistema Misto Fotovoltaico+Térmico em Separado

Análise Económica Colectores Híbridos VS Sistema Misto

Estudo da Arte

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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03

O que é um Colector Híbrido?

• O colector solar híbrido é uma tecnologia que converte a radiação solar, simultaneamente, em electricidade e calor.

• O calor pode ser aproveitado para aquecimento de água ou ar.

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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04

Constituição de um Sistema Híbrido

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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05

Colectores Híbridos Analisados

Os colectores híbridos analisados foram os seguintes:

•Colector Híbrido Placa - Tubo Com Uma Cobertura;

•Colector Híbrido Placa – Tubo Sem Cobertura;

•Colector Híbrido Placa – Tubo Com Células Transparentes.

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Colectores Híbridos Analisados

Colector Híbrido Placa - Tubo Com Uma Cobertura

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Colectores Híbridos Analisados

Colector Híbrido Placa - Tubo Sem Cobertura

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Colectores Híbridos Analisados

Colector Híbrido Placa - Tubo Com Células Transparentes

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Modelos Desenvolvidos

Com objectivo de obter-se as curvas de rendimento, dos módulos híbridos, foram desenvolvidos três modelos numéricos. Tais modelos representam os vários processos de transferência de calor entre os elementos do colector.

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Curvas de Rendimento - Térmico

•Possui um comportamento térmico melhor que os demais módulos;•A cobertura de vidro no topo do colector diminui as perdas de calor.

•Tem elevadas perdas de calor;•Este módulo não possui uma cobertura no topo;•É mais apropriado para aplicações que necessitem de uma temperatura de água mais baixa.

•O rendimento térmico está muito dependente da área de células, no topo do módulo;•Quanto menor for a área de células, maior será a radiação solar incidente na placa absorsora, melhorando o rendimento térmico.

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Curvas de Rendimento - Térmico

•O tipo de células fotovoltaicas influência o rendimento térmico;

•As células de silício policristalino proporcionam um rendimento térmico mais elevado, pois não geram tanta energia eléctrica.

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Curvas de Rendimento - Eléctrico

•Perdas de radiação por reflexão; •A temperatura das células aumenta.

•Não possui cobertura no topo; •A radiação reflectida é mínima, proporcionando um aumento da energia absorvida nas células.

•Rendimento eléctrico é baixo;•Área de células reduzida comparada com os outros colectores.

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Curvas de Rendimento - Eléctrico

•O rendimento eléctrico está estritamente dependente do tipo de células;

•As células de silício monocristalinas geram mais eléctricidade .

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Energia Anual Obtida

•A análise será feita para uma habitação de quatro pessoas, que consumem 40l/(pessoa dia) a 50ºC;

•O sistema eléctrico está ligado à rede;

•Os colectores são simulados em três climas: Bragança, Faro e Porto;

•Será feita uma comparação com um sistema misto (fotovoltaico + térmico).

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

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Energia Anual Obtida – Térmica (Bragança)

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Energia Anual Obtida – Térmica (Faro)

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Energia Anual Obtida – Térmica (Porto)

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Energia Anual Obtida - Térmica

•A energia térmica gerada num colector híbrido é menor do que num colector térmico;

•O Colector Híbrido Placa – Tubo Com Cobertura proporciona uma maior quantidade de energia térmica, que os restantes módulos. A principal razão para este facto é a existência de uma cobertura no topo, que reduz as perdas térmicas;

•O Colector Híbrido Placa – Tubo Sem Cobertura tem o pior comportamento térmico, pois para temperaturas de água elevadas, regista-se um aumento acentuado de perdas de calor;

•O Colector Com Células Transparentes, possui uma elevada área de células no topo, responsável pela baixa radiação incidente na placa absorsora;

•O tipo de célula fotovoltaica utilizado (policristalina e monocristalina) não é preponderante para a energia térmica obtida;

•Em Faro obtém-se a maior quantidade de energia térmica.

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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Energia Anual Obtida – Eléctrica (Bragança)

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

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Energia Anual Obtida – Eléctrica (Faro)

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

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Energia Anual Obtida – Eléctrica (Porto)

•Sumário dos Tópicos a Abordar

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•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

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Energia Anual Obtida – Eléctrica

•Os Colectores Híbridos Sem Cobertura e Com Células Transparentes geram uma maior quantidade de energia eléctrica. Na comparação com os módulos fotovoltaicos, estes colectores conseguem ter um melhor comportamento eléctrico;

•O Colector Com Cobertura tem um desempenho eléctrico pior, devido à perda de radiação na cobertura e ao aumento da temperatura das células;

•A energia eléctrica gerada varia consoante o clima, sendo maior para zonas de elevada insolação (Faro);

•Com o uso de células monocristalinas, gera-se uma maior quantidade de energia eléctrica. 

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

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Análise Económica

Neste trabalho foram utilizados os seguintes critérios de análise do investimento:

•Valor Actualizado Líquido (VAL);

•Taxa Interna de Rentabilidade (TIR);

•Tempo de Recuperação do Investimento (“Pay – Back”).

Optou-se pelo método de preços constantes, sendo a taxa de actualização de 2,1% e o tempo de vida do projecto de 20 anos.

Preço da energia térmica considerado (preço do gás natural): 

•Para Bragança – 0,8714€/m3+5% de IVA (Duriensegás Dezembro de 2007);

•Para Faro – 0,8579€/m3 +5% de IVA (Medigás Dezembro de 2007);

•Para o Porto - 0,6097 €/m3 +5% de IVA (Portgás Dezembro de 2007).

Preço da energia eléctrica considerado: 

De 1 a 5 anos – 0,65€/kWh;

De 6 a 15 anos – 0,50€/kWh;

De 16 a 20 anos – 0,155€/kWh. 

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

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Análise Económica

Viabilidade dos colectores híbridos por ordem decrescente para os diferentes climas (Bragança, Faro e Porto)

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

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Análise Económica

Comparação da viabilidade (por ordem decrescente) dos sistemas mistos com os colectores híbridos para o Porto

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

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Análise Económica

Comparação da viabilidade (por ordem decrescente) dos sistemas mistos com os colectores híbridos para o Bragança

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

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Análise Económica

Comparação da viabilidade (por ordem decrescente) dos sistemas mistos com os colectores híbridos para o Faro

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

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Conclusão

•Os colectores híbridos são uma solução exequível para aplicação ao aquecimento de águas e microgeração de electricidade;

•O Colector Híbrido Placa – Tubo Sem Cobertura Monocristalino é o que apresenta uma maior rentabilidade;

•A maior rentabilidade dos Colectores Sem Cobertura, está no facto destes módulos obterem maiores quantidades de energia eléctrica, sendo esta forma de energia melhor remunerada que a térmica;

•A rentabilidade dos colectores híbridos está estritamente dependente da remuneração associada a venda da energia eléctrica, estipulada no Decreto-Lei nº 363/2007;

•Em comparação com um sistema misto, os colectores híbridos são mais viáveis para áreas de colector maiores, pois os híbridos possuem um preço de instalação menor;

• Os sistemas solares, na sua generalidade, são não só uma solução lucrativa, em termos económicos, como também contribuem para a redução das emissões associadas ao uso de combustíveis fósseis.

•Sumário dos Tópicos a Abordar

•Enquadramento

•Colectores Híbridos Analisados

•Determinação das Curvas de Rendimento

•Energia Anual Obtida ( Térmica e Eléctrica)

•Análise Económica

•Conclusão

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FIM