Departamento de Engenharia Electrotécnica

Estudo de Sistemas de Microprodução De

Energia Eléctrica Híbridos Que Utilizam a

Energia Solar E Eólica

Trabalho de Projecto apresentado para a obtenção do grau de Mestre

em Automação e Comunicações em Sistemas de Energia

Autor

João Pedro São Miguel Marques

Orientador

Doutor Adelino Jorge Coelho Pereira Instituto Superior de Engenharia de Coimbra

Coimbra, Dezembro, 2011

Instituto Politécnico de Coimbra

Instituto Superior de Engenharia

Estudo De Sistemas de Micro-Produção de Energia Eléctrica Híbridos que Utilizam a Energia Solar e Eólica

Orientador(es):

Adelino Jorge Coelho Pereira

Professor Doutor, ISEC

João Pedro São Miguel Marques

Projecto para obtenção do Grau de Mestre em

Automação e Comunicações em Sistemas de Energia

COIMBRA

Dezembro 2011

i

“Faça sendo, aprenda fazendo”

Buda

iii

Agradecimentos

Muito embora este tipo de projectos sejam, até pela sua finalidade académica, trabalhos

individuais, há muitos contributos que importam ser realçados e sem os quais muito

provavelmente o grau de dificuldade seria muito maior e aos quais apresento aqui o meu

agradecimento e também dedicatória.

Em primeiro lugar queria agradecer ao Professor Doutor Adelino Pereira que confiou em

mim a realização deste trabalho, assim como toda a sua ajuda e por se apresentar sempre

disponível para discutir o quer que fosse dando sempre a sua opinião crítica da forma mais

clara possível.

Aos meus pais, não só por mais uma vez me apoiarem e estarem ao meu lado quando

decidi entrar neste Mestrado, mas também por tudo o que me proporcionaram na vida e por

nunca deixarem de acreditar em mim.

A toda a minha família desde avós, tios e primos pelas constantes mensagens de apoio e

demonstrações de carinho e preocupação que me permitiram continuar a trabalhar.

À minha namorada Joana por toda a paciência demonstrada, por me amparar em

momentos menos bons numa altura em que também ela se deparava com muito trabalho.

A todos os meus amigos e colegas que me perdoem por não dedicar directamente, mas

tornar-se-ia um agradecimento demasiado extenso. Porém, queria agradecer-lhes por todo o

apoio, ajuda e, acima de tudo, pela compreensão e tolerância pela minha indisponibilidade em

determinados momentos.

Por último, gostava de dedicar um agradecimento e uma dedicatória especial ao meu avô

Mário Alves pela pessoa que foi, por tudo o que fez e me ensinou, por ser a minha fonte de

inspiração e cujas pisadas procuro seguir todos os dias.

v

Resumo

O presente relatório visa o tema dos sistemas de produção de energia eléctrica híbridos

focados em duas tecnologias principais: a conversão da energia solar e da energia eólica em

energia eléctrica.

Numa altura em que o impacto ambiental causado pelo ser humano é cada vez maior,

levando mesmo à escassez de bens materiais e em que a saúde económica de vários países

atinge o limiar da sustentabilidade, é importante incentivar e promover medidas e tecnologias

que permitam tornar o planeta Terra num sítio melhor para se viver, tendo sempre em atenção

o menor custo possível.

É neste panorama que surgem os sistemas eléctricos híbridos com capacidade de dar uma

resposta às necessidades energéticas, utilizando energias limpas e inesgotáveis e garantindo

um ininterrupto e fiável fornecimento de energia.

Foi desenvolvida uma aplicação computacional que permite dimensionar e criar vários

cenários de sistemas híbridos que conciliem a conversão das energias solar e eólica em

energia eléctrica. Este dimensionamento garantirá uma optimização dos sistemas produtores

de energia, assim como a criação de vários cenários e respectivas análises energéticas e

económicas.

Será feita uma extensa explicação dos fenómenos de produção de energia através de

fontes renováveis, em particular as acima referidas, do problema da sustentabilidade mundial

e, por último, do programa computacional desenvolvido com as devidas comprovações

através da criação de cenários hipotéticos.

Palavras-chave: Sistemas híbridos eléctricos, energia fotovoltaica, energia eólica,

software de dimensionamento, MatLab GUI, Portugal

vii

Abstract

The purpose of this paper report is to give a glimpse on hybrid electric systems that use

renewable energy as their main sources.

In a world where environmental aspects are being left behind due to the economic ones,

and when the planet Earth starts to resemble all the harm that human beings have been

causing, it’s urgent that a more cleaner and inexhaustibly type of energy emerge.

That´s the main characteristic in the electric hybrid systems, they use clean sources of

energy and they also allow an interrupt and a reliable energy supply during different parts of

the day and on various environments.

A simple software was developed with the possibility to dimension and study different

scenarios so it could demonstrate the potential of this technologies. This computer tool will

allow the user to do economic and energetic analyses for different case scenarios using wind

and photovoltaic power sources.

On this report the reader can also find an extended explanation on both technologies

studied as all the energy converting process.

Keywords: Electric hybrid systems, photovoltaic energy, wind energy, MatLab,

dimensioning software

ix

Índice

Agradecimentos iii

Resumo v

Abstract vii

Índice ix

Lista de Figuras xiii

Lista de Tabelas xvii

Nomenclatura xix

1 Introdução 21

1.1 Contextualização e Motivação 21

1.2 Principais objectivos 23

1.3 Organização do relatório 24

2 Energias Renováveis – motivação e situação actual no Mundo, Europa e

Portugal 25

2.1 Sustentabilidade 25

2.2 Energias Renováveis, cenário energético mundial 26

2.2.1 Energias Renováveis, cenário Português 27

2.3 Produção de Energia Eléctrica através de fontes Energias Renováveis 28

2.3.1 Situação Europeia 29

2.3.2 Situação Portuguesa 33

2.4 Enquadramento Legal 37

3 As tecnologias fotovoltaica e eólica 43

3.1 Fotovoltaica 43

3.1.1 Breve história do fenómeno fotovoltaico 43

3.1.2 Propriedades da Luz Solar 45

3.1.2.1 Radiação Solar 46 3.1.3 Fenómeno fotovoltaico 50

3.1.4 Célula fotovoltaica 52

x

3.1.4.1 Tipos de células fotovoltaicas 54 3.1.4.1.1 Células de Silício monocristalino 55 3.1.4.1.2 Células de Silício policristalino 56 3.1.4.1.3 Células de Silício amorfo 57 3.1.4.1.4 Outro tipo de células 57

3.1.5 Equipamentos fotovoltaicos 58

3.1.5.1 Painéis fotovoltaicos 58 3.1.5.1.1 Características dos painéis fotovoltaicos 59

3.1.5.2 Seguidores Solares 63 3.1.6 Outros exemplos de sistemas solares 63

3.2 Eólica 64

3.2.1 Enquadramento histórico da energia eólica 64

3.2.2 Propriedades do Vento 67

3.2.3 Fenómeno eólico 68

3.2.3.1 Lei de Betz 70 3.2.4 Aerogeradores 73

3.2.4.1 Tipos de aerogeradores 73 3.2.4.1.1 Aerogeradores de eixo vertical 73 3.2.4.1.2 Aerogeradores de eixo horizontal 74

3.2.4.2 Constituição de um aerogerador de eixo horizontal 76 3.2.4.3 Aerodinâmica dos aerogeradores 77 3.2.4.4 Controlo de potência 78

3.2.5 Outras tecnologias futuras 79

3.3 Sistemas Eléctrico Híbridos 80

3.3.1 Definição e enquadramento histórico 80

3.3.2 Equipamentos 81

3.3.2.1 Inversores 83 3.3.2.2 Baterias 83 3.3.2.3 Quadros, cabos eléctricos e outros dipositivos 85

4 Software e dados utilizados 88

4.1 MatLab 88

4.1.1 MatLab GUI 89

4.2 Dados climatéricos 90

4.3 Software 93

4.3.1 Estrutura do software 93

4.3.2 Como funcionar com o software 96

5 Resultados 104

5.1 Caso I – Sistema Independente 105

5.2 Caso II – Sistema conjugado 110

xi

6 Conclusões 116

6.1 Considerações finais 116

6.2 Trabalho a desenvolver futuramente 117

Referências 118

ANEXOS 124

Anexo I – Código fonte do programa 125

Anexo II – Painel fotovoltaico utilizado 143

Anexo III – Primeiro aerogerador utilizado 145

Anexo IV – Primeiro inversor utilizado 146

Anexo V – Segundo aerogerador utilizado 147

Anexo VI – Segundo inversor utilizado 148

xii

xiii

Lista de Figuras

Figura 2.1 Representação gráfica dos três pilares da sustentabilidade [7] 5

Figura 2.2 Produção de energia mundial por combustível [8] 6

Figura 2.3 Evolução produção de energia através de fontes renováveis [8] 7

Figura 2.4 Mapa representativo do investimento total da tecnologia fotovoltaica na União Europeia [16] 11

Figura 2.5 Mapa representativo do investimento total da tecnologia eólica na União Europeia [12] 13

Figura 2.6 Gráfico com a potência instada no Sistema Eléctrico Nacional [18] 13

Figura 2.7 Evolução da energia eléctrica produzida através de fontes renováveis (TWh) [19] 15

Figura 2.8 Produção de energia eléctrica a partir de fontes renováveis por distrito em 2009 [19] 16

Figura 3.1 Movimento anual da Terra à volta do Sol [34] 27

Figura 3.2 Tipos de radiação solar [36] 28

Figura 3.3 Tipos de albedo e valores respeitantes [36] 29

Figura 3.4 Mapa da radiação solar em Portugal [37] 29

Figura 3.5 Conjunto de átomos de Silício 30

Figura 3.6 Conjunto de átomos de Silício com um átomo de elemento Fósforo 30

Figura 3.7 Conjunto de átomos de Silício com um átomo de elemento Boro 31

Figura 3.8 Exemplo do funcionamento de uma junção pn [39] 32

Figura 3.9 Corte transversal de uma célula fotovoltaica [40] 32

Figura 3.10 Esquema equivalente de uma célula fotovoltaica [41] 33

Figura 3.11 Comportamento ideal de um díodo / célula fotovoltaica [42] 33

Figura 3.12 Célula fotovoltaica de Silício monocristalino [43] 35

Figura 3.13 Célula fotovoltaica de Silício policristalino [43] 36

Figura 3.14 Célula fotovoltaica de Silício amorfo [43] 37

Figura 3.15 Ligação de células fotovoltaicas num painel em paralelo [41] 38

Figura 3.16 Ligação de células fotovoltaicas num painel em série [41] 39

Figura 3.17 Ligação de células fotovoltaicas com um díodo de bypass [36] 39

Figura 3.18 Ligação de células fotovoltaicas com um díodo de bloqueio [36] 39

Figura 3.19 Curva característica IxV [36] 40

Figura 3.20 Curva característica PxV [36] 40

Figura 3.21 Características potência máxima [36] 41

Figura 3.22 Influência da radiação solar numa célula fotovoltaica [36] 42

xiv

Figura 3.23 Influência da temperatura numa célula fotovoltaica [36] 43

Figura 3.24 Velocidade média do vento em Portugal Continental [46] 48

Figura 3.25 Comparação da potência gerada com a velocidade do vento [48] 50

Figura 3.26 Limite de Betz [49] 51

Figura 3.27 Lei de Betz [50] 51

Figura 3.28 Limite de Betz 52

Figura 3.29 Aerogerador com rotor de Savonius [53] 54

Figura 3.30 Aerogerador com rotor de Darrieus [54] 55

Figura 3.31 Representação do ruído causado por um aerogerador [50] 56

Figura 3.32 Constituição de um aerogerador [55] 57

Figura 3.33 Principais forças que actuam sobre uma pá em movimento [57] 58

Figura 3.34 Protótipo de modelo que pretende produzir energia eléctrica através do auxílio do vento [59] 60

Figura 3.35 Torre eólica WindFloat produzida pela EDP Inovação [61] 60

Figura 3.36 Exemplo de um sistema eléctrico híbrido [63] 62

Figura 3.37 Inversor utilizado em instalações solares e eólicas [64] 63

Figura 3.38 Exemplo de uma bateria de um sistema fotovoltaico [65] 64

Figura 3.39 Exemplo do funcionamento de uma bateria [66] 64

Figura 3.40 Exemplo de um quadro eléctrico [67] 66

Figura 3.41 Cabo do tipo ZZ-F [68] 66

Figura 3.42 Cabo do tipo XZ1FA3Z-K [68] 67

Figura 4.1 Logótipo MatLab [69] 69

Figura 4.2 Exemplo de um ficheiro criado em MatLab GUI [69] 70

Figura 4.3 Ecrã inicial do software 77

Figura 4.4 Ecrã do software após a selecção do sistema a dimensionar 79

Figura 4.5 Ecrã inicial do software 80

Figura 4.6 Análise energética do ficheiro hybrid.xls 80

Figura 4.7 Análise económica do ficheiro hybrid.xls 81

Figura 4.8 Algoritmo utilizado para o desenvolvimento do programa (imagem 1) 82

Figura 4.9 Algoritmo utilizado para o desenvolvimento do programa (imagem 2) 83

Figura 5.1 Dimensionamento efectuado para o primeiro caso de estudo 86

Figura 5.2 Dimensionamento efectuado para o primeiro caso de estudo com os outros equipamentos 88

Figura 5.3 Dimensionamento efectuado para o segundo caso de estudo 92

Figura 5.4 Dimensionamento efectuado para o segundo caso de estudo com diferentes equipamentos 94

xv

xvii

Lista de Tabelas

Tabela 2.1 Evolução da tecnologia europeia nos países da União Europeia em GW [13], [14], [15], [16] 11

Tabela 2.2 Evolução da tecnologia europeia nos países da União Europeia [12] 12

Tabela 2.3 Tabela com a potência instada no Sistema Eléctrico Nacional [18] 14

Tabela 2.4 Evolução histórica da energia eléctrica produzida através de fontes renováveis em Portugal (GWh) [19] 14

Tabela 2.5 Evolução histórica da potência total instalada através de fontes renováveis (MW) 15

Tabela 2.6 Evolução da energia eléctrica produzida através de renováveis em Portugal Continental (excluindo a pequena geração fotovoltaica (GWh) [19] 16

Tabela 2.7 Evolução da Potência Instalada total de renováveis em Portugal Continental (exclui-se a grande hídrica (> 30 MW) e pequena fotovoltaica (MW)) [19] 17

Tabela 4.1 Dados da temperatura média mensal para as capitais de distrito de Portugal 71

Tabela 4.2 Dados da radiação média mensal para as capitais de distrito de Portugal 71

Tabela 4.3 Dados da inclinação do painel fotovoltaico para as capitais de distrito de Portugal 72

Tabela 4.4 Dados da velocidade média do vento para as capitais de distrito de Portugal 73

Tabela 4.5 Dados da predominância média do vento para as capitais de distrito de Portugal 73

Tabela 5.1 Tabela com os resultados obtidos para o dimensionamento do primeiro caso 81

Tabela 5.2 Análise energética para o caso I 82

Tabela 5.3 Análise energética para o caso I com diferentes equipamentos 83

Tabela 5.4 Análise económica para o caso I com diferentes equipamentos 84

Tabela 5.5 Análise económica para o caso I com tarifas de 2008 85

Tabela 5.6 Tabela com os resultados obtidos para o dimensionamento do primeiro caso 86

Tabela 5.7 Análise energética para o segundo caso de estudo 87

Tabela 5.8 Análise energética para o segundo caso de estudo com diferentes equipamentos 88

Tabela 5.9 Análise económica para o segundo caso 95

Tabela 5.10 Análise económica para o segundo caso 96

xix

Nomenclatura

Abreviaturas

kWh kiloWhatt-hora

GW GigaWatt

MW MegaWatt

ERSE Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos

DGEG Direcção Geral de Energia e Geologia

SEI Sistema Eléctrico Independente

$/Wp Dólar por Watt-pico

MWp MegaWatt-pico

km Quilómetro

VOC Tensão em circuito aberto

ICC Corrente em curto-circuito

PM Potência máxima

VMP Tensão na potência máxima

IMP Corrente na potência máxima

m/s metro por segundo

Letras e símbolos

K Kelvin

Si Silício

P Fósforo

B Boro

E Energia de cada fotão (eV)

h Constante de Plank (6,626 x 10-34 J.s)

c Velocidade da luz (m/s)

I Corrente da célula fotovoltaica (A)

xx

phI Corrente gerada pela luminosidade da célula (A)

sR Resistência série (Ω)

shR Resistência shunt (Ω)

k Constante de Boltzmann (k=1,38 x 10-23)

q Carga do electrão (k=1,602 x 10-19 C)

P Corresponde à potência

U Tensão aos terminais de uma carga / gerador

I Corrente do circuito

cT Temperatura na célula (º C)

aT Temperatura ambiente (º C)

mE Luminosidade média (W/m2)

TUC Temperatura da utilização da célula (ºC)

cE Energia cinética do corpo em movimento

m Massa do corpo em movimento

v Velocidade do corpo

A Área de uma superfície cilíndrica (m)

C Capacidade da bateria (Ah)

I Intensidade da corrente da bateria (A)

t Tempo (h)

Caracteres gregos

λ Gama de comprimentos de onda ( m)

0 Permeabilidade do vazio (8,85 x 10-12 F/m)

0 Permitividade do vazio (4π x 10-7 WA/m)

Ω Ohm

Densidade do ar (1,2 kg/m3)

21

1 Introdução

1.1 Contextualização e Motivação

A energia eléctrica tem, presentemente, um papel catalítico na vivência da humanidade

sendo impensável ao homem viver sem ela. Desde as necessidades mais triviais (como assistir

televisão, ligar o computador ou mesmo uma simples lâmpada de uma divisão) até aos

grandes consumos (como a indústria e os serviços de saúde) tudo passa pela energia eléctrica.

Devido à sua enorme importância, é de prever que este seja um bem essencial muito

solicitado e onde existem muitos interesses políticos, sociais e económicos. Desde a

produção, passando pelo transporte, distribuição até ao consumidor final, há um sem número

de interesses a respeitar de forma a garantir um mercado regulado e equilibrado. No âmbito

deste projecto ter-se-á em foco a produção de energia eléctrica, pois é aqui que reside o

primeiro grande obstáculo em todo o processo.

Nos primórdios da geração da energia, recorria-se à queima de combustíveis fosseis

como o petróleo, o carvão e o gás natural para produzir energia eléctrica. Contudo, veio a

provar-se que a queima de combustíveis fósseis libertava uma grande quantidade de dióxido

de carbono, provocando um grande impacto ambiental no meio ambiente.

Outro grande, e importante problema relacionado com a queima de combustíveis fósseis,

é o facto de não serem renováveis, esgotando-se no caso de utilização excessiva. Assim,

segundo um estudo realizado pela Universidade da Califórnia nos Estados Unidos da

América, estima-se que as reservas mundiais de petróleo se venham a esgotar em 2041 [1].

Relativamente, às reservas de carvão prevê-se que se extingam dentro de 200 anos e as de gás

natural daqui a 60 anos [2].

Atendendo a que em 2007 se assistiu a uma produção de energia eléctrica mundial na

ordem dos 18,8 triliões kWh, onde quase 8 triliões provinham de centrais termoeléctricas que

usam o carvão como fonte principal de combustível, 3,5 triliões provenientes do gás natural e

apenas pouco mais de 3 triliões provinham de fontes de energia renováveis e que em 2035 se

prevê um aumento deste valor em cerca de 87 %, passando para os 25 triliões kWh de energia

eléctrica produzida [3], é urgente lograr outro tipo de produção de energia que permita dar

resposta a todas as solicitações, mas também que não provoque grandes desastres ambientais.

22

É neste âmbito que surgem as energias renováveis que, inicialmente, tiveram especial

incidência nas centrais hidroeléctricas (barragens). Recentemente, encetou-se uma maior

aposta na energia solar, uma vez que este tipo de produção de energia é, igualmente,

considerada “limpa” e não causa um impacto ambiental tão grande como as barragens. Por

outro lado, esta tecnologia permite uma utilização doméstica, através da implementação de

painéis fotovoltaicos ou de mini-aerogeradores.

Em Portugal, no ano de 2008, cerca de 29% da energia eléctrica destinava-se a consumo

doméstico e 32% estavam reservados para os Serviços Públicos. Estes dois apenas eram

superados, em cerca de 36%, pela Indústria existente no País [4]. Face a este cenário, com o

aumento do número de clientes ligados à rede a aumentar anualmente e com a implementação

dos veículos eléctricos, o Governo Português decidiu criar incentivos e condições que

permitissem recorrer-se àquele tipo de produção de energia. Assim, em 2007, foi aprovado em

Conselho de Ministros o Decreto-Lei nº 363/2007, que foi publicado em 2008. A legislação

sofreu algumas modificações, estando agora em vigor a segunda alteração daquele Decreto-

Lei, o Decreto-Lei nº 118-A/2010. Esta lei visa a produção de energia eléctrica para consumo

próprio ou para posterior venda à rede eléctrica nacional. O citado Decreto-Lei permite que se

produza energia através de diversas fontes de energia, desde a solar, eólica, hídrica, co-

geração, bio-massa, pilhas de combustível com base em hidrogénio proveniente de

microprodução renovável e também através da co-geração não-renovável. O incentivo surge

com maior foco nas fontes de energia renováveis, sendo que o produtor de energia eléctrica é

subsidiado em 100% da tarifa em vigor para o caso de uma microprodução com base na

energia solar, 80% com base na energia eólica e assim sucessivamente pela ordem

anteriormente apresentada, até aos 40% destinados à co-geração não-renovável [5].

Como se pode denotar, no Decreto-Lei nº118-A/2010, existe um maior incentivo e

interesse para que se produza energia eléctrica através da fonte solar e eólica. Isto deve-se ao

facto da boa situação geográfica de Portugal para este tipo de fontes de energia e também

porque esta é uma tecnologia constantemente em evolução e, como tal, com elevado grau de

eficiência em comparação com as restantes formas alternativas de produção de energia.

Apesar de serem duas excelentes formas de produção de energia e de possuírem bons

níveis de eficiência, para além de não emitirem gases de estufa, esta tecnologia apresenta

ainda algumas lacunas quando não se encontram reunidas as condições meteorológicas ideais

(um painel fotovoltaico não produz energia sem Sol, assim como um aerogerador não

consegue produzir sem vento).

23

Assim, os sistemas híbridos permitem “juntar o melhor de dois mundos”. Colocando um

painel fotovoltaico em sintonia com um aerogerador é possível optimizar-se a produção de

energia em situações de céu enublado ou de vento reduzido, garantindo assim que exista

produção de energia eléctrica, independentemente da altura do ano, hora do dia, etc.

Estes sistemas, ainda pouco desenvolvidos, podem revolucionar seriamente o mercado da

produção de energia eléctrica, através de fontes renováveis, pois para além de conseguirem

suprimir as lacunas dos outros sistemas, apresentam um maior grau de eficiência.

Ao implementar-se sistemas híbridos é necessário dimensionar bem a zona geográfica

onde irão ser colocados. Existem vários tipos de programas tais como o Homer (concebido

pelo National Renewable Energy Laboratory – NREL), o PVS (Instituto Fraunhofer

especializado em Sistemas de Energia Solar), o Hybrid2 (Universidade de Massachusetts), o

PVSYST (Univerdade de Genebra e o conhecido RETScreen do CANMET (Centro de

Tecnologia Energética e Recursos Naturais do Canada) que já permitem um dimensionamento

correcto e fiável. Contudo, é de todo interesse que exista uma solução nacional e preparada

para a situação portuguesa, pois a maioria dos softwares existentes apenas se foca num tipo

específico de tecnologia (normalmente incidem mais na energia fotovoltaica).

Para se obter um resultado fidedigno, e o mais perto possível da realidade portuguesa,

ter-se-á de fazer uma pesquisa intensiva das condições climatéricas da radiação solar e da

velocidade do vento em várias zonas de Portugal para, posteriormente, se criar uma base de

dados capaz de interagir com o software de dimensionamento a desenvolver,

Este género de projectos pretende, assim, promover e incentivar a utilização deste tipo de

tecnologias e, como consequência, promover um abandono gradual das centrais térmicas e

outros tipos de tecnologias que emitem gases efeito de estufa e que utilizam combustíveis

fósseis, ajudando assim a reduzir alguns dos índices actuais de poluição.

1.2 Principais objectivos

Os principais objectivos deste trabalho são:

Fazer um estudo intensivo das várias formas de produção de energia utilizando a

luz solar e o vento como principais fontes de energia e de sistemas capazes de

combinar ambas as tecnologias em simultâneo.

Fazer uma recolha da velocidade do vento e da radiação solar, através de dados

existentes das diversas estações meteorológicas das principais zonas do país.

24

Concepção de uma ferramenta computacional que, com esses dados, permita

optimizar um sistema híbrido a nível da colocação de painéis fotovoltaicos e da

dimensão do aerogerador a colocar.

Incentivar trabalhos futuros a desenvolver e a implementar estas tecnologias.

1.3 Organização do relatório

O presente relatório encontra-se dividido em seis Capítulos. O primeiro Capítulo

corresponde à introdução do relatório, onde consta a motivação para a escolha do tema, os

objectivos e a explicação da estrutura do relatório.

O segundo Capítulo abrange de uma forma mais pormenorizada alguma da motivação

associada ao problema da sustentabilidade e a inclusão das energias renováveis para resolver

alguns dos problemas relacionados com a poluição e a escassez de combustíveis.

No terceiro Capítulo é apresentada uma explicação das tecnologias utilizadas

(fotovoltaica e eólica), abordando os próprios fenómenos da radiação solar e do vento e da sua

conversão em energia eléctrica.

A explicação do software desenvolvido surge no quarto Capítulo, onde se apresenta uma

análise do código desenvolvido e um subcapítulo que pretende auxiliar o utilizador,

esclarecendo de um modo resumido a melhor forma de interagir com o programa.

No quinto Capítulo são apresentados os resultados obtidos com aplicação do software

desenvolvido. Para demonstrar todas as funcionalidades do programa no dimensionamento de

sistemas híbridos são apresentados dois exemplos de estudo.

O último Capítulo apresenta as principais conclusões e a orientação para trabalho a

realizar futuramente dentro deste assunto.

25

2 Energias Renováveis – motivação e situação

actual no Mundo, Europa e Portugal

2.1 Sustentabilidade

Segundo o Relatório de Brundtland publicado em 1987 [6], a sustentabilidade pode ser

definida como o uso sustentável dos recursos naturais que deve “suprir as necessidades da

geração presente sem afectar a possibilidade das gerações futuras se suprir as suas”, ou seja, o

ser humano deve garantir a sua sobrevivência, e do meio onde vive, tanto actual como

futuramente sem que, para tal, exista um esgotar dos recursos existentes.

O que se verifica, actualmente, é que o significado de sustentabilidade é cada vez mais

uma utopia do que uma realidade. Com a população mundial a registar um consumo numa

escala cada vez maior, prevê-se que seriam necessários três planetas Terra para dar uma

resposta sustentável aos consumos actuais [6].

A sustentabilidade assenta na junção de três pilares bases: económico, social e ambiental.

A união perfeita dos três possibilita encontrar um equilíbrio que permite levar a um sistema

perfeito, existindo um bom fundo financeiro assente em boas políticas sociais e sempre com

grande respeito pelos aspectos ambientais. Na Figura 2.1 está exposta uma representação

gráfica deste equilíbrio.

Figura 2.1 – Representação gráfica dos três pilares da sustentabilidade [7]

26

O que se verifica na sociedade actual é que existe cada vez mais um interesse maior

dedicado à parte económica, em prol das partes ecológica e social o que poderá levar à

inviabilidade do sistema.

O aumento abrupto do consumo mundial de energia leva a que as fontes, até agora usadas

para a sua produção, comecem a entrar em ruptura, levando a que, por vezes, interesses

económicos superem outros interesses. Foi neste panorama mundial que se optou por investir

em energias capazes de dar resposta ao consumo mundial, mas, ao mesmo tempo, sem

provocarem grandes impactos ambientais.

2.2 Energias Renováveis, cenário energético mundial

A energia renovável é toda aquela que é produzida através de fontes naturais como o

vento, o sol, a água da chuva, dos rios e dos mares e, até mesmo, do calor proveniente do

interior da Terra. Num estudo realizado, em 2010, pelo Renewable Energy Policy Network

for the 21st century, concluiu que, em 2008, apenas cerca de 19% da energia consumida

globalmente tinha origem em fontes renováveis. A energia nuclear contribuía com 2,3% e a

energia produzida através da queima de combustíveis fósseis correspondia à maior fatia com

78%. Dos 19% de energia produzida por fontes renováveis, cerca de 13%, provinham da

utilização da biomassa, utilizada essencialmente para aquecimento. Na Figura 2.2 é possível

encontrar os resultados associados ao estudo anteriormente referido [8].

Figura 2.2 - Produção de energia mundial por combustível [8]

Desde 2000 e segundo dados do mesmo estudo ainda existe uma grande dependência na

produção de energia através da queima de combustíveis fósseis, no entanto há uma forte

evolução na produção de energia através de fontes renováveis globalmente, sendo que a

27

tecnologia solar fotovoltaica apresenta uma evolução de mais de 100%. Estes e outros dados

são apresentados na Figura 2.3, onde é possível observar a evolução da produção de energia

através de várias fontes renováveis desde o ano de 2000 até 2009.

Figura 2.3 - Evolução produção de energia através de fontes renováveis [8]

Estima-se que a capacidade mundial instalada em energias renováveis, no ano de 2009,

atingiu um máximo de produção de 1230 GW, 7% a mais, em comparação com o início do

estudo. As fontes renováveis já englobam um quarto da energia produzida mundialmente,

estimada nos 4800 GW [8].

Entre as energias renováveis, em 2009, a energia do vento aumentou a sua capacidade

instalada em 30 GW, a energia hídrica teve um aumento anual de 30 GW e, por fim, a energia

solar em 7 GW [8].

Os cinco principais países que, em 2009, detinham a maior capacidade de energia

produzida através de fontes renováveis eram a China, os Estados Unidos da América, a India,

a Espanha e a Alemanha. Contudo, contabilizando todos os anos do estudo, verifica-se que os

maiores representantes são a China, os Estado Unidos da América, Canada, Brasil e o Japão.

Na União Europeia, as energias renováveis representam 60% da energia instalada no século

XXI [8].

2.2.1 Energias Renováveis, cenário Português

A situação em Portugal não revela contornos muito favoráveis no que às energias

renováveis diz respeito.

28

Devido à sua excelente posição geográfica, ao apresentar uma elevada exposição solar,

com uma rede hidrográfica relativamente densa e uma frente marítima que permite beneficiar

dos ventos marítimos, Portugal apresenta-se como um dos países europeus com melhores

condições para criar uma forte aposta na área das energias renováveis.

Para além de existirem obrigatoriedades e compromissos relacionados com a política

energética nacional, o cumprimento das metas negociadas, aquando da assinatura do

Protocolo de Quioto, determinaram um aumento máximo de 27% na emissão de gases efeito

de estufa, entre 2008 e 2012, apesar de todas as directivas adjacentes, no que diz respeito à

limitação do uso de combustíveis fósseis.

A matriz energética portuguesa é bastante diversificada, de onde se destaca o petróleo

como principal energia primária (representando 60% do total de energia consumida em

Portugal). As restantes fontes de energia são o gás natural (ocupando 19,7% em 2010), o

carvão (com 7,2% em 2010) e as energias renováveis (23,1% em 2010). Porém, Portugal é um

país pobre a nível de recursos energéticos de origem fóssil. Assim sendo, terá forçosamente

de existir uma forte dependência energética externa sendo que em 2010, 76,5% da energia

consumida em Portugal provinha de fontes externas [9].

2.3 Produção de Energia Eléctrica através de fontes Energias

Renováveis

No sector eléctrico as fontes de energias renováveis têm também apresentado uma forte

evolução e é onde tem existido um forte investimento. Segundo o estudo anual International

Energy Outlook 2010, realizado pela Energy Information Agency Norte-Americana, que

pretende obter uma avaliação global da energia eléctrica nos anos anteriores e também

efectuando uma previsão para anos posteriores, a produção de energia eléctrica, através de

fontes renováveis, teve o maior crescimento de todas as formas possíveis para a produção de

energia eléctrica. As energias renováveis apresentam uma taxa de crescimento anual de 3%,

sendo que se prevê que o seu impacto na geração mundial passe de 18% em 2007 para 23%

em 2035.

Quase 80% deste valor deve-se ao contributo das tecnologias baseadas nas fontes hídrica

e eólica. A contribuição da fonte eólica teve um acréscimo considerável na última década,

passando dos 18 GW de potência instalada em 2000 para os 159 GW de potência instalada

nos finais de 2009, número este que continua a aumentar de forma exponencial. Dos 4,5

29

triliões kWh produzidos através de fontes renováveis, 2,4 triliões (54 %) são atribuídos à

tecnologia hidroeléctrica e 1,2 triliões (26%) dizem respeito à energia produzida utilizando o

vento [10].

Apesar das energias renováveis apresentarem bons índices ambientais e uma boa

resposta, são ainda incapazes de competir a nível económico com as tecnologias baseadas na

queima de combustíveis fósseis. A energia solar está actualmente em constante evolução,

permitindo produzir maiores quantidades de energia recorrendo a painéis cada vez mais

pequenos. Contudo, se não existirem apoios governamentais que permitam que este tipo de

produção de energia entre nos mercados eléctricos, acabará por cair em desuso e abandonada.

O grande problema relacionado com as tecnologias solar e eólica deve-se à sua grande

intermitência, o que significa que apenas produzem energia quando as respectivas fontes se

encontram disponíveis. Depois de instalados, os sistemas que recorrem a estas tecnologias

apresentam custos de manutenção muito inferiores às outras, também elas baseadas em fontes

renováveis. Daí surgir um grande interesse neste tipo de tecnologia. Contudo, o problema

surge no investimento inicial, cujos custos elevados (apesar de haver um decréscimo

significativo neste custo capital) tornam, por vezes, incomportável a sua implementação.

Outro problema é, como já foi referido anteriormente, o da intermitência dos recursos

energéticos, mas com o auxílio de baterias e outros equipamentos capazes de acumular

energia podem ajudar a contornar esta situação.

As alterações na forma em como as energias renováveis têm sido implementadas variam

de país para país. Nos países menos desenvolvidos continua a haver um forte investimento na

capacidade das hidroeléctricas, enquanto que nos países mais desenvolvidos e, especialmente

na Europa, há um forte investimento na energia do vento e na biomassa. Isto deve-se

essencialmente às políticas europeias governamentais que pretendem encorajar este tipo de

tecnologia e de mercados.

2.3.1 Situação Europeia

A produção de electricidade na Europa, segundo o estudo anteriormente referido

realizado pela Energy Information Agency, prevê-se que aumente 1,1% a cada ano, passando

dos 3,4 triliões de kWh em 2007 para 4,4 triliões de kWh em 2030 e 4,6 triliões de kWh em

2035.

Como a maioria dos países europeus apresenta uma população relativamente estável

demograficamente e mercados energéticos desenvolvidos, espera-se que o grande aumento

30

energético provenha dos países de maior crescimento populacional (como a Turquia, Irlanda e

Espanha) e também dos novos países (como os representantes da antiga Jugoslávia). Estes

países, para além de aumentarem o consumo energético europeu, carecem de atenção extra,

uma vez que também pode aumentar, de forma gravosa, o impacto ambiental devido à

produção baseada em combustíveis fósseis.

Já ocorreram alguns avanços e recuos na legislação relativa à produção de energia

eléctrica através de fontes renováveis. Em Espanha, por exemplo, houve em 2008 um grande

investimento governamental na tecnologia fotovoltaica, oferecendo grandes subsídios aos

produtores. Contudo, o mercado disparou em flecha e, em Setembro do mesmo ano, o

investimento na tecnologia fotovoltaica já não compensava financeiramente, pelo que teve de

haver um recuo e uma revisão na legislação existente levando a cortes até 25% dos subsídios

existentes [11]. A Alemanha, que possui o maior mercado de energia solar fotovoltaica com

cerca de 250.000 (aproximadamente 7.400 MW) sistemas instalados em 2010, estudou de

perto a situação espanhola e decidiu aplicar alguns cortes nos subsídios antes de atingir a

mesma situação. Países como a Itália e Estados Unidos redefiniram também a sua situação

legal e governamental.

Nos finais de 2010, encontravam-se instalados 29,33 GW de energia fotovoltaica na

União Europeia (dos 27 países), sendo a Alemanha o país com mais capacidade instalada com

um total de 17.370 MW de potência instalada, seguido pela Espanha com 3.808 MW,

ocupando Portugal a 9ª posição com apenas 131 MW de potência instalada. Na Figura 2.4 e

na Tabela 2.1 é possível obter-se uma percepção de como tem ocorrido a evolução deste tipo

de tecnologia na Europa desde 2005.

Relativamente, à energia eólica também tem existido bastantes progressos e uma

contínua implementação de sistemas capazes de transformar o vento em energia eléctrica.

Segundo um relatório datado em Fevereiro de 2011 da Agência Europeia de Energia Eólica

existiam, até à altura, cerca de 12000 aerogeradores na Europa com um total de potência

instalada de 84 GW, sendo 98% desse valor albergado pelos países da União Europeia [12].

31

Tabela 2.1 – Evolução da tecnologia europeia nos países da União Europeia em GW [13], [14],

[15], [16]

Figura 2.4 – Mapa representativo do investimento total da tecnologia fotovoltaica na União

Europeia [16]

32

A capacidade total instalada na União Europeia ultrapassou os 160 GW em 2010, o que

permitiu avaliar a indústria nos 45 mil milhões de euros e empregar 500.000 pessoas. A

Europa alberga metade da capacidade mundial e a Agência Eólica Europeia prevê que, em

2020, a capacidade instalada atinja os 230 GW, o que corresponderá a cerca de 14%-17% de

toda a energia eléctrica produzida na União Europeia que permitirá evitar a emissão para a

atmosfera de 333 milhões de toneladas de CO2 por ano e poupar 28 mil milhões de euros

anuais em gastos relacionados com combustível. Actualmente, os principais países produtores

são a Alemanha, com uma capacidade total de 27,21 GW, e a Espanha, com 20,67 GW.

Portugal surge na 6ª posição com 3,89 GW. Na Tabela 2.2 encontra-se a evolução de todos os

países representantes da União Europeia na sua capacidade eólica instalada. Na Figura 2.5

encontra-se um mapa com um grafismo que permite visualizar os diferentes países e a

capacidade instalada de cada um.

Tabela 2.2 – Evolução da tecnologia europeia nos países da União Europeia [12]

33

Figura 2.5 – Mapa representativo do investimento total da tecnologia eólica na União Europeia [12]

2.3.2 Situação Portuguesa

A situação a nível nacional, ao longo dos últimos anos, tem vindo a melhorar

substancialmente, existindo um aumento gradual na aposta deste tipo de tecnologia. No

entanto, em 2006, Portugal ainda apresentava uma dependência energética na ordem dos 80%,

o que levou a uma série de incentivos legais e financeiros na aposta em energias renováveis

[17].

Com isto, Portugal conseguiu aumentar a sua “fatia renovável”, aumentando

gradualmente a aposta na produção de energia eléctrica renovável, com especial ênfase nas

centrais hídricas. Na Figura 2.6 e na Tabela 2.3 encontram-se dados da ERSE relativos à

produção de energia eléctrica por tecnologia no Sistema Eléctrico Nacional.

Figura 2.6 – Gráfico com a potência instada no Sistema Eléctrico Nacional [18]

34

Tabela 2.3 – Tabela com a potência instada no Sistema Eléctrico Nacional [18]

Como se pode constatar tem existido um forte investimento nas energias renováveis, em

particular na tecnologia eólica ao implementarem-se cada vez mais parques eólicos. É

também notório nos dados fornecidos que os parques eólicos foram a fonte de energia mais

escolhida para dar resposta ao constante aumento do consumo no Sistema Eléctrico Nacional.

Apesar de já se conseguir ter uma relativamente boa noção do estado das energias

renováveis em Portugal, estes dados podem induzir em erro, uma vez que apenas consideram

as tecnologias que injectam potência na rede, excluindo outras situações, como por exemplo

os produtores autónomos.

Assim, será de grande utilidade recorrer à Tabela 2.4, onde se pode verifcar os totais de

produção de energia eléctrica em Portugal por tecnologia com origem em fontes renováveis.

Tabela 2.4 – Evolução histórica da energia eléctrica produzida através de fontes renováveis em

Portugal (GWh) [19]

Para se conseguir uma melhor análise energética, interessa também conhecer a

capacidade instalada em Portugal Continental (Tabela 2.5). De notar que, nesta tabela, os

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Hídrica 8096,0 15894,0 10053,0 5000,0 11323,0 10351,0 7102,0 8717,0 16249,0

Eólica 341,0 468,0 787,0 1741,0 2892,0 4007,0 5720,0 7440,0 9024,0

Biomassa (com cogeração) 1166,0 1069,0 1206,0 1286,0 1302,0 1361,0 1381,0 1390,0 1579,0

Biomassa (sem cogeração) 42,0 43,0 52,0 64,0 78,0 149,0 146,0 311,0 612,0

Resíduos Sólidos Urbanos 518,0 523,0 475,0 545,0 532,0 498,0 441,0 458,0 455,0

Biogás 2,5 2,3 14,0 31,0 33,0 55,0 67,0 80,0 101,0

Fotovoltaica 1,8 2,6 2,9 3,8 4,1 23,6 41,4 159,9 213,3

Total 10167,3 18001,9 12589,9 8670,8 16164,1 16444,6 14898,4 18555,9 28233,3

35

dados relativos à fonte de energia fotovoltaica já tem em consideração a microprodução de

energia.

Tabela 2.5 – Evolução histórica da potência total instalada através de fontes renováveis (MW)

[19]

Através da análise dos dados apresentados, verifica-se, mais uma vez, que existe uma

grande dependência nas fontes hídricas e que a tecnologia eólica sofreu um grande avanço a

nível de implementação. O que se pode corroborar de inovador na Tabela 2.4 é o valor da

aposta na tecnologia fotovoltaica passando dos 1,8 GWh em 2002, sendo mesmo a tecnologia

em que menos se apostava, para os 213,3 GWh em 2010 e situando-se na quarta posição.

De forma a facilitar a melhor compreensão dos dados presentes na Tabela 2.5, apresenta-

se o gráfico da Figura 2.7, que permite ter uma noção mais real do que representa cada

tecnologia no panorama nacional.

Figura 2.7 – Evolução da energia eléctrica produzida através de fontes renováveis (TWh) [19]

Tendo este projecto como finalidade obter os dados climatéricos existentes nas principais

cidades, capitais de distrito de Portugal, é de todo o interesse conhecer os dados da evolução

da implementação das energias renováveis a nível regional. Assim, e recorrendo a um estudo

publicado em 2010 pela DGEG (Direcção Geral de Energia e Geologia), foi possível obterem-

se os dados apresentados na Figura 2.8 e nas Tabelas 2.6 e 2.7 [19]:

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Hídrica 4288,0 4292,0 4561,0 4752,0 4784,0 4787,0 4792,0 4821,0 4837,0

Eólica 175,0 253,0 537,0 1047,0 1681,0 2446,0 3012,0 3566,0 3937,0

Biomassa (com cogeração) 372,0 352,0 357,0 357,0 357,0 357,0 357,0 359,0 360,0

Biomassa (sem cogeração) 8,0 8,0 12,0 12,0 24,0 24,0 24,0 101,0 106,0

Resíduos Sólidos Urbanos 88,0 88,0 88,0 88,0 88,0 88,0 88,0 88,0 88,0

Biogás 1,0 1,0 7,0 8,2 8,2 12,4 12,4 20,0 28,0

Fotovoltaica 1,5 2,1 2,7 2,9 3,4 14,5 58,5 115,2 129,8

Ondas / Marés 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 4,2 4,2 4,2

Total 4933,5 4996,1 5564,7 6267,1 6945,6 7728,9 8343,9 9070,2 9485,8

36

Figura 2.8 - Produção de energia eléctrica a partir de fontes renováveis por distrito em 2009 [19]

Tabela 2.6 – Evolução da energia eléctrica produzida através de renováveis em Portugal

Continental (excluindo a pequena geração fotovoltaica (GWh) [19]

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Aveiro 177 200 210 206 179 278 259 284 267 368

Beja 2,9 1,1 0,8 105 84 171 299 305 536 1000

Braga 1021 674 959 783 660 1438 1380 1279 1271 2060

Bragança 4161 2070 5049 3308 1745 3214 3351 2098 2674 4612

Castelo Branco 528 299 636 344 235 665 887 1126 1370 1782

Coimbra 1275 1155 1295 984 1103 1502 1230 1366 1910 2658

Évora 1,3 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Faro 22 21 23 45 49 49 74 102 241 387

Guarda 878 590 1111 596 335 795 729 755 879 1453

Leiria 190 99 233 136 132 318 412 436 586 760

Lisboa 364 358 373 353 573 669 749 872 970 1108

Portalegre 454 205 551 350 83 294 310 161 142 436

Porto 812 751 1067 757 532 926 912 796 981 1296

Santarém 911 477 1122 619 336 1089 853 690 803 1419

Setúbal 305 310 230 349 394 379 318 321 358 428

Viana do Castelo 1612 786 1161 721 507 1253 1232 1407 1897 2692

Vila Real 1911 1141 2136 1601 918 1459 1541 1167 1440 2620

Viseu 1453 1029 1842 1332 801 1660 1886 1726 2201 3108

Total Continental 16078,2 10166,1 17998,8 12589 8666 16159 16422 14891 18526 28187

37

Tabela 2.7 - Evolução da Potência Instalada total de renováveis em Portugal Continental (exclui-se a grande hídrica (> 30 MW) e pequena fotovoltaica (MW)) [19]

Como é possível observar, há um impulso gradual na produção de energia eléctrica

através de fontes renováveis e que também existe um crescimento da potência instalada à

medida que a legislação permite maiores incentivos e menos burocracia.

Também se começa a assistir a um aparecimento gradual da tecnologia dos painéis

fotovoltaicos com especial ênfase em Beja, muito por culpa da Central Solar Fotovoltaica da

Amareleja. 1

2.4 Enquadramento Legal

A legislação que impera actualmente no panorama nacional, relativamente ao sistema

de venda e produção para consumo de energia eléctrica, começou por ser muito promissora,

mas com o passar dos anos e a actual crise económica, não tem sido muito favorável para que

exista uma forte aposta dos investidores. Com constantes avanços e recuos, o primeiro

Decreto-Lei que enfatizava a questão da produção de energia eléctrica através de fontes de

energia renováveis, foi o Decreto-Lei 313/95, de 24 de Novembro, que estabelecia, no âmbito

1 A central fotovoltaica de Amareleja entrou em funcionamento em 2008 e na altura foi considerada a maior central

fotovoltaica do mundo. Construída no concelho de Moura num terreno com 250 hectares, esta central possui 2.520 seguidores

solares equipados com 104 painéis solares perfazendo um total de 46 MWp de potência máxima., permitindo uma produção

anual de energia de 93 mil MW, o suficiente para abastecer 30 lares residenciais [20].

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Aveiro 74 74 79 81 81 118 118 118 140 140

Beja 1 1 1 1 2 12 23 89 108 132

Braga 47 50 51 76 158 161 171 196 206 206

Bragança 25 25 25 31 31 31 31 39 102 102

Castelo Branco 43 43 56 60 60 203 444 492 513 546

Coimbra 184 197 197 238 376 408 424 488 682 768

Évora 1,2 1,2 1,2 1,2 1 1,2 1 1,2 1,2 1,2

Faro 13 13 23 23 24 36 40 50 156 146

Guarda 92 102 106 125 125 159 197 242 265 265

Leiria 0 0 0 11 61 95 153 185 233 236

Lisboa 65 66 79 129 192 236 265 312 361 383

Portalegre 19 19 19 19 19 19 18 18 19 19

Porto 45 45 46 63 93 98 138 143 168 168

Santarém 27 32 32 52 110 171 158 156 191 191

Setúbal 103 103 103 107 123 123 123 138 138 139

Viana do Castelo 57 83 64 98 115 154 415 415 415 422

Vila Real 102 112 141 192 205 247 249 310 363 529

Viseu 135 180 187 212 252 397 515 718 753 815

Total Continental 1033,2 1146,2 1210,2 1519,2 2028 2669,2 3483 4110,2 4814,2 5208,2

38

do Sistema Eléctrico Independente (SEI), o regime jurídico do exercício de actividade de

produção de energia eléctrica em aproveitamentos hidroeléctricos, assim como da produção

de energia eléctrica através de fontes de energia renováveis.

Em 1999, é aprovado o Decreto-Lei Nº 168/99, de 18 de Maio, que revê o regime

aplicável à actividade de produção de energia eléctrica, no âmbito do SEI, que se baseia na

utilização de recursos renováveis. Esta legislação estabeleceu uma tarifa diferenciada para a

entrega de energia eléctrica na rede pública de distribuição, regulando a actividade de

produção de energia eléctrica integrada nos termos do Decreto-Lei nº 182/95, de 27 de Julho

[21].

Dois anos depois, surge o Decreto-Lei Nº 312/2001, de 10 Dezembro, que cria uma

nova definição do novo regime de gestão da capacidade de recepção de energia eléctrica nas

redes do Sistema Eléctrico de Serviço Público proveniente de centros electroprodutores do

Sistema Eléctrico Independente [22]. No mesmo ano surge a rectificação do Decreto-lei Nº

168/99, de 18 de Maio, com a aprovação do Decreto-Lei Nº 339 –C/2011, de 29 de

Dezembro, que aplica a remuneração da produção de energia eléctrica, no âmbito da produção

em regime especial do SEI [23]. Surge assim a Tarifa Verde, que pretende ser uma mais-valia

a nível ambiental, permitindo obter-se uma compensação financeira por kWh produzido

oriundo de fontes de energia renováveis e vendido à rede pública. Posteriormente, surge o

Decreto-Lei Nº 68/2002, de 25 de Março, para regular o exercício da actividade de produção

de energia eléctrica em baixa tensão (posteriormente revogado pelo Decreto-Lei Nº 34/2011).

Actualmente, o enquadramento legal, relativo à microprodução, vigora em três

regimes; o Decreto-Lei Nº 225/2007 (que diz respeito à Gestão de Oferta e ao Regime do

Produtor Independente); o Decreto-Lei Nº 68/2002 (que Introduz a Gestão de Procura,

criando o Regime Produtor - Consumidor); e o Decreto-Lei Nº 80/2006 actualizado pelo

Decreto-Lei Nº363/2007 que, posteriormente, sofrem uma nova actualização pelo Decreto-Lei

Nº 118-A/2010 (relativo ao regime jurídico da produção de electricidade por unidades de

microprodução).

O Decreto-Lei Nº68/2002 foi criado com o propósito de regular que toda a

electricidade produzida em instalações de uso doméstico se destine predominantemente ao

consumo próprio, podendo o excedente ser passível de ser entregue a terceiros ou à rede

eléctrica pública, neste caso desde que a potência instalada não ultrapasse os 150 kW. Este

Decreto-Lei estabelece também qual a tarifa de venda à rede para sistemas microprodutores

[24].

39

O objectivo do Decreto-Lei Nº 225/2007 é o de motivar e incentivar o investimento no

sector das energias renováveis. Com este Decreto-Lei pretende-se simplificar e tornar menos

extensa toda a burocracia existente para o processo de licenciamento. Esta legislação prevê

também um aumento da capacidade instalada na produção de energia eléctrica através de

fontes renováveis. É, ainda, apresentada a fórmula respeitante à remuneração que determina a

tarifa a pagar aos produtores de energia. Apesar de esta fórmula ser bastante similar a outras

apresentadas noutros decretos, nesta surge a variável Z que pretende diferenciar os diferentes

pesos consoante o tipo de recurso renovável utilizado. A fórmula a usar é a seguinte [25]:

LEVIPC

IPCZVRDPAVRDPVVRDPFKMHOVRD

ref

mmmmmm 1

1])()()([ 1 (2.1)

Onde:

mVRD - Remuneração aplicável a centrais renováveis no mês m;

mKMHO - Coeficiente modulador dos valores de )( mVRDPF , )( mVRDPV e

)( mVRDPA em função do posto horário em que a electricidade tenha sido fornecida;

)( mVRDPF - Parcela fixa da remuneração aplicável a centrais renováveis no mês m;

)( mVRDPV - Parcela variável da remuneração aplicável a centrais renováveis no

mês m;

)( mVRDPA - Parcela ambiental da remuneração aplicável a centrais renováveis no

mês m;

Z - Coeficiente adimensional que traduz as características específicas do recurso

endógeno e da tecnologia utilizada na instalação licenciada

1mIPC - Índice de preços no consumidor, sem habitação, no continente,

referente ao mês m-1;

refIPC - Índice de preços no consumidor, sem habitação, no continente

referente ao mês anterior do início do fornecimento de electricidade à rede pela

central renovável;

LEV - Perdas, nas redes de transporte e distribuição, evitadas pela central

renovável;

O Decreto-Lei Nº 363/2007, cuja origem teve como principal motivação actualizar o

Decreto-Lei Nº 80/2006, prevê o regime “Renováveis na Hora” pretendendo, assim, regular

40

toda a actividade de produção de energia eléctrica que tenha origem em instalações de

pequenas dimensões, denominando-as como unidades de microprodução. Com este decreto é

igualmente criada uma ferramenta electrónica, denominada por Sistema de Registo da

Microprodução (SRM) que permite a interacção entre os diversos microprodutores e a

entidade administradora de forma a simplificar toda a actividade de produção de energia [26].

O Regime Renováveis na Hora prevê um regulamento muito mais simplificado na

facturação e relações comerciais, evitando a facturação e emissão de facturas e de acertos de

IVA pelos particulares que são substituídos pelos comercializadores. Isto significa que o

produtor apenas transacciona uma única vez (pagando e recebendo em simultâneo) em função

daquilo que produz e daquilo que consome. É também previsto neste decreto a situação de

Regime Geral e de Regime Bonificado, sendo o primeiro destinado à generalidade das

instalações e o segundo apenas aplicável a fontes de energia renovável.

O Decreto-Lei 118-A/2010 surge na medida em que se julgou necessário actualizar o

decreto referido anteriormente. Assim, as principais alterações que surgiram passaram pela

alteração dos critérios de elegibilidade do regime geral e bonificado, fazendo-se uma revisão

dos valores das tarifas, assim como uma alteração do limite máximo da potência de ligação

(para os 5,75 kW no regime geral e excluindo condóminos e 3,69 kW e 11,04 kW para o caso

dos particulares e condomínios, respectivamente, sob o regime bonificado), havendo uma

revisão auferindo maiores responsabilidades à Direcção Geral de Geologia e Energia (DGGE)

e ficou também estabelecido de que a potência da entidade produtora não poderá ser superior

a 50% da capacidade contratada [5].

O presente Decreto-Lei prevê que cada unidade de produção de energia possa vender

no máximo até 3.800€ por ano com uma tarifa aplicável para 2011 de 0,38 €/kWh nos

primeiros 8 anos e 0,22 €/kWh durante um período máximo de 15 anos. Estes valores serão

reduzidos em 0,02 €/kWh todos os anos para novos produtores. Após o prazo de 15 anos a

venda de energia processa-se pelos valores em vigor para o regime geral, ou seja, o preço de

venda será igual ao preço de compra [5].

Contudo, e com a actual crise financeira a ameaçar o país, os valores do presente

Decreto-Lei foram revistos sendo que para 2012 as tarifas a aplicar serão de 0,326 €/kWh

para os primeiros 8 anos, 0,185 nos 7 anos seguintes, ficando a tarifa igual à aplicável em

2012 nos 15 anos seguintes [5].

Este valor aparenta-se ainda mais pequeno quando comparado com a primeira tarifa

aplicada que surge no Decreto-Lei 363/2007 que estimava uma tarifa aplicável à energia

41

produzida de 0,65 kWh nos primeiros 5 anos sendo aplicada nos restantes 10 anos a tarifa

única correspondente às novas instalações com início no dia 1 de Janeiro desse ano [28].

Encontra-se definido no ponto 6 do artigo 11º a tarifa a aplicar consoante o tipo de

energia primária utilizada, sendo determinada mediante a aplicação das seguintes

percentagens:

a) Solar – 100%

b) Eólica – 80%

c) Hídrica – 40%

d) Co-geração a biomassa – 70%

e) Pilhas de combustível com base em hidrogénio proveniente de microprodução

renovável – percentagem prevista nas alíneas anteriores aplicável ao tipo de

energia renovável utilizado para a produção do hidrogénio.

f) Co-geração não renovável – 40%

Em 2011, surge o Decreto-Lei 34/2011, revogando o Decreto-Lei Nº68/2002, de 25 de

Março, que prevê o regime da miniprodução. Este regime é definido como um actividade em

pequena escala de produção descentralizada, recorrendo, para tal, a recursos renováveis e

entregando, contra remuneração, electricidade à rede pública, na condição que exista consumo

efectivo de electricidade no local da instalação. Este regime encontra-se válido para

instalações cuja potência de ligação seja inferior a 250 MW [29].

Apesar de já existir vastíssima legislação para as unidades de produção de energia

baseadas nas fontes de energia renováveis, os sistemas híbridos ainda não se encontram

previstos nos regimes geral nem no bonificado, isto significa que não é possível vender

energia à Rede Eléctrica Nacional sendo no entanto legal a utilização deste tipo de sistemas

para produção de energia eléctrica com consequente consumo. O facto dos sistemas híbridos

não se encontrarem ainda previstos na legislação portuguesa deve-se, essencialmente, à

variável Z, referida no Decreto-Lei Nº225/2007, pois não é possível atribuir um valor a esta

variável uma vez que se tratam de duas fontes de produção independentes.

Embora ainda não conste na actual legislação, é de todo o interesse conhecer o

processo legal que possivelmente permitirá um dia produzir e vender energia à rede

proveniente de produtores híbridos.

42

43

3 As tecnologias fotovoltaica e eólica

3.1 Fotovoltaica

3.1.1 Breve história do fenómeno fotovoltaico

O fenómeno fotovoltaico não é propriamente recente, no início do século XIX, Young

e Fresne já realizavam experiências mostrando fenómenos de interferência nos feixes

luminosos, provando que estes eram compostos por ondas. Em 1860, as teorias de Maxwell

sobre o electromagnetismo são oficialmente aceites no mundo científico e a luz passa a ser

designada como sendo parte de um mais largo espectro electromagnético que é constituído

por ondas que possuem diferentes comprimentos de onda.

O verdadeiro fenómeno de aproveitar a radiação solar para produção de energia teve

os seus primórdios em 1839 quando Edmond Becquerel colocou placas metálicas, de platina

ou prata mergulhadas num electrólito, conseguindo produzir uma pequena diferença de

potencial e descobrindo assim o efeito fotovoltaico. Posteriormente, W. G. Adams e R. E.

Day desenvolveram em conjunto o primeiro dispositivo com a capacidade de produção de

energia eléctrica por exposição directa, utilizando o selénio que, contudo, apresentava uma

eficiência na ordem dos 0,5% [30].

A primeira solução comercial surge, nos finais do século XIX, pelas mãos de Werner

Siemens (principal fundador da multinacional Siemens) com a comercialização de fotómetros

compostos por células de Selénio para máquinas fotográficas.

Todavia, a história da energia fotovoltaica teve de aguardar por dois fenómenos

distintos para que se iniciasse uma nova era de investigação nesta área. Começou com a

explicação do efeito fotovoltaico, realizada por Albert Einstein, onde este apresentava a sua

explicação para o fenómeno fotoeléctrico, em que sugere que a energia de uma onda

electromagnética não se encontra uniformemente distribuída por toda a frente da onda, mas

sim concentrada em quantidades discretas semelhantes a fotões (na altura denominadas por

“partículas de luz”).

Com a explosão da era espacial, a aposta neste tipo de tecnologia conheceu novos

avanços. Inicialmente, no ano de 1958, foram produzidas células solares para servirem de

apoio e alternativa às pilhas químicas utilizadas nos satélites. O resultado excedeu as

44

expectativas sendo que, rapidamente, se começaram a equipar todos os veículos espaciais com

material fotovoltaico. Poucos anos depois, já na década de 1960, começam a surgir as

primeiras aplicações em solo terrestre, como por exemplo, em sistemas de telecomunicações

de difícil acesso e bóias de navegação.

Apesar de toda a investigação realizada na altura, esta continuava a ser uma tecnologia

muito dispendiosa e foi só com a chegada da crise energética, em 19732, e com o consequente

aumento do preço do petróleo, que surgiram fortes investimentos e investigações no sentido

de baixar o preço de produção de células fotovoltaicas, assim como de aumentar o rendimento

e eficiência das mesmas.

Começam, então, a surgir materiais inovadores como o Silício multicristalino

(contrastando com os monocristais, cristais únicos de Silício com um custo de produção muito

elevado), assim como novas técnicas de produção colocando o Silício numa única fita,

evitando assim, os custos relacionados com o corte dos lingotes de Silício. No ano de 1976,

surge a primeira célula de Silício amorfo hidrogenado que apresentava como principal

vantagem, em relação às investigações e experiências anteriores, a redução do custo da

electricidade solar em cerca de 75%, baixando dos 80 $/Wp (dólares por Watt pico) para os

12 $/Wp em menos de uma década.

Nas duas décadas seguintes continuou a assistir-se a um desenvolvimento destas

tecnologias, surgindo as primeiras grandes centrais fotovoltaicas. A primeira central

fotovoltaica construída de forma industrial nasce na Califórnia, em 1982, com uma

capacidade de produção de 1 MWp (MegaWatt-pico). Posteriormente, surgem os programas

“100.000 telhados solares”, em 1990 na Alemanha e “70.000 telhados solares”, em 1993 no

Japão, apoiados por ambos os governos. Foram, aliás, estas duas potências que cedo se

aperceberam que o mercado fotovoltaico não se podia basear simplesmente no avanço

tecnológico, mas também de incentivos legais e financeiros para se tornar num mercado

bastante competitivo.

Como é notório, o apoio político teve um papel preponderante no avançar exponencial

desta tecnologia na última década, sendo que, em 1999, o total acumulado de painéis

fotovoltaicos superava o 1 GW e, em apenas três anos, o seu valor situava-se já no dobro.

2 A crise energética de 1973 ficou marcada por uma altura em que os países produtores de petróleo decidiram parar

a exportação de petróleo a países que apoiassem Israel na guerra com a Síria e o Egipto. Os principais prejudicados foram os

Estados Unidos da América e os países da Europa Ocidental fortes apoiantes do regime Israelita [31].

45

Com a aposta neste sector, surgem também novas tecnologias e, em 1998, é atingido o

recorde de eficiência de conversão solar ao serem testadas em laboratório células de Silício

monocristalino com uma eficiência de 24,7%, apenas superadas por células de configurações

mais complexas, como as células de tandem (ou em cascata) que consistem na sobreposição

de várias células semicondutoras optimizadas para diferentes comprimentos de onda de

radiação e que atingem rendimentos superiores a 34% [32].

Apoiado numa série de eventos favoráveis, o mercado fotovoltaico obteve um forte

desenvolvimento nos últimos cinquenta anos. Considerando que só em 1954 foi apresentada a

primeira célula fotovoltaica, desde essa data, várias tecnologias e um número crescente de

nichos de mercados surgiram na esperança de que futuramente esta seja a principal fonte de

energia. Actualmente, já é possível encontrar diversas aplicações, com capacidade de

transformar a energia solar em energia eléctrica, que vão desde simples calculadoras de bolsos

a complexos sistemas de locomoção, como veículos espaciais.

3.1.2 Propriedades da Luz Solar

A principal fonte de energia utilizada nesta tecnologia é, obviamente, a luz solar. A luz

solar entende-se, na sua designação, como a radiação electromagnética visível dentro de uma

determinada gama de comprimentos de onda (λ), sendo composta por um campo magnético e

por outro eléctrico.

No seu sentido mais lato, poder-se-á dizer que um feixe de luz é composto por conjuntos

de aglomerados energéticos, denominados de fotões [30].

A velocidade de propagação da luz no vazio encontra-se directamente relacionada com o

espaço em que circula. Existindo um campo magnético e outro eléctrico as condições de

propagação terão que obedecer, obrigatoriamente, ao espaço envolvente pelo que assim é

importante conhecer a permitividade e a permeabilidade no vazio. Com estas duas grandezas

conhecidas é possível obter-se a expressão [30]:

)/(1

00

smc

(3.1)

Onde:

c - Velocidade da luz (m/s)

0 - Permeabilidade do vazio (8,85 x 10-12 F/m)

0 - Permitividade do vazio (4π x 10-7 WA/m)

46

Como nesta equação se tratam de duas constantes, o valor da velocidade da luz será

igualmente uma constante de valor 300 x 106 m/s (aproximadamente 300.000 km/h).

Os fotões, que compõem cada feixe de luz, caracterizam-se pela sua energia,

comprimento de onda, radiação solar e por duas constantes, a constante de Plank e a

velocidade da luz. Assim, a energia de cada fotão pode ser resumida na seguinte expressão

[30]:

)(eVch

E

(3.2)

Em que:

E - Energia de cada fotão (eV)

h - Constante de Plank (6,626 x 10-34 J.s)

c - Velocidade da luz (m/s)

- Comprimento de onda (µm)

O que simplificando, obtém-se a expressão:

)(24,1

eVE

(3.3)

3.1.2.1 Radiação Solar

O Sol produz um total de 1,5 x 1018 kWh em energia. Atendendo que o consumo

energético mundial é 10.000 vezes inferior, apresenta-se como um valor bastante

significativo. Para além de ser uma fonte capaz de dar resposta a todas as solicitações

energéticas, este astro estrelar tem capacidade para dotar o planeta Terra de luz e calor,

prometendo ser ainda praticamente inesgotável, uma vez que as provisões mais remotas

estimam que a sua extinção se comece a processar daqui a 5 mil milhões de anos. Assim, a

radiação solar aliada a um bom sistema de captação e consequente transformação energética

permite que exista um enorme potencial deste tipo de fonte de energia [33].

Os sistemas de captação da radiação solar são, por norma, células fotovoltaicas, que

como são constituídas por materiais semicondutores (como por exemplo o Silício) têm a

capacidade de converter directamente a radiação solar em energia eléctrica.

47

Para que se obtenha o máximo de eficiência da energia fornecida pelo Sol, convém

perceber como funciona este fenómeno e em que parâmetros se consegue maximizar a

obtenção da radiação solar.

O planeta Terra, no seu movimento anual à volta do Sol, descreve uma trajectória elíptica

que forma um plano inclinado de aproximadamente 23,5º em relação ao plano equatorial, na

Figura 3.1 pode observar-se uma representação visual da formação deste ângulo.

Figura 3.1 – Movimento anual da Terra à volta do Sol [34]

É esta inclinação que é responsável pela variação da elevação do Sol a que normalmente

é possível assistir no horizonte, dependendo da hora e do dia, e que dá origem às diferentes

estações do ano.

Como é visível na Figura anterior, a posição angular do Sol (δ) varia ao longo do ano

num limite compreendido entre os -23,45º e 23,45º. A soma da declinação com a latitude local

determina a trajectória do movimento aparente do Sol para um determinado dia e uma

determinada localidade.

A radiação solar que “alimenta” o planeta Terra provém de uma camada existente no Sol

denominada de fotosfera. Esta camada visível situa-se entre a zona convectiva e a cromosfera,

possui cerca de 300 km de espessura e atinge temperatura na ordem dos 5800 K. Devido à

existência de pontos frios e quentes, de erupções cromosféricas e da influência das outras

camadas do Sol, como a coroa e a cromosfera, não é possível considerar-se a fotosfera como

um modelo de regularidade. Assim, foi necessário definir um valor médio para a radiação

48

solar que incide na Terra. A World Meteorological Organization definiu, recentemente, um

valor médio de 1367 W/m2 de radiação extraterrestre [35].

Esta radiação electromagnética propaga-se a uma velocidade de 300.000 km/s e ocupa

uma faixa espectral, em termos de comprimento de onda, entre 0,1 µm e 5 µm, sendo a sua

máxima densidade espectral nos 0,5 µm correspondente à luz verde. A teoria ondulatória

(teoria exposta por Huygens no século XVII onde, entre outros assuntos, propõe que a luz é

uma fenómeno ondulatório) define que, para a grande maioria dos materiais existentes, a

capacidade de absorção e reflexão se situa entre a faixa dos 0,75 µm e dos 100 µm que

corresponde igualmente à zona do infra-vermelho. A energia solar quando atinge o planeta

Terra e incide sobre determinados materiais pode ser reflectida, absorvida ou transmitida, para

os efeitos de conversão em energia eléctrica e consequente âmbito de estudo deste relatório,

interessa única e exclusivamente o fenómeno da absorção solar.

Toda a radiação solar que atinge a atmosfera terrestre está sujeita a fenómenos de

absorção, pelo que apenas parte da radiação chega a atingir o solo. O remanescente é,

posteriormente, dividido em duas parcelas (Figura 3.2): uma directa, em que os raios solares

atingem o solo sem passarem por qualquer obstáculo e por uma parcela difusa, quando os

raios solares são desviados por componentes atmosféricos (como por exemplo nuvens), mas

que mesmo assim conseguem atingir o solo terrestre.

Figura 3.2 – Tipos de radiação solar [36]

Existe ainda uma terceira parcela, denominada de albedo, que surge quando a radiação

solar atinge a superfície terrestre sendo, de seguida, reflectida. O albedo varia consoante a

composição da superfície terrestre (como pode se encontrar na Figura 3.3) e é um dado inicial

muito solicitado por alguns softwares de dimensionamento, na medida em que quanto maior

49

for o valor do albedo, maior é a reflexão da luz solar (o que implica que as zonas adjacentes

se tornem mais brilhantes) assim como a radiação difusa. Por norma utiliza-se um valor

genérico de 20%.

Figura 3.3 – Tipos de albedo e valores respeitantes [36]

Uma vez que a radiação solar sofre uma série de fenómenos e transformações, desde o

momento que atinge a atmosfera até chegar à superfície, implica que o valor da radiação solar

sofrerá uma ligeira diminuição. Assim, estabeleceu-se que, em condições standard, o valor

médio da radiação solar que atinge o solo não são os 1367 W/m2, mas sim 1000 W/m2.

Como já foi referido neste relatório, Portugal apresenta excelentes condições climatéricas

a nível solar para o aproveitamento desta tecnologia, um indicador desta tese encontra-se na

Figura 3.4. Para a obtenção destes dados são usados diversos equipamentos de medida tais

como: piranómetros e actinógrafos (usados para calcular a radiação solar), pireliómetros

(estes usados para medir a radiação directa) e heliógrafos (usado para medir a duração do

brilho solar).

Figura 3.4 – Mapa da radiação solar em Portugal [37]

50

3.1.3 Fenómeno fotovoltaico

Como referido atrás, o fenómeno fotovoltaico corresponde à transformação de energia

solar em energia eléctrica. Este fenómeno ocorre sobretudo em materiais de natureza

semicondutores (sólidos cristalinos que permitem uma boa condução eléctrica) que se

caracterizam por serem constituídos por duas bandas de energia que permitem a passagem de

electrões entre as bandas de valência (compostas por electrões) e as bandas de condução

(bandas totalmente “vazias”). O material mais utilizado é o Silício (Si), uma vez que os

átomos deste composto são compostos por quatro electrões que se ligam aos átomos vizinhos

formando assim uma rede cristalina (Figura 3.5).

Figura 3.5 – Conjunto de átomos de Silício

Se nesta rede se adicionarem átomos compostos por cinco electrões, como por exemplo o

Fósforo (P), existirá um electrão em excesso fracamente ligado ao átomo e, como tal,

deslocar-se-á livremente para uma banda de condução. Assim, vincula-se que o Fósforo é

dopante doador de electrões, denominando-se de dopante do tipo n (Figura 3.6).

Figura 3.6 – Conjunto de átomos de Silício com um átomo de elemento Fósforo

51

Se por outro lado, se adicionarem átomos compostos por três electrões como o Boro (B),

haverá um electrão denominando-se esse espaço de lacuna. Assim, será possível deslocar um

electrão de uma região vizinha para ocupar esse espaço. O Boro (B) é então um dopante

receptor de electrões, denominando-se de dopante do tipo p (Figura 3.7).

Figura 3.7 – Conjunto de átomos de Silício com um átomo de elemento Boro

À temperatura ambiente existe energia suficiente para que os electrões excedentes do

lado do dopante do tipo n se desloquem para o lado do dopante do tipo p. Então, pegando em

duas placas de Silício e introduzindo numa átomos de Fósforo e noutra átomos de Boro

forma-se uma junção pn. Nesta junção os electrões livres do lado n migrarão livremente para

o lado p, ficando o primeiro (lado n) escasso em electrões e negativamente carregado; o lado p

ficará com um número excessivo de electrões, tornando-se negativamente carregado. Estas

cargas darão origem a um campo eléctrico permanente que impede a passagem de mais

electrões. Este sistema ficará em equilíbrio até ser exposto a fotões que possuam energia

suficiente para gerarem pares de electrões-lacunas o que, consequentemente, causará uma

aceleração destas partículas dando origem a uma corrente eléctrica. Para melhor se

compreender este fenómeno, atente-se à Figura 3.8, onde se encontra presente uma junção pn

inserida num circuito eléctrico [38].

52

Figura 3.8 – Exemplo do funcionamento de uma junção pn [39]

3.1.4 Célula fotovoltaica

As células fotovoltaicas são os dispositivos responsáveis por captar a energia proveniente

da radiação solar e transformá-la em energia eléctrica. São compostas, essencialmente, por

Silício (que é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre), existindo, no entanto,

estudos desenvolvidos na procura de novos materiais e técnicas. Na Figura 3.9 é possível

visualizar-se um corte transversal de uma célula fotovoltaica.

Figura 3.9 – Corte transversal de uma célula fotovoltaica [40]

Observando o seu esquema equivalente, Figura 3.10, é possível uma melhor

compreensão do funcionamento de uma célula que em determinadas condições se assemelha a

um díodo.

53

Figura 3.10 – Esquema equivalente de uma célula fotovoltaica [41]

Quando incide luz na célula é produzida uma corrente que irá ter um valor proporcional

ao da intensidade luminosa recebida. Com o auxílio do gráfico da Figura 3.11 verifica-se que,

quando na obscuridade, a célula comporta-se como um díodo, conduzindo no primeiro

quadrante do gráfico cartesiano. Quando a célula é iluminada comporta-se como uma fonte de

corrente, conduzindo no quarto quadrante.

Figura 3.11 Comportamento ideal de um díodo / célula fotovoltaica [42]

Com o modelo equivalente e com o gráfico anterior, tornar-se-á de forma mais

perceptível a fórmula que permite calcular a corrente produzida por cada célula.

sh

sTk

IRUq

dph R

IRUeIII

S

)1(0 (3.4)

54

Em que:

I - Corrente da célula fotovoltaica (A)

phI - Corrente gerada pela luminosidade da célula (A)

sR - Resistência série (Ω)

shR - Resistência shunt (Ω)

k - Constante de Boltzmann (k=1,38 x 10-23)

q - Carga do electrão (k=1,602 x 10-19 C)

T - Temperatura da célula (K)

Em situações ideais podem-se desprezar os termos Rs x I face a U e, como a

resistência Shunt possui um valor muito superior ao da resistência série, pode-se, igualmente,

desprezar o valor da corrente. Matematicamente ter-se-á que:

)1(0

Tk

IRUq

dph

S

eIII (3.5)

3.1.4.1 Tipos de células fotovoltaicas

Como já referido anteriormente, o Silício é o material mais abundante no fabrico de

células fotovoltaicas. Assim, não será de grande admiração que as principais células

comercializadas possuam todas o Silício na sua composição. De todas as células

comercializadas destacam-se as seguintes:

Silício monocristalino

Silício policristalino

Filme fino de Silício amorfo

Filme fino de Silício cristalino

Filme fino de Telureto de Cádmio (CdTe)

Filme fino de Disseleneto de Cobre (Gálio) e Índio (GICS)

Célula fotovoltaica orgânica

Deste rol destacam-se três com a tecnologia mais amadurecida e, consequentemente, as

mais comercializadas.

55

3.1.4.1.1 Células de Silício monocristalino

Figura 3.12 – Célula fotovoltaica de Silício monocristalino [43]

As células de Silício monocristalino (Figura 3.12) são obtidas através de um único

cristal, o que permite que a rede cristalina possua muito poucas impurezas ou imperfeições. A

elaboração das células inicia-se com a extracção do cristal de dióxido de Silício. Este cristal é,

posteriormente, colocado em grandes fornos para ser desoxidado, purificado e solidificado.

Neste processo atingem-se graus de pureza na ordem dos 98%, 99%, bastante interessantes do

ponto de vista energético como financeiro. Contudo, o Silício para funcionar como célula

fotovoltaica necessita de outros materiais semicondutores e de graus de pureza superiores (na

ordem dos 99,9999%)

O processo de cristalização destas células designa-se por Czochralski e é bastante

complexo e caro. O Silício é fundido juntamente com um dopante, usualmente utiliza-se o

Boro, a uma temperatura de fusão de 1420º C, o resultado desta fusão é depois extraído para

um grande cilindro levemente dopado que é, então, cortado em fatias com uma espessura de

300 μm cada. Depois do corte, as fatias são limpas de todas as impurezas existentes e

adicionam-se impurezas do tipo n, normalmente difundindo-se Fósforo a uma temperatura

entre os 800ºC e os 1200ºC, de forma a completar a junção do tipo pn. Finalmente, as células

são equipadas com pistas eléctricas e envoltas com uma camada anti-reflexão na parte frontal.

De todas as células que utilizam o Silício na sua composição e das que são

comercializadas, actualmente, estas são as que possuem uma maior eficiência de conversão

energética, havendo no mercado células que variam entre os 12% a 16% de rendimento

chegando aos 23% em laboratório [44].

56

3.1.4.1.2 Células de Silício policristalino

Figura 3.13 – Célula fotovoltaica de Silício policristalino [43]

As células de Silício policristalino (Figura 3.13) não passam por um processo tão

complexo como as de monocritstalino. Implicitamente, o seu custo é relativamente mais baixo

o que leva a que seja um factor decisivo aquando do dimensionamento de um painel

fotovoltaico. Contudo, o grau de eficiência destas células é um pouco menor.

O processo de produção mais comum para as células de Silício policristalino é o de

fundição de lingotes. O Silício é colocado em estado bruto e aquecido em vácuo a uma

temperatura de 1.500º C, sendo, depois, arrefecido para uma temperatura de 800º C. São

criados blocos de Silício com dimensões 40 x 40 cm2 e com uma altura de 30 cm.

Primeiramente, serão cerrados em barras e depois em pastilhas com 0,3 cm de espessura. Em

seguida, são introduzidas as impurezas de Fósforo e é unida a camada de contacto.

Finalmente, são equipadas as pistas eléctricas e uma camada anti-reflexão na parte frontal.

Estas células possuem um grau de eficiência na ordem dos 11% a 13% dentro daquelas

que são comercializadas e os 18% em condições laboratoriais, valores bem menores quando

comparados com as monocristalinas [44].

57

3.1.4.1.3 Células de Silício amorfo

Figura 3.14 – Célula fotovoltaica de Silício amorfo [43]

As células de Silício amorfo (Figura 3.14) diferem das restantes por possuírem um alto

grau de desordem na sua estrutura atómica. Os métodos utilizados para a produção incluem

disposição por vaporização, processos de disposição catódica e banhos electrolíticos. Como

estes materiais possuem uma elevada absorção luminosa, apenas é necessário a uma camada

com uma espessura inferior a 0,001 mm para, teoricamente, converter a luz solar em energia

eléctrica. O processo de fabrico utiliza uma menor quantidade de material, de energia e as

temperaturas necessárias são, igualmente, inferiores, situando-se entre os 200º C e os 500º C.

Apesar deste tipo de tecnologia utilizar menos material e possuir um processo de fabrico

mais económico, apresenta graves lacunas, quando em comparação com outras tecnologias.

Ao nível de eficiência das células comercializadas apresenta valores na ordem dos 5% a 10%

chegando aos 13% em laboratório [44].

3.1.4.1.4 Outro tipo de células Para além destas tecnologias, existem ainda muitas outras em fase de desenvolvimento,

investigação e industrialização. De entre as demais destacam-se as células de CdTe, CIS e

CIGS.

As células de CdTe possuem, como material base, o telúrio de cádmio. Este material

torna-se bastante interessante por apresentar uma elevada absorção. Contudo, o seu

desenvolvimento fica bastante comprometido devido à toxidade do cádmio.

As células de CIS (CulnSe2) têm por base o Cobre, o Índio e o Selénio. Este material

apresenta a particularidade de ser estável, quando sujeito a incidência luminosa, para além de

excelentes propriedades de absorção.Finalmente, as células de GICS são constituídas pelos

58

esmos elementos das CIS mas com a particularidade de o Índio formar uma liga com o Gálio

e permitir obter melhores desempenhos.

Existem ainda novas gerações de células fotovoltaicas com tecnologias inovadoras, como

as células de 3ª geração baseadas em nanotubos de carbono e com eficiências de conversão na

ordem dos 45%, células de 4º geração formadas a partir da mistura de polímeros e de

nanoparticulas e células obtidas através de materiais orgânicos. Apesar de inovadoras e

promissoras, estas tecnologias encontram-se ainda em fase bastante embrionária [44].

3.1.5 Equipamentos fotovoltaicos

3.1.5.1 Painéis fotovoltaicos

Um painel fotovoltaico é um conjunto de células fotovoltaicas dispostas em fileiras ao

longo de uma superfície plana. Devido à baixa tensão e corrente de saída das células

fotovoltaicas, é necessário agrupá-las e conectá-las num módulo. Esta associação de células

pode ser feita tanto em série como em paralelo.

Ao se conectar um determinado número de células em paralelo a corrente de saída do

módulo corresponde à soma das correntes das células e a tensão do módulo será idêntica à

tensão de cada célula individual (Figura 3.15).

Figura 3.15 – Ligação de células fotovoltaicas num painel em paralelo [41]

Como normalmente as células fotovoltaicas possuem uma tensão de 0,7 V e uma corrente

máxima de 3 A, a situação mais usual é colocarem-se as células em série (Figura 3.16) o que

permite obter valores de tensões mínimas (como por exemplo de 12 V), possibilitando a

ligação e respectivo carregamento de baterias ou a inversores de corrente.

59

Figura 3.16 – Ligação de células fotovoltaicas num painel em série [41]

Um dos grandes problemas nos módulos ligados em série surge quando parte do módulo,

como por exemplo uma das células, fica encoberto, pois comprometerá a restante fileira de

células e reduzirá drasticamente a potência do módulo. Para que todo o módulo não seja

afectado pelo fraco desempenho de uma célula, coloca-se um díodo a fazer um bypass e assim

oferece um “caminho” alternativo para a corrente passar e limita a dissipação de calor da

célula defeituosa (Figura 3.17).

Figura 3.17 – Ligação de células fotovoltaicas com um díodo de bypass [36]

Para além deste díodo de bypass é necessário colocar um díodo de bloqueio à saída de

cada módulo fotovoltaico (Figura 3.18). A função deste díodo é a de bloquear a corrente

inversa que surge quando o módulo se encontra a consumir energia ao invés de funcionar

como gerador. Esta situação surge nos casos de escurecimento total do módulo, levando a

uma menor eficiência das células, ou mesmo perda total do fluxo de energia das mesmas.

Figura 3.18 – Ligação de células fotovoltaicas com um díodo de bloqueio [36]

3.1.5.1.1 Características dos painéis fotovoltaicos

Usualmente, os painéis fotovoltaicos diferenciam-se pela sua potência de pico, que é a

potência máxima que o painel consegue gerar, sob determinadas condições standard. Para

60

além desta característica, muitas vezes também é necessário conhecerem-se outras

características como a tensão em circuito aberto (VOC), a Corrente em curto-circuito (ICC ou

ISC), a potência máxima (PM) e a tensão e corrente na potência máxima (VMP e IMP,

respectivamente).

As condições standard utilizadas, e que servem como padrão às características de cada

módulo fotovoltaico, são estabelecidas para uma incidência solar de 1000W2/m (valor da

radiação solar recebida na superfície da Terra ao meio dia) e uma temperatura de 25º C

(temperatura de funcionamento ideal de uma célula fotovoltaica).

Nas Figuras 3.19, 3.20, 3.21 encontram-se as curvas de características de um módulo

relacionando a corrente e a potência com a tensão e a relação entre ambos os gráficos que

permite a obtenção da potência máxima.

Figura 3.19 – Curva característica IxV [36]

Figura 3.20 – Curva característica PxV [36]

61

Figura 3.21 – Características potência máxima [36]

Os principais factores que determinam e influenciam estas características são,

obviamente, a luminosidade incidente e a temperatura.

No caso da luminosidade, a corrente obtida é, praticamente, proporcional à luminosidade

recebida. Com base na fórmula básica da potência, basta estabelecer uma proporcionalidade

tendo como valor de base os 1000 W2/m. Recordando a fórmula básica da potência, vem que:

IUP (3.6)

Onde,

P - Corresponde à potência

U - Tensão aos terminais de uma carga / gerador

I - Corrente do circuito

No gráfico da Figura 3.22 encontra-se a alteração dos valores da corrente obtidos para

diferentes valores de radiação solar.

Figura 3.22 – Influência da radiação solar numa célula fotovoltaica [36]

62

Por sua vez a temperatura também apresenta grandes responsabilidades nas

características eléctricas e rendimento das células e, por conseguinte, dos módulos

fotovoltaicos. É importante conhecer de que forma o aquecimento das células limita a

conversão de energia, até porque nem toda a incidência solar absorvida é convertida em

energia eléctrica sendo parte dissipada sob a forma de calor. Assim, convém conhecer a

fórmula da temperatura na célula [41]:

20800

TUCE

TT mac (3.7)

Em que:

cT - Temperatura na célula (º C)

aT - Temperatura ambiente (º C)

mE - Luminosidade média (W/m2)

TUC - Temperatura da utilização da célula (ºC)

Através desta fórmula é possível traçar o gráfico da Figura 3.23 onde se visualiza a

alteração das características da célula com o aumento e diminuição da temperatura.

Figura 3.23 – Influência da temperatura numa célula fotovoltaica [36]

De notar que a cada alteração de 10º C há um proporcionalidade inversa de 1 V nos

terminais da célula e que a corrente também sofre ligeiras alterações. A volatilidade destes

valores irá ter repercussões na potência máxima de cada célula e, posteriormente, no painel.

Um outro factor que não deve ser descurado tem a ver com a inclinação dos painéis,

como o ângulo de incidência dos raios solares varia ao longo do ano com a posição da Terra

63

face ao Sol e como a radiação solar é maior numa área que se estenda perpendicularmente em

relação aos raios solares, importa orientar os painéis de forma a que se consiga optimizar e

aproveitar a radiação solar ao máximo. Para tal, deve-se orientar os painéis para a direcção

ideal (no caso Português viram-se para Sul) e para uma inclinação que maior radiação

absorva.

3.1.5.2 Seguidores Solares

São vários os equipamentos anexados à tecnologia fotovoltaica tais como baterias para

acumulação de energia, inversores de potência, cabos de ligação, entre outros. Porém, como

estes equipamentos são válidos tanto para sistemas fotovoltaicos como eólicos, serão tratados

no Capítulo destinado aos sistemas híbridos.

Importa destacar aqueles equipamentos exclusivos aos sistemas fotovoltaicos, como é o

caso dos seguidores solares. O cálculo da orientação e da inclinação do painel fotovoltaico é

de grande utilidade, mas quando existe um maior desafogo financeiro e se pode fazer um

maior investimento no sistema, é usual recorrerem-se a estes equipamentos.

Os seguidores solares, como aliás o próprio nome sugere, são equipamentos ligados ao

painel fotovoltaico e que possuem a capacidade de alterar a sua posição de modo a seguir o

ponto de radiação máxima.

Estes equipamentos podem ser de um eixo, rodando na vertical ou na horizontal

exclusivamente, ou de dois eixos o que já permite uma rotação tanto na vertical como na

horizontal. A forma como estes seguem a melhor radiação solar também é diversa, havendo

sistemas que se baseiam na radiação recebida através de um pequeno painel de cristais ou

então pré-programando e a altura do ano e o local.

A aplicação deste tipo de sistemas permite aumentos do rendimento das instalações na

ordem dos 30% de produção anual nos sistemas de um eixo e 36% nos sistemas de dois eixos.

Contudo, estes sistemas apresentam um investimento ainda elevado e, como tal, motivo

inibidor para a sua aquisição [79].

3.1.6 Outros exemplos de sistemas solares

Conforme citado anteriormente, existem diversos tipos de tecnologias associadas à

exploração solar, sendo que algumas ainda não passem de protótipos e outras estejam já

completamente implementadas e em plena produção.

64

Dentro dessas tecnologias é possível destacar as torres solares, existentes em Espanha,

Brasil e Austrália, que possuem uma torre central rodeada por vários espelhos direccionados

para um núcleo central colocado no topo da torre e onde, posteriormente, através das

diferenças de temperatura, o ar quente desce, accionando uma turbina que, assim, produz

energia eléctrica.

Há ainda outros projectos em estudo, como os discos parabólicos ou de Stirling,

semelhantes a uma parabólica que utilizam o mesmo princípio da torre, orientando a luz

incidente, com o auxílio de espelhos, para um receptor colocado na extremidade do disco.

Este receptor irá aquecer uma câmara de gás, activando um funcionamento bastante simples

que, baseando-se num ciclo termodinâmico, faz movimentar um piston e, consequentemente,

irá gerar energia eléctrica.

Estes são apenas alguns exemplos que pretendem continuar a desenvolver e a tornar mais

sustentável e viável o uso deste tipo de tecnologia.

3.2 Eólica

3.2.1 Enquadramento histórico da energia eólica

A história da tecnologia eólica também não é recente, chegando mesmo a anteceder a

origem do fenómeno do fotovoltaico. Os seus primórdios remontam a quatro milénios atrás,

na antiga sociedade Egípcia, onde era utilizada a força do vento para mover barcos, com o

auxílio de velas. Em 2 mil a. C. na antiga Babilónia, ou em 200 a. C. na Antiga Pérsia (ainda

existe alguma divergência no apuramento dos factos), surgem os primeiros moinhos de vento

usados para moer o grão, com o auxílio de grandes vigas de madeira, pedras de grande

envergadura e de uma pá capaz de captar a força do vento. Não tardou muito até que estes

inovadores dispositivos fossem importados para o Médio Oriente e, no início do século XI d.

C., apareciam, pela primeira vez, na Europa e que ainda figuram nas planícies holandesas

[45].

Na Holanda, a utilização dos moinhos de vento para bombeamento de água surge entre

os séculos XVII e XIX, onde eram estimados 9 mil moinhos de vento existentes nas áreas

rurais. Contudo, com a revolução industrial, no início do século XIX, e consequente

aparecimento da máquina a vapor, houve um enorme decréscimo dos moinhos de vento,

sendo que na Holanda o número de moinhos de vento baixou para os 2.500 e,, em 1960,

contavam-se menos de 1000 em ação. É então que, em 1930, surge uma sociedade holandesa

65

com o intuito de proteger a extinção destes moinhos, criando benfeitorias e aumentando a

eficiência dos mesmos, criando cata-ventos de múltiplas pás [45].

Com o desenvolvimento das redes eléctricas, sugiram interesses e estudos no sentido de

aproveitar a energia eólica para a produção de energia eléctrica. Cada país decidiu investir de

forma diferente nesta tecnologia: enquanto os Estados Unidos promoviam a utilização de

aerogeradores de pequeno porte nalgumas quintas e habitações rurais isoladas, a Rússia

apostava no desenvolvimento de aerogeradores de grande porte, amplamente desenvolvidos,

que permitissem uma conexão à rede de energia eléctrica [45].

A adaptação dos moinhos de vento, para produzir energia eléctrica, teve início no final

do século XIX quando, em 1888, o industrial Charles F. Brunch ergueu, em Cleveland, nos

Estados Unidos da América, o primeiro moinho de vento com a capacidade de produzir

electricidade. Este pequeno protótipo, baseado nos moinhos de vento da actualidade, possuía

144 pás com 17 metros de comprimento, media 18 metros de altura suspensos por um tubo

metálico, com um diâmetro de 36 centímetros e conseguia produzir 12 kW em Corrente

Contínua que carregaria uma bateria e que, posteriormente, alimentava uma carga composta

por 350 lâmpadas incandescentes. Todo este sistema esteve em funcionamento durante cerca

de 20 anos e trouxe consigo importantes conhecimentos como a altura, proporção do número

de pás e factores relacionados com a aerodinâmica como a estrutura, direcção e materiais a

utilizar [45].

O primeiro aerogerador de grande porte, denominado Balaclava, surge na Rússia, em

1931. Com uma capacidade de produção de 100 kW, este modelo avançado encontrava-se

conectado a uma central termoeléctrica de 20 MW por uma linha de transmissão de 30 km e

de 6,3 kV. Este protótipo foi o catalisador para, posteriormente, surgirem outros com 1 MW e

5 MW de potência [45].

Com a Segunda Guerra mundial (1939–1945), vários países aproveitaram para

desenvolver o seu potencial eólico e, como tal, houve um grande desenvolvimento desta

tecnologia. Os Estados Unidos iniciaram o fabrico do maior aerogerador projectado até à

altura, composto por uma torre de 33,5 metros de altura e por duas pás de aço com 16

toneladas. Este aerogerador entrou em funcionamento em 1941, porém teve um fim precoce

quando, em 1945, uma das pás se partiu devido à muita laboração [45].

Com o fim da guerra e consequente retorno aos combustíveis fósseis, a aposta nesta

tecnologia destinava-se, maioritariamente, a efeitos de estudo, tendo a Inglaterra como topo

dos países investigadores a realizar vários estudos anemométricos e implementando vários

aerogeradores experimentais [45].

66

É por esta altura que surge a hegemonia dos países europeus na aplicação desta

tecnologia (os britânicos ainda se dedicavam maioritariamente a efeitos de estudo), liderada

pela Dinamarca que desde o início da guerra começara a apostar nesta indústria e que, no

período pós-guerra, apresentava já uma capacidade produtora de 4 milhões kWh anuais, em

grande parte derivados da empresa F. L. Smidth (F.L.S), pioneira no desenvolvimento de

aerogeradores de pequeno porte e com uma capacidade de produção na ordem dos 45 kW

[45].

A França decide entrar na corrida eólica, entre 1958 e 1966, construindo diversos

aerogeradores de grande porte. Dentro do lote destes aparelhos, destacavam-se três modelos

de eixo horizontal com três pás, sendo que em um deles confrontava entre pás um diâmetro de

30 metros e apresentava uma produção de 800 kWh. Este modelo destacou-se graças ao seus

elevado rendimento numa ligação à rede de energia eléctrica, contudo apresentou demasiados

problemas mecânicos [45].

Entre 1955 e 1968, surge a Alemanha que consegue construir e colocar em

funcionamento um aerogerador implementado com o maior número de inovações

tecnológicas existentes até aquela altura. Algumas das quais são, inclusivamente, utilizadas

nos dias de hoje. Este aerogerador possuía 34 metros de diâmetro e uma potência instalada de

100kW, com ventos de 8 m/s. Algumas das características deste modelo passavam pelo seu

rotor bastante mais leve, por ter duas pás a jusante da torre e um sistema de orientação

amortecida por rotores laterais. Esteve em funcionamento de 1957 a 1968, durante mais de

4.000 horas. As pás, como eram feitas de materiais compostos, aliviavam os esforços em

rolamentos, reduzindo assim os problemas de fadiga. Esta inovação mostrou-se muito mais

eficiente quando comparada com os modelos, usados até então, cujas pás eram de metal.

Curiosamente, quando em 1968 o modelo foi desmantelado e o projecto encerrado, por falta

de verba, as pás do aerogerador ainda se encontravam em perfeitas condições de uso.

Desde há 40 anos que têm surgido várias pesquisas e desenvolvimentos nesta área,

variando consoante o interesse e os incentivos fiscais. Em meados da década de 1980 existiam

aerogeradores com uma capacidade nominal máxima de 150 kW, em 2006 as turbinas de

larga escalas eram já capazes de produzirem potências na ordem de 1 MW, actualmente,

existem turbinas eólicas com uma capacidade de produção de 4 MW e há já projectos para a

criação de turbinas eólicas capazes de produzir 7 MW [80].

67

3.2.2 Propriedades do Vento

A energia eólica, tal como a fotovoltaica, surge através da radiação solar. Os ventos são

gerados devido à diferença do aquecimento desigual da superfície terrestre. Esta discrepância

é causada pelas sucessivas movimentações da Terra e orientação dos raios solares.

Especificando, as regiões tropicais apresentam uma maior incidência solar, quando

comparadas com as regiões mais polares, como tal, o ar quente presente em baixas altitudes

irá subir sendo substituído por uma massa de ar frio proveniente das regiões polares. Este

deslocamento de massas de ar provoca a criação de ventos.

Uma das características do vento é que, em certos locais do globo, nunca deixará de

existir, uma vez que as condições existentes para a sua formação permanecem constantes na

Natureza. Estes ventos, conhecidos como planetários ou constantes, são classificados

consoante a sua morfologia, sendo catalogados como Alísios (ventos que sopram dos trópicos

para o Equador em baixas altitudes), contra Alísios (ventos que realizam o percurso do

Equador para os pólos em altas altitudes), Ventos do Oeste (deslocação de ar dos trópicos

para os pólos) e Polares (ventos frios que sopram dos pólos para as zonas temperadas).

Os outros ventos não constantes derivam da movimentação sazonal do planeta Terra e do

seu ângulo de inclinação em relação ao plano da sua orbita em torno do Sol. São as

denominadas monções, ventos periódicos que alteram a sua direcção a cada 6 meses e as

brisas, ventos igualmente periódicos que sopram do mar para o continente, principalmente

durante o dia e vice-versa no período nocturno. Existem ainda ventos específicos de

determinada região chamados de ventos locais. Estes são específicos de cada local e as suas

características dependem exclusivamente do lugar onde se encontram, estando, normalmente

associados a vales e montanhas.

O vento sofre várias alterações durante o dia. Desde a predominância à velocidade,

passando pela direcção, são características que estão directamente relacionadas com a

topografia do local, altura, rugosidade do solo e obstáculos existentes (como por exemplo

casas e árvores). Estes são os principais factores que se devem considerar aquando da

instalação de um aerogerador.

Portugal, graças aos seus ventos costeiros provenientes do Oceano Atlântico, é um país

muito propício à utilização deste tipo de tecnologia. Na Figura 3.24 é possível analisar um

estudo que visou analisar a velocidade média do vento, para uma altura máxima de 60 metros,

por área em Portugal Continental.

68

Figura 3.24 – Velocidade média do vento em Portugal Continental [46]

3.2.3 Fenómeno eólico

A energia eólica é, na sua forma mais simples, o aproveitamento da força do vento para a

produção de energia. No caso da electricidade são usadas torres compostas por hélices,

denominadas por aerogeradores.

Qualquer corpo que se encontre em movimento produz trabalho, que pode ser definido

pela sua energia cinética, dada pela expressão:

2

2

1vmEc (3.8)

Onde:

cE - Energia cinética do corpo em movimento

m - Massa do corpo em movimento

v - Velocidade do corpo

A potência da força do vento está associada à sua energia cinética e o total da massa de

um corpo, que passa num segundo numa superfície cilíndrica, é igual à sua velocidade vezes a

área do círculo varrida pela superfície e vezes a densidade do ar. Simplificando [47]:

69

vAm (3.9)

Em que:

- Densidade do ar (1,2 kg/m3)

A - Área de uma superfície cilíndrica (m)

Assim, com base nas expressões 3.8 e 3.9 é possível chegar à expressão básica da

potência do vento:

3

2

1vmAP (3.10)

A velocidade do vento é muito importante para a quantidade de energia que um

aerogerador pode transformar em electricidade. A energia que o vento pode fornecer varia

com o cubo da velocidade média. Se a velocidade do vento duplica, a quantidade de energia é

oito vezes maior. Exemplificando, a expressão significa que para uma alteração na velocidade

do vento dos 10 km/h para os 11 km/h (ou seja um aumento de 10%), a potência eleva-se em

33%.

Na Figura 3.25 é possível estabelecer o paralelismo entre a potência gerada e a

velocidade do vento. De notar que se assemelha muito a uma função exponencial.

Figura 3.25 – Comparação da potência gerada com a velocidade do vento [48]

70

3.2.3.1 Lei de Betz Para se calcular correctamente a potência atribuída ao vento numa determinada superfície

deve-se ter em conta a Lei de Betz. Esta teoria, formulada, em 1919, pelo físico alemão Albert

Betz, estabelece que nem toda a energia do vento pode ser convertida em energia eléctrica. Os

aerogeradores extraem energia ao travar o vento. Para um aerogerador ser eficaz na totalidade,

precisaria provocar uma paragem total na massa de ar, mas, nesse caso, em vez de pás seria

necessário uma massa sólida que cobrisse a totalidade da área de passagem e o rotor não

rodaria, não convertendo a energia cinética em energia mecânica e, depois, em energia

eléctrica. No outro extremo, se existisse unicamente uma pá, a maior parte do vento passaria

desviando-se dela, não ocorrendo transformação de energia. Entre estes dois extremos existe

um pico, ou ponto máximo de rendimento, designado por limite de Betz (Figura 3.26).

O máximo teórico para este limite, denominado de coeficiente de potência ( PC ), é de

59%, isto significa que cada aerogerador apenas consegue converter no máximo 59% da

energia disponibilizada pelo vento. Todavia, devido a factores como a resistência dos

materiais, volatilidade do vento e durabilidade, verifica-se que apenas se consegue atingir um

máximo de 35% a 45% [49].

Figura 3.26 – Limite de Betz [49]

Para determinar o valor máximo desta parcela de energia extraída do vento, Bertz

realizou uma experiência que consistia em colocar um conjunto de pás num tubo e verificou

que as velocidades do vento na entrada e na passagem pelo tubo eram diferentes, devido ao

abrandamento por parte das pás. (Figura 3.27).

71

Figura 3.27 – Lei de Betz [50]

Neste caso, o trabalho realizado pela força do vento será a diferença da energia cinética

produzida antes e após a passagem do ar pelas pás. O que pode ser descrito através da

seguinte expressão:

)(2

1 21

22 vvmEc (3.11)

Aplicando a lei da conservação de massas, ou seja, pressupondo que a massa do corpo se

mantém constante, é possível recorrer-se à expressão 3.9. Através do teorema de Rankine-

Froude, é possível determinar a velocidade que passa na pá pela equação:

2

12 vvv

(3.12)

Ajustando a expressão 3.11 com a 3.9, vem que:

)(2

1 21

22 vvvAEc (3.13)

Simplificando:

)(22

1 21

22

12 vvvv

AEc

(3.14)

72

3

1

2

1

2

2

1

231 1

4

1

v

v

v

v

v

vvAEc (3.15)

Com esta expressão é possível traçar o gráfico da Figura 3. 28, que demonstra claramente

que o máximo da função acontece nos 59% e quando existe uma razão de proporção entre

velocidades de 3

1(0,33).

Figura 3.28 – Limite de Betz

Colocando esta variável na equação do cálculo da potência, já se poderá calcular

correctamente a potência eléctrica que determinada rajada de vento consegue gerar.

3

2

1vmACP P (3.13)

A velocidade à qual o rotor de um aerogerador inicia a sua rotação situa-se nos 3-5 m/s

(cerca de 10,8 km/h a 18 km/h), denominada como velocidade de ligação, no entanto abaixo

dos 5 m/s a quantidade de energia fornecida pelo vento é ainda baixa, pelo que a turbina

apenas entra em funcionamento por volta dos 5 m/s.

Os valores ideais de aproveitamento energético rondam os 9-10 m/s (32,4 – 36 km/h). no

entanto, os aerogeradores podem ser dimensionados de modo a obterem uma eficiência

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Cp

V2/V1

0,59

73

máxima, dependendo da zona de velocidade do vento onde esteja a maior parte da energia. O

valor limite estrutural para estas torres eólicas anda à volta do 25 m/s (90 km/h), designado

por velocidade de corte.

A estas velocidades as turbinas têm de possuir a capacidade de dissipar a energia em

excesso [51].

3.2.4 Aerogeradores

3.2.4.1 Tipos de aerogeradores

Como tem sido referido ao longo deste Capítulo, os equipamentos que permitem a

transformação da força do vento em energia eléctrica denominam-se por aerogeradores.

Os aerogeradores podem ser de diversos tipos e possuir diferentes tamanhos, consoante a

quantidade de potência que se pretenda obter. Os aerogeradores podem ser divididos em dois

tipos; os de eixo vertical e os de eixo horizontal.

3.2.4.1.1 Aerogeradores de eixo vertical

Os aerogeradores de eixo vertical são os mais baixos, possuem entre 0,1 a 0,5 vezes a

altura do próprio rotor, permitindo compactar todo o equipamento de conversão numa área

reduzida, facilitando, assim, todas as operações de manutenção e reduzindo a complexidade

do projecto. Estes mecanismos possuem também a vantagem de não dependerem de

dispositivos de orientação ao vento, ao invés dos sistemas de eixo horizontal.

Uma das grandes desvantagens destes sistemas está relacionado com o seu fraco

rendimento. Considerando que estes aparelhos possuem uma envergadura reduzida, apenas

conseguem captar os ventos que passam junto ao solo, ventos esses que não possuem grande

intensidade e, como tal, não conseguem converter tanta energia como o outro tipo de

aerogeradores.

De entre a gama de aerogeradores de eixo vertical destacam-se os de rotor de Savonius,

Darrieus e as torres de vórtice.

Os aerogeradores com rotor de Savonius (Figura 3.29) são os modelos mais simples que

existem. Possuem lâminas de aço ou alumínio, cuja forma se assemelha a uma barril cortado

pela metade. Estes dispositivos podem atingir os 10 metros de altura e funcionam através da

força de arrastamento do vento. A sua capacidade de produção é algo escassa, atingindo

máximos na ordem dos 10 a 20 kWs, o que significa 20% da potência do vento [52].

74

Figura 3.29 – Aerogerador com rotor de Savonius [53]

Os aerogeradores de rotor de Darrieus (Figura 3.30) foram inventados em 1931, pelo

Francês George Darrie. São constituídos por 2 a 3 lâminas curvas com um perfil aerodinâmico

e usam a força de sustentação do vento, a mesma técnica utilizada pelos helicópteros. Estes

modelos apresentam um rendimento superior aos de Savonuis, tendo a capacidade de

converter cerca de 40% da energia do vento, o que significa potências na ordem dos 50 a 70

kW. Todavia, devido à sua grande envergadura (com uma altura de 25 metros e um diâmetro

de 15 metros), este aerogeradores não apresentam grande estabilidade em situações de vento

muito forte [54].

Figura 3.30 – Aerogerador com rotor de Darrieus [54]

3.2.4.1.2 Aerogeradores de eixo horizontal

75

Os aerogeradores de eixo horizontal são os mais comuns e, como tal, aqueles que serão

usados e referenciados no âmbito deste projecto.

Estas torres baseiam-se no princípio de funcionamento dos moinhos de vento. São

constituídos por turbinas de uma a três pás com um perfil aerodinâmico. A turbina de três pás

é a mais comum, pois representa um bom compromisso entre coeficiente de potência, custo,

velocidade de rotação, bem como uma melhor estética, relativamente às turbinas de duas pás.

As eólicas de eixo horizontal são as mais utilizadas, também pelo seu rendimento

aerodinâmico que é superior às de eixo vertical, estando menos expostas aos esforços

mecânicos e o seu custo é mais baixo.

Relativamente à posição do rotor face ao vento, este pode estar down wind, com o vento

a soprar na sua retaguarda, ou up wind, virado de frente para a direcção do vento.

O primeiro é o mais utilizado globalmente, devido à sua simplicidade e flexibilidade e

também por possuir um rotor com a capacidade de se orientar automaticamente. Estas

características permitem obterem-se melhores resultados a nível de potências e estabilidade

para além de reduzir muitas operações de manutenção assim como todos os custos inerentes a

essas operações [50].

Os rotores up wind, são colocados de frente para o vento, sendo que necessitará de

lâminas mais rígidas e o rotor é orientado como auxílio de um mecanismo mecânico. Este tipo

de dispositivo apresenta uma menor eficiência em comparação com o down wind, contudo em

relação aos rotores de eixo vertical apresenta um rendimento muito superior.

Os aerogeradores possuem diversos tamanhos, sendo que o diâmetro das pás está

directamente relacionado com a potência máxima a produzir. Assim, actualmente encontra-se

vinculado aos diâmetros seguintes:

Pequena potência (abaixo dos 40 kW) – diâmetro das pás inferior a 12 metros

Média potência (entre os 40 kW e os 100 kW) – diâmetro das pás encontra-se

entre os 12 metros e os 45 metros.

Grande potência (acima do 1 MW) – diâmetro das pás superior a 45 metros [50].

Um dos grandes mitos relacionados com os aerogeradores é que estes mecanismos

produzem muito ruído quando se encontram em funcionamento, provocando danos e

perturbando a paisagem onde se encontram. Contudo, é possível visualizar na Figura 3.31 que

os aerogeradores apresentam excelentes valores de poluição sonora, equiparando-se ao ruído

causado pelo interior de uma habitação.

76

Figura 3.31 – Representação do ruído causado por um aerogerador [50]

3.2.4.2 Constituição de um aerogerador de eixo horizontal

Um aerogerador é constituído por várias partes e por uma série variada de dispositivos,

onde cada um desempenha uma função específica. Na Figura 3.32 estão representadas as

várias partes constituintes de um aerogerador.

Figura 3.32 – Constituição de um aerogerador [55]

Pela observação da Figura anterior é possível percepcionar-se toda a tecnologia existente,

sendo que importa destacar alguns componentes, tais como:

Pás – lâminas de perfil aerodinâmico que permitem a interacção com o vento,

auxiliando a conversão da energia cinética do vento em energia mecânica.

Normalmente, são constituídas por fibra de vidro e possuem rolamentos na base

de modo a poderem ser direccionadas para melhorar o seu ângulo de ataque.

77

Cubo – as pás são conectadas ao cubo do rotor que, acomoda os mecanismos e os

motores que ajustam o ângulo das pás. Fabricado em aço, ou numa liga de alta

resistência, o cubo é montado nas instalações da fábrica para que seja

implementado no local.

Nacelle – corresponde à carcaça montada no topo da torre. É nesta estrutura que

se situam os sistemas de controlo, os dispositivos de medição de vento, sistemas

de engrenagem, incluindo motores de rotação e também o gerador de energia

eléctrica.

Eixos, caixa de engrenagem, freios – estes dispositivos, situados no interior na

nacelle, correspondem ao sistema de transmissão e podem-se englobar dentro de

uma caixa multiplicadora. A finalidade deste sistema é fornecer energia mecânica

ao gerador com velocidades de sincronismo indicadas.

Gerador – tem a responsabilidade de converter a energia mecânica, proveniente

do rotor, em energia eléctrica, através de fenómenos electromagnéticos. Estas

máquinas são motores-geradores e podem funcionar em regime síncrono ou

assíncrono.

Torre – esta é a estrutura que suporta todo o sistema, garantindo estabilidade e

também uma altura capaz de dar resposta às velocidades solicitadas. As torres

são, essencialmente, constituídas por metal em forma tubular ou então por betão

maciço [56].

Toda esta estrutura aplica-se a qualquer aerogerador, sendo em menor escala no caso dos

de baixa tensão. A diferença reside mesmo no tamanho, no peso e no local da instalação,

sendo que os de alta tensão são colocados no topo de montanhas, grandes planícies ou mesmo

no mar (denominados off shore) e os de baixa tensão colocados junto às residências, ou a

outro local de consumo. Estes aerogeradores normalmente não ultrapassam os 100 kg de peso.

Há também equipamentos que permitem a obtenção de dados fidedignos e, em tempo

real, dados climatéricos, com especial incidência para o comportamento do vento. Então, é

muito usual utilizarem-se anemómetros que, com o auxílio de sensores, conseguem captar o

vento e enviar um sinal com os dados da velocidade e direcção para uma central.

3.2.4.3 Aerodinâmica dos aerogeradores

78

Os aerogeradores actuais utilizam a mesma base tecnológica que está por trás dos

aviões/helicópteros e que os sustem em voo, tendo inclusive aperfeiçoado algumas

adversidades, como as mudanças de direcção e de velocidade.

Uma pá, quando em movimento, tem sobre si uma série de forças exercidas que

permitem a sua deslocação. Na Figura 3.33 é possível visualizar essas mesmas forças em

actuação.

Figura 3.33 – Principais forças que actuam sobre uma pá em movimento [57]

A primeira, é a força de sustentação, força esta que se encontra relacionada com o mesmo

princípio utilizado pelas empresas de aviação, em que o ar que circula na parte superior da pá

desloca-se com uma velocidade superior que o ar da parte inferior, criando uma pressão

menor na parte superior e uma força perpendicular ao sentido da pá, provocando a sustentação

da mesma [58].

Outra força a salientar é a de arrasto. Esta é a força de atrito do vento causada pelo

movimento da pá, que é um vector com a mesma direcção e sentido do vector da velocidade

resultante. Através da resultante das forças de arrasto e da força de sustentação, obtém-se o

momento de inércia da pá.

Com o auxílio de algumas noções de Física, facilmente se descobre que a velocidade

resultante da pá é dada pela diferença da velocidade do vento com a velocidade tangencial.

3.2.4.4 Controlo de potência

Nos aerogeradores o controlo da potência está sempre presente e é de máxima

importância que se consiga manter um controlo activo, em tempo real, da velocidade das pás e

da consequente potência produzida.

79

Os aerogeradores são projectados para conseguir produzir o máximo de energia eléctrica,

a uma velocidade de 15 m/s. Seria possível projectar sistemas para velocidades superiores,

mas ventos com velocidades superiores são muito raros, pelo menos de forma constante.

Assim, existem duas formas de controlar a velocidade de rotação das pás

Pitch – também designada de controlo por ângulo de passo, esta forma de

controlo efectua uma comparação constante, a cada segundo, do valor da

potência. Assim que esta atinge um valor específico é enviado um sinal para o

dispositivo de mudança do ângulo de passo, alterando com o auxílio de um

mecanismo hidráulico a posição das pás.

Stall – neste tipo de controlo as pás encontram-se fixas ao cubo do rotor num

ângulo fixo. O perfil aerodinâmico da pá encontra-se projectado e desenhado para

que, a partir de determinadas velocidades do vento, exista demasiada turbulência

e a força de sustentação deixe de actuar, criando uma redução no momento de

inércia da pá. As vantagens deste tipo de sistemas são a sua simplicidade e o seu

menor investimento.

3.2.5 Outras tecnologias futuras

As abordagens mais recentes que visam o aproveitamento deste tipo de tecnologia têm

vindo a ser cada vez mais arrojadas e inovadoras.

Existem já projectos (Figura 3.34) que utilizam dois balões de ar quente suspensos a uma

altura de 800 metros com uma vela anexada a cada um e que, através do movimento alternado

de cada um, irá activar um gerador que dará origem à energia eólica [59].

Figura 3.34 – Protótipo de modelo que pretende produzir energia eléctrica através do auxílio do

vento [59]

80

Também existem protótipos de aerogeradores suspensos no ar, a grande altitude com o

auxílio de motores ou de balões capazes de suportar estas torres eólicas, aproveitando assim

os fortes ventos existentes.

Numa situação mais actual e nacional, a EDP Inovação prepara-se para lançar um

projecto inovador, ainda em 2011, rebocando o protótipo WindFloat (Figura 3.35) e que

corresponde à primeira torre eólica flutuante. Este aerogerador, com uma capacidade de

produção de 2 MW, conseguirá aproveitar os ventos fortes existentes em alto mar e, uma vez

que flutua, atenuará os efeitos causados pelas fortes correntes e ondas existentes em locais

com mais de 50 metros de profundidade. Este projecto será instalado perto do parque da

Aguçadoura na Póvoa do Varzim e pretenderá marcar uma nova era na indústria eólica [60].

Figura 3.35 – Torre eólica WindFloat produzida pela EDP Inovação [61]

3.3 Sistemas Eléctrico Híbridos

3.3.1 Definição e enquadramento histórico

Um sistema eléctrico híbrido define-se como um sistema produtor de energia eléctrica e

que utiliza mais de uma fonte primária de energia. Normalmente, os tipos de combustíveis

associados correspondem aos recursos disponíveis, obedecendo sempre a uma fiel e eficaz

distribuição de energia sempre ao menor custo possível.

Os sistemas híbridos conjugam vários tipos de tecnologias, variando entre a energia

eólica, fotovoltaica, hidráulica e também sistemas baseados na queima de combustíveis

fósseis, que podem coexistir de diversas formas. É possível existir um sistema híbrido onde

uma tecnologia sirva para suprimir a falha de outra, como por exemplo onde se encontram

integrados diversos módulos fotovoltaicos e também um gerador a diesel, para fornecer

electricidade à noite ou em dias de pouca luminosidade. Também há sistemas com a

81

possibilidade de apoiar outros, como por exemplo o caso de um sistema que possua um

determinado número de painéis fotovoltaicos, mas que não tenha a capacidade de dar resposta

a certo consumo, recorrendo-se, então, a outra tecnologia, como por exemplo a eólica para dar

resposta ao restante consumo.

É sobre este caso que incidirá este relatório e o software inerente: O estudo de sistemas

eléctricos híbridos que utilizam a energia eólica e/ou a energia solar, seja para um sistema em

que uma tecnologia sirva de apoio a outra, seja num sistema que sirva para suplantar a

volatilidade da outra.

Este tipo de sistemas é muito conveniente, na medida em que permite um fornecimento

constante de energia, antevendo as incapacidades da outra energia, isto é, consegue dar

resposta a determinada carga em dias sem luminosidade, com o auxílio do aerogerador e

também fornecer a mesma energia em dias sem vento, através dos módulos fotovoltaicos.

Não existe grande consenso acerca dos primórdios dos sistemas eléctricos híbridos,

porém, em 1996, o norte-Americano P. Quinlan, na sua tese de mestrado, relata que no final

da década de 70, mais precisamente em 1977, um sistema eléctrico híbrido, usando um motor

a diesel e um aerogerador, foi instalado em Clayton, Novo México, Estados Unidos da

América. Também há relatos de um sistema híbrido, igualmente composto por um

aerogerador e um motor a diesel, implementado em 1978 no Arizona, Estados Unidos da

América. Possivelmente, terão sido estes sistemas os pioneiros e responsáveis pela

implementação de outros similares, particularmente na década de 1980, onde o principal

objectivo era a redução do consumo de óleo combustível, assim como os seus custos de

operação [62].

A partir dos anos 90 assistiu-se a um maior investimento neste tipo de sistemas, pois para

além dos custos inerentes serem relativamente mais baixos, o impacto ambiental era

fracamente menor, aliciando assim muitos investidores. É, então, que nesta década, com o

avançar da tecnologia fotovoltaica e eólica e com o investimento nos sistemas híbridos, que

surgem as primeiras configurações solar-eólica entre outras [62].

3.3.2 Equipamentos

Como já foi descrito, existem variadas configurações para os sistemas híbridos, contudo,

no âmbito deste relatório, apenas se irá esmiuçar a configuração eólica-fotovoltaica.

Normalmente, um sistema deste género obedece à estrutura da imagem da Figura 3.36.

82

Figura 3.36 – Exemplo de um sistema eléctrico híbrido [63]

A figura 3.36 apresenta uma pequena imprecisão que não é totalmente errónea. O facto

de conter um grupo gerador a diesel não é uma opção de todo descabida, antes pelo contrário,

muitos sistemas usam um motor a diesel para, de uma forma redundante, garantir um

ininterrupto fornecimento de energia. No entanto, no âmbito deste relatório não serão

considerados sistemas com apoio de geradores que não utilizem a luz solar ou o vento. O

restante esquema obedece à estrutura típica de um sistema de produção de energia baseado em

fontes de energia renováveis, onde existe um uma fonte de energia fotovoltaica e outra eólica.

Tanto um como outro encontram-se ligados a um barramento de corrente contínua ou corrente

alternada, sendo que, por norma, a corrente de saída de um módulo fotovoltaico é contínua e a

de saída de um aerogerador é alternada, mas a colocação de um rectificador à saída do

aerogerador permite contornar o problema, transformando a corrente alternada em corrente

contínua. Após o conjunto dos módulos responsáveis pela geração de energia, é colocado um

inversor para converter a corrente em corrente alternada e também para respeitar todo o

sincronismo relativo à frequência e tensão do sistema onde se encontra inserido.

Posteriormente, pode ser adicionado um grupo de baterias com a capacidade de acumular

energia para os casos em que nenhum dos sistemas se encontre a produzir energia suficiente

ou, então, para armazenar a remanescente em casos de pouco consumo e muita produção.

Existe, ainda, um quadro eléctrico com a função comum de todos os outros quadros, ou

seja, alojar todas as protecções eléctricas do sistema e os respectivos cabos, específicos para

estes sistemas. As cargas podem ser directamente ligadas aos sistemas produtores, sendo

apenas necessário garantir a compatibilidade eléctrica entre ambos.

Para melhor se compreender estes equipamentos, segue-se uma descrição individual de

cada um. De notar que todos eles devem obedecer a normas de certificação europeias para

poderem ser utilizados e instalados em Portugal.

83

3.3.2.1 Inversores

Os Inversores (Figura 3.37) podem ser dispostos de várias formas: de forma central, em

que todo o sistema é assegurado por um inversor; de fileira ou independentes, sendo

colocados à saída de cada produtor eléctrico e tendo como principal vantagem a redução de

problemas causados por ligações defeituosas e, com tal, aumentando a eficiência do sistema;

de várias fileiras que são dispositivos avançados, com a capacidade de ligação a vários pontos

e que conseguem ter a capacidade de avaliar qual o ponto de potência máxima e também com

a capacidade da resolução de conflitos.

Figura 3.37 – Inversor utilizado em instalações solares e eólicas [64]

Neste género de dispositivos há uma característica muito importante que interessa

conhecer: é a eficiência que corresponde à relação entre a potência de saída e a potência de

entrada do inversor. Este valor difere de inversor para inversor e tem tendência a baixar

quando funcionam abaixo do valor da sua potência nominal.

Uma outra característica importante a conhecer é a forma de onda, podendo ser uma

forma quadrada, quadrada modificada ou sinusoidal. Este é um factor indicativo da qualidade

do inversor, pois quanto mais perfeita for a sinusoidal desenhada à saída do inversor, maior

vai ser o seu custo e maior será a sua eficiência [81].

3.3.2.2 Baterias

A acumulação da energia excendentária é realizada pelas baterias (Figura 3.38). Embora

este tipo de equipamentos não tenha grande utilidade em sistemas ligados à rede, possui uma

função imperial em sistemas isolados, na medida em que permite o fornecimento ininterrupto

de energia, em caso de falha dos geradores existentes.

84

Figura 3.38 – Exemplo de uma bateria de um sistema fotovoltaico [65]

As baterias produzem energia através de processos electroquímicos realizados por várias

combinações químicas dentro da família do “chumbo-ácido”. Através deste conjunto de

reacções, é possível converter directamente a energia eléctrica em energia potencial química

para, posteriormente, reconverter novamente em energia eléctrica (Figura 3.39).

Figura 3.39 – Exemplo do funcionamento de uma bateria [66]

Externamente um acumulador é constituído por um vaso e internamente por dois

eléctrodos interligados por um electrólito, constituindo o circuito interno. O conjunto de

vários acumuladores em série forma uma bateria de acumuladores.

Existem várias configurações de baterias, sendo as mais usuais as baterias de chumbo-

ácido abertas (forma mais comum de baterias, mas que necessitam de enchimentos de água

constantes), chumbo-ácido estanques (que através da recombinação de gases reduzem a

utilização da água), níquel-cádmio (que utilizam temperaturas muito baixas e recarregam-se

com correntes muito forte reduzindo assim o tempo de carregamento), lítio (baterias leves

com grande capacidade de energia e com um tempo de vida de 10 anos), bateria de gel

(versão aperfeiçoada das de ácido-chumbo).

85

A principal característica relevante com os acumuladores é a capacidade da mesma, que

corresponde à quantidade de corrente eléctrica que uma bateria consegue fornecer durante

uma hora. Matematicamente, a capacidade de uma bateria pode ser expressa pela expressão:

tIC (3.16)

Onde:

C - Capacidade da bateria (Ah)

I - Intensidade da corrente da bateria (A)

t - Tempo (h)

Outras características importantes são a densidade energética que corresponde ao total de

energia que a bateria pode fornecer por unidade de volume para um determinada taxa de

descarga, sendo medida em Wh e o ciclo de vida da bateria que determina a quantidade de

vezes que uma bateria pode ser carregada e descarregada, durante a sua vida útil. Quando uma

bateria não conseguir superar os 80% de carregamento da sua carga nominal, considera-se que

chegou ao fim o seu tempo de vida útil.

A escolha de uma bateria adequada apresenta-se, então, de vital importância para garantir

o bom funcionamento de um sistema híbrido e também para proporcionar à bateria o máximo

tempo de vida possível.

3.3.2.3 Quadros, cabos eléctricos e outros dipositivos

Normalmente, num quadro eléctrico (Figura 3.40) deste tipo de sistemas podem-se

encontrar aparelhos de corte, fusíveis, díodos de bloqueio descarregadores de sobretensões,

interruptor principal DC, barramentos, bornes de ligação e condutores.

Figura 3.40 – Exemplo de um quadro eléctrico [67]

86

Devem possuir grau de protecção IP 54, ser de classe 2, com terminais positivos e

negativos visíveis e correctamente identificados no interior da caixa, para não existirem

dúvidas nem problemas nas ligações.

As cablagens utilizadas devem obedecer às normas estabelecidas para este tipo de

instalações (IEC 60364-7-7-712 e EN 50085-1:2005). Assim sendo, para as instalações

fotovoltaicas, os cabos têm de possuir resistência a raios ultra-violeta (UV), ao ozono (O3), à

abrasão mecânica na instalação, ao envelhecimento causado pelo calor, à hidrólise provocada

pela água quente, devem suportar temperaturas de operação de 90º C, serem monopolares,

possuírem uma blindagem para quando estejam instalados em situações de risco de descarga

atmosférica, isolamento para 1000 V, flexível (classe 5), provocarem no máximo 5% de

queda de tensão e suportarem 1,25 vezes a corrente curto-circuito da fonte [68].

Figura 3.41 – Cabo do tipo solar flexível [68]

Figura 3.42 – Cabo do tipo solar RV-K (XV-K) – 3G6mm2 [68]

87

88

4 Software e dados utilizados

Como forma de consolidação de conhecimentos e também para transformar toda a teoria

em algo prático e produtivo, foi desenvolvido um software que permite dimensionar de forma

correcta e precisa os equipamentos a utilizar para uma adequada conversão de energia

proveniente da luz solar e da energia do vento.

O software concebido procura potenciar ao máximo as capacidades computacionais de

um computador e da interacção entre a ferramenta de cálculo matemático MatLab, mais

propriamente a ferramenta GUI (Graffical User Interface) e o programa comercializado pela

Microsoft Office, Excel. Antes de dissertar acerca do software desenvolvido, importa

fazerem-se algumas considerações acerca da principal ferramenta utilizada.

4.1 MatLab

O MatLab (Figura 4.1), acrónimo de Matrix Laboratory, é um software interactivo com

uma grande performance para o cálculo numérico. Integra análise numérica, cálculo com

matrizes, processamento de sinais e construção de gráficos em ambiente fácil de usar onde

problemas e soluções são expressos como eles são escritos matematicamente, ao contrário da

programação tradicional.

Figura 4.1 – Logótipo MatLab [69]

Esta ferramenta possui um sistema interactivo cujo elemento básico de informação passa

por matrizes, permitindo a resolução de vários problemas numéricos numa fracção do tempo

muito mais reduzida que se gastaria para escrever um programa semelhante em linguagem

89

Fortran, Basic ou C. Além disso, as soluções dos problemas são expressas de forma quase

exacta de como elas são escritas matematicamente.

Os ficheiros criados em linguagem MatLab denominam-se M-files e possuem a extensão

*.m. Através do “prompt” do programa é possível criar, editar e executar os m-files com uma

linguagem de programação simples e bastante intuitiva.

4.1.1 MatLab GUI

Dentro da estrutura do MatLab existe uma outra potente ferramenta denominada de GUI

(Graffical User Interface) que tem uma interface gráfica muito intuitiva e fácil de utilizar.

Possui algumas funções básicas pré-definidas pelo que o utilizador apenas as terá que

seleccionar e dispor da forma que melhor entender. Após a criação do aspecto visual, é

necessária a configuração de cada função utilizando-se para isso as funções callback. Estas

são funções que podem ser configuráveis e programáveis quando são solicitadas pelo código

do programa ou pelo utilizador.

Desta forma, é possível ao utilizador criar um ambiente bastante gráfico e intuitivo o que

permite uma grande interacção entre as diferentes funções existentes. A Figura 4.2 representa

um ficheiro criado em ambiente MatLab GUI assim como o código fonte associado.

Figura 4.2 – Exemplo de um ficheiro criado em MatLab GUI [69]

90

4.2 Dados climatéricos

O presente relatório tem por base dados climatéricos da temperatura, radiação solar e

respectiva inclinação optimizada para a colocação dos painéis fotovoltaicos e velocidade do

vento para determinadas zonas geográficas de Portugal. Para que se obtenha um estudo

coerente e rigoroso, foram seleccionadas 18 cidades portuguesas, correspondentes às capitais

de cada Distrito. Com estes valores é possível construir uma matriz que servirá de base para o

cálculo que o software concebido irá realizar.

Todos os valores foram obtidos através de ferramentas que já possuíam o estudo

previamente efectuado e que se baseiam em estações meteorológicas do próprio Instituo

Geofísico e por consguinte de uma fonte oficial e com um elevado grau de rigor.

Para os dados da temperatura e da radiação solar recorreu-se a um programa informático

do INETI (Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Informação), o Solterm. Este

software é dos programas de dimensionamento solar mais simples que existem no mercado,

em sentido inverso o seu preço é consideravelmente menor. Este é inclusive o software

exigido pela DGGE (Direcção Geral de Geologia e Energia) quando se efectuam estudos

energéticos de sistemas solares [70].

O Solterm é um programa que permite efectuar análises energéticas e económicas de

sistemas solares para determinadas zonas geográficas de Portugal. Baseado num formato

quasi-estacionário, simulando balanços energéticos em intervalos de 10 minutos onde se

consideram estáveis as condições ambientais. Como tal, existe uma base de dados composta

pelos dados climatéricos da grande maioria das cidades portuguesas [71].

Recorrendo à base de dados consegue-se facilmente esboçar duas Tabelas (Tabela 4.1 e

4.2) onde estão inseridos os dados da temperatura e da radiação solar para as cidades

pretendidas e que servirá de base da matriz do programa desenvolvido.

91

Tabela 4.1 – Dados da temperatura média mensal para as capitais de distrito de Portugal

Tabela 4.2 – Dados da radiação média mensal para as capitais de distrito de Portugal

Com o auxílio destes dados o Solterm consegue traçar uma inclinação óptima do painel

fotovoltaico de modo a optimizar a conversão de energia. Os dados da inclinação para cada

cidade encontram-se na Tabela 4.3.

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Média

Aveiro 8,90 9,40 11,00 12,60 15,00 17,70 19,70 19,50 18,40 15,60 11,40 9,00 13,27

Beja 9,60 10,40 11,90 14,00 17,70 21,30 24,70 24,60 22,50 17,90 12,90 9,90 15,63

Braga 8,20 8,90 10,40 12,30 15,30 18,50 20,70 20,40 18,80 15,10 10,70 8,50 13,28

Bragança 5,30 6,60 9,10 11,10 14,70 18,60 21,50 21,10 18,30 13,70 8,80 5,80 12,40

Castelo Branco 7,70 8,50 10,40 12,70 16,00 20,00 23,10 22,70 20,30 15,50 10,80 8,00 13,98

Coimbra 9,20 9,80 10,80 13,10 15,70 18,60 21,10 21,10 19,60 16,30 11,80 9,30 13,93

Évora 9,60 10,30 12,00 13,90 17,20 20,90 23,90 23,90 21,90 17,60 12,80 9,90 15,33

Faro 11,90 12,40 13,60 15,60 18,20 21,10 23,80 23,90 21,90 18,70 14,80 12,40 16,33

Guarda 4,70 5,50 7,50 9,50 13,00 17,00 20,40 20,10 17,60 12,90 7,80 5,10 11,33

Leiria 10,10 10,80 12,20 13,90 16,30 18,80 20,80 20,90 19,80 17,20 12,70 10,10 14,46

Lisboa 10,60 11,50 12,80 14,60 17,30 20,10 22,30 22,60 21,30 17,80 13,60 11,00 15,38

Portalegre 8,20 8,90 10,60 12,70 16,20 19,90 23,00 22,70 20,40 15,80 11,40 8,50 14,15

Porto 8,80 9,30 11,00 12,60 15,10 17,90 19,80 19,60 18,40 15,50 11,30 9,00 13,28

Santarém 10,20 11,10 12,70 14,70 17,50 20,40 22,80 22,90 21,40 17,80 13,00 10,30 15,38

Setúbal 10,70 11,40 12,80 14,70 17,40 19,90 22,40 22,70 21,20 18,10 13,50 10,70 15,40

Viana do Castelo 9,90 10,40 11,50 13,30 15,50 18,60 20,50 20,20 10,10 16,00 12,30 10,20 13,19

Vila Real 6,90 7,90 10,10 12,30 15,60 19,20 21,80 21,50 19,10 14,80 9,80 7,00 13,25

Viseu 6,30 7,00 8,80 10,80 13,90 17,50 20,70 20,60 18,40 14,30 9,00 6,60 12,28

Temperatura (⁰C)

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Média

Aveiro 1,70 2,50 3,40 4,80 5,70 6,10 6,60 5,90 4,40 3,20 2,10 1,70 4,01

Beja 2,20 3,10 4,00 5,40 6,70 7,20 7,70 6,90 5,20 3,60 2,60 2,10 4,73

Braga 1,60 2,40 3,50 4,70 5,60 6,30 6,70 5,90 4,30 3,00 2,00 1,50 3,96

Bragança 1,70 2,50 3,70 4,80 5,80 6,70 7,20 6,30 4,50 3,00 1,90 1,40 4,13

Castelo Branco 2,00 2,70 3,80 5,10 6,20 6,90 7,50 6,70 4,80 3,40 2,30 1,80 4,43

Coimbra 1,80 2,60 3,50 4,90 5,90 6,30 6,80 6,20 4,50 3,30 2,20 1,70 4,14

Évora 2,20 3,00 4,00 5,30 6,60 7,20 7,70 7,00 5,20 3,60 2,50 2,00 4,69

Faro 2,20 3,00 3,90 5,40 6,70 7,40 7,60 7,10 5,10 3,70 2,60 2,20 4,74

Guarda 1,80 2,60 3,60 5,00 6,00 6,70 7,30 6,60 4,70 3,30 2,10 1,70 4,28

Leiria 1,90 2,70 3,60 5,00 6,00 6,40 6,70 6,20 4,60 3,30 2,30 1,60 4,19

Lisboa 2,00 2,90 3,80 5,20 6,40 6,90 7,30 6,80 4,90 3,50 2,40 1,90 4,50

Portalegre 2,10 2,90 4,00 5,20 6,40 7,10 7,60 6,90 5,00 3,50 2,40 1,90 4,58

Porto 1,70 2,50 3,40 4,80 5,60 6,20 6,60 5,90 4,30 3,10 2,00 1,60 3,98

Santarém 2,00 2,80 3,80 5,20 6,20 6,90 7,40 6,80 4,80 3,40 2,40 1,90 4,47

Setúbal 2,10 2,90 3,90 5,20 6,50 7,20 7,60 6,90 5,00 3,50 2,50 2,00 4,61

Viana do Castelo 1,60 2,40 3,50 4,70 5,50 6,30 6,50 5,80 4,30 3,00 1,90 1,50 3,92

Vila Real 1,60 2,50 3,50 4,80 5,80 6,50 6,80 6,10 4,40 3,10 2,00 1,50 4,05

Viseu 1,70 2,50 3,40 4,90 5,90 6,40 7,40 6,40 4,50 3,20 2,10 1,60 4,17

Radiação Solar (kWh/m²)

92

Tabela 4.3 – Dados da inclinação do painel fotovoltaico para as capitais de distrito de Portugal

Para os dados do estudo do fenómeno eólico, recorreu-se a uma ferramenta online,

denominada de Wind Finder. Esta página da internet é um serviço que disponibiliza o estado

do tempo, do vento e das marés baseado em mais de 7.000 estações meteorológicas e foi

concebido com o propósito de auxiliar desportos outdoor e que necessitem do vento (como o

windsurf, parapente, entre outros) [72].

O Wind Finder permite, entre outras opções, realizar uma pesquisa da estação

meteorológica pretendida e aceder a valores médios de velocidades do vento assim como da

predominância para cada região. Estes valores são medidos por anemómetros calibrados e

precisos e permitem obter valores reais das condições atmosféricas existentes.

As Tabelas 4.4 e 4.5 apresentam o valor da velocidade média e da predominância do

vento, respectivamente, em que todos os valores foram retirados directamente do programa

acima referido.

Inclinação painel

Aveiro 35⁰

Beja 37⁰

Braga 36⁰

Bragança 36⁰

Castelo Branco 34⁰

Coimbra 35⁰

Évora 33⁰

Faro 32⁰

Guarda 35⁰

Leiria 34⁰

Lisboa 33⁰

Portalegre 34⁰

Porto 36⁰

Santarém 34⁰

Setúbal 33⁰

Viana do Castelo 36⁰

Vila Real 36⁰

Viseu 35⁰

93

Tabela 4.4 – Dados da velocidade média do vento para as capitais de distrito de Portugal

Tabela 4.5 – Dados da predominância média do vento para as capitais de distrito de Portugal

4.3 Software

De modo a permitir uma melhor compreensão e consequente interacção com o programa

computacional desenvolvido, será feita uma explicação detalhada do funcionamento e da

programação recorrendo a algoritmos e a funções utilizadas nos tópicos seguintes.

Seguidamente haverá uma explicação, que não passará de um manual reduzido, que permita

ao utilizador inteirar-se melhor com o software e obter os resultado pretendidos mais

rapidamente.

4.3.1 Estrutura do software

O programa é composto por cerca de 950 linhas de código e assenta num conjunto de

acções encadeadas consoante a opção seleccionada. Muitas das linhas de código existentes

Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média

Aveiro 4,00 4,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,50

Beja 5,00 5,00 5,00 4,00 4,00 4,00 5,00 4,00 3,00 4,00 5,00 5,00 4,42

Braga 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00

Bragança 3,00 4,00 4,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 2,00 3,00 4,00 3,00 3,17

Castelo Branco 3,00 3,00 4,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 4,00 3,00 3,17

Coimbra 3,00 3,00 4,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,08

Évora 4,00 5,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 3,00 4,00 5,00 5,00 4,17

Faro 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00

Guarda 5,00 5,00 6,00 5,00 5,00 4,00 5,00 4,00 4,00 5,00 6,00 5,00 4,92

Leiria 2,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 2,00 2,00 3,00 2,75

Lisboa 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 6,00 5,00 4,00 4,00 5,00 5,00 4,92

Portalegre 3,00 3,00 4,00 4,00 4,00 3,00 4,00 4,00 3,00 3,00 4,00 4,00 3,58

Porto 4,00 4,00 5,00 4,00 5,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,17

Santarém 3,00 3,00 3,00 2,00 2,00 2,00 4,00 2,00 2,00 2,00 2,00 4,00 2,58

Setúbal 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 4,00 5,00 4,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,33

Viana do Castelo 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00

Vila Real 3,00 3,00 3,00 2,00 3,00 3,00 3,00 3,00 2,00 2,00 3,00 2,00 2,67

Viseu 4,00 4,00 5,00 4,00 4,00 4,00 3,00 4,00 3,00 4,00 4,00 5,00 4,00

Velocidade Vento (m/s)

Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média

Aveiro S NNO NNO NNO NNO NNO NNO NNO NNO S S S NNO

Beja E O E SSE NO ONO NO NO ONO ONO ONO E NO

Braga ESSE ESE NO NO NO NO NO NO NO S ESE ESE NO

Bragança E E E E E E E E E E E E E

Castelo Br E E E E E E E E E E ONO E E

Coimbra E E E E E E E E E E E E E

Évora E E E E E E E E E E NO E E

Faro ENE E OSO OSO OSO OSO OSO OSO OSO E E ENE OSO

Guarda S SO N NNE NNE NE NE NE SO SO SSO S NE

Leiria E NO E E ONO ONO NO NO ONO ESSE NNO E ONO

Lisboa NE NE NE NO NNO NNO NNO NNO NNO NE NE NE NNO

Portalegre E ONO E E E O E E NO E NO ESE E

Porto ESSE ESE NO NO NO NO NO NO NO S ESE ESE NO

Santarém E ONO E E E O E E NO E NO ESE E

Setúbal NE NE NE NO NNO NNO NNO NNO NNO NE NE NE NNO

Viana do C E E E E E E E E E E E E E

Vila Real E E E E E NNE SSO E SSO E S E E

Viseu E ENE E E E E E E E ENE ONO ENE E

Predominância

94

não são criadas intencionalmente pelo programador, mas sim pelo próprio MatLab à medida

que se vão criando botões de interacção no painel do MatLab GUI.

As primeiras 50 linhas de código correspondem às configurações iniciais do MatLab. De

seguida é gerada a base de dados que servirá de apoio a todo o algoritmo posterior. Para a

criação dos dados meteorológicos das cidades, utiliza-se o botão “table” no painel do GUI

com as diferentes cidades e com o espaço para a temperatura, radiação solar e velocidade

média do vento. De modo a que se possa seleccionar e alternar entre as diferentes cidades é

criado um botão do tipo “popupmenu” que permite listar e seleccionar as diferentes cidades

existentes. Este botão cria uma estrutura do tipo caso a caso sendo que para actualizar a tabela

utiliza-se uma função do tipo set(handles.tabela, ’String’, variável) que permite escrever no

painel do GUI. São criados tantos casos quantas as cidades existentes.

As linhas de código seguintes correspondem à criação de botões “static” e “dinamic”

que permitiram guardar os dados relativos aos dados da potência a instalar e da potência do

painel fotovoltaico.

Entre as linhas 305 e 353, encontra-se a configuração dos tipos de painel fotovoltaico

existentes, através de um botão tipo “popupmenu” permitindo assim atribuir o rendimento de

cada painel consoante o material seleccionado. As linhas de código seguintes servem para

receber a informação relativa à área do painel, ao coeficiente de potência do aerogerador, às

potências atribuídas à tecnologia solar e eólica e também aos restantes campos que envolvam

o número de painéis a instalar, diâmetros das pás, entre outros.

As linhas de código seguintes destinam-se ao tipo de sistema pretendido, ou seja, à

selecção entre um sistema híbrido independente ou um sistema híbrido conjugado. Para tal, é

criado um botão “popupmenu” que permite alternar entre os diferentes sistemas. Assim que é

seleccionado um dos sistemas, o programa irá executar as acções encadeadas e inerentes a

cada. No caso da opção dos sistemas independentes o valor proveniente do campo da potência

instalada será idêntico tanto para a parte fotovoltaica como eólica. A potência instalada é

fraccionada pela potência do painel resultando o número de painéis a instalar. Para se calcular

o comprimento de cada pá a instalar, utiliza-se a equação 3.13 mas em ordem à secção

cilíndrica. Para se determinar o comprimento da pá, aplica-se um dos princípios básicos da

geometria em que a área de um círculo é igual ao quadrado do raio desse mesmo círculo

multiplicado pela constante pi. Alterando esta equação em ordem ao raio do circulo, tem-se

que:

95

A

r (4.1)

A equação 4.1 que está presente na linha 528 permite determinar o comprimento de cada

pá. Estas informações em conjunto com os dados associados à orientação e inclinação do

painel assim como a orientação do aerogerador, são apresentados nas respectivas caixas

através da função set.

No caso dos sistemas conjugados a potência instalada será repartida pelas tecnologias

solar e fotovoltaica em função da percentagem atribuída previamente. O programa vai ler o

valor correspondente a cada potência e tomar as mesmas acções que as descritas para o caso

anterior.

Existe ainda a opção de ser o próprio software a sugerir qual a percentagem a atribuir a

cada tecnologia. Para isso foi criada uma estrutura (a partir da linha 566) que recebe o valor

da velocidade média do vento, dividindo-o por 9 (sendo que os 9 m/s é considerado o valor

médio no dimensionamento de aerogeradores). Através de uma equação simples utiliza-se o

resultado da divisão, fazendo uma comparação com a metade da energia a fornecer e

calculando qual o peso a atribuir à tecnologia eólica, sendo o restante atribuído à fotovoltaica.

O utilizador tem duas opções quando pretender dividir a potência energética pelas

diferentes tecnologias; ou coloca directamente o valor da potência em cada tecnologia, ou

então coloca o valor da percentagem a atribuir bastando clicar o botão com a nomenclatura

“>>>” que irá actualizar o valor, multiplicando o valor da potência instalada pela percentagem

atribuída.

Para se conhecer a quantidade de energia fornecida diariamente é criado um gráfico onde

surgem os dados da média da energia convertida diária por mês e um botão do tipo “push

button” que quando premido irá executar as acções presentes de forma a expor a informação

no espaço dedicado ao gráfico. Com o auxílio de um ciclo while, o programa recorre à base de

dados, recebendo o valor das variáveis da radiação solar e da velocidade média do vento, que,

posteriormente, permitirão calcular o valor da energia solar recebida e da potência eólica

convertida. Sendo que para se calcular a potência proveniente do vento recorre-se novamente

à equação 3.13 e para se calcular a potência proveniente do Sol terá que se multiplicar a

radiação recebida pela área dos módulos, número de painéis fotovoltaicos e rendimento dos

96

mesmos. Obtendo os dados para todos os meses, será enviada a informação para uma folha de

cálculo do Excel através da função xlswrite.

A folha de Excel recebe os dados diários da energia solar e eólica produzida, assim como

do rendimento do painel e do coeficiente de potência do aerogerador. Multiplicando o valor

da energia pela eficiência de cada sistema, determina-se o valor da energia recebida.

Multiplicado o valor da energia produzida pelo número de dias de cada mês (os cálculos

são feitos para um ano bissexto) resulta no total de energia produzida mensalmente. Para se

calcular o valor anual, basta somar o valor de todos os meses.

Foram ainda criadas quatro colunas onde se pode introduzir o valor do investimento feito

para cada tecnologia, assim como as taxas de juro aplicáveis no caso de ser necessário

recorrer-se a um empréstimo. Com todos estes valores é possível determinar-se o montante

médio vendido diariamente, a importância vendida anualmente e consequentemente

determinar-se o cash flow do sistema, isto é, determinar a partir de que ano o investimento se

encontra totalmente amortizado e a começar a dar lucro.

Todo o código utilizado e escrito em MatLab é apresentado no Anexo I.

4.3.2 Como funcionar com o software

Este subcapítulo, tem como objectivo proporcionar ao utilizador uma experiência mais

intuitiva e rápida, explicando de forma simples e sintética como funcionar com o programa.

O primeiro passo a dar será, obviamente, abrir o ficheiro dimhibridos.exe, onde surgirá o

ecrã inicial como o disposto na Figura 4.3.

Figura 4.3 – Ecrã inicial do software

97

Seguidamente o utilizador terá de seleccionar a cidade pretendida assim como introduzir

os dados da potência instalada, painel fotovoltaico, tipo de painel e respectiva área e o

coeficiente de potência.

Após a introdução destes dados, surge uma hipótese de escolha entre um sistema

independente ou um sistema conjugado.

Nesta fase do trabalho é importante referir o que distingue um sistema do outro, onde a

diferença reside na capacidade de produção atribuída a cada um. Nos sistemas independentes

a produção de cada um é independente do outro, como tal atribui-se o máximo da potência a

produzir para ambos os sistemas. Os sistemas conjugados têm como propósito auxiliarem-se

mutuamente, isto é, são projectados para que o máximo da potência a produzir seja dividido

na melhor razão possível entre ambos.

As vantagens de um sistema e do outro passam pela boa resposta energética e garantia de

que há um contínuo e quase ininterrupto fornecimento de energia eléctrica dos sistemas

independentes, enquanto que os sistemas conjugados apresentam um custo menos elevado

No caso de se seleccionar o sistema independente, o software automaticamente atribuirá

o valor da potência instalada para a potência solar e para a potência eólica, efectuando de

seguida os cálculos que permitam determinar o valor do número de painéis a instalar assim

como da sua respectiva orientação e inclinação e também do valor do diâmetro das pás do

aerogerador assim como da sua orientação. No caso de se pretender seleccionar um sistema

conjugado deve-se primeiramente seleccionar a percentagem a atribuir a cada tecnologia

seguido do botão “>>>>>” ou, em alternativa, clicar no botão “Sugestão”, forçando o

programa a encontrar a melhor distribuição da potência a ser gerada por cada sistema. Apenas

a conclusão destes passos é que se deverá clicar na opção “Sistema Conjugado”. A Figura 4.4

representa o aspecto final do programa após a escolha do sistema a dimensionar (neste caso

para um sistema independente).

98

Figura 4.4 – Ecrã do software após a selecção do sistema a dimensionar

Todos os campos são editáveis (incluindo a tabela com os dados relativos a cada cidade),

permitindo simular vários cenários e várias configurações.

Após a inserção dos dados e o dimensionamento do sistema, o utilizador deverá

pressionar o botão “Calcular” que irá apresentar um gráfico com a energia produzida em

média por cada tecnologia e para cada mês. De notar que o software utiliza valores estáticos e

médios pelo que se se pretender uma análise mais real, dever-se-á actualizar os dados para

cada ano, no caso de ser possível obter essa informação. Na Figura 4.5 encontra-se uma

imagem do programa com o gráfico das energias produzidas traçado.

Figura 4.5 – Ecrã inicial do software

99

A seguir à apresentação do gráfico, o software transmitirá a informação da energia

produzida diariamente em média para uma folha de cálculo denominada de hybrid.xls onde

constará uma análise energética contendo a informação do gráfico, assim como a energia

recebida por cada fonte de energia e a energia anual produzida tal como se apresenta na

Figura 4.6.

Figura 4.6 – Análise energética do ficheiro hybrid.xls

O utilizador tem oportunidade de avaliar e realizar uma análise económica (figura 4.7)

com o objectivo de conhecer ao pormenor o ponto de retorno do seu investimento. Para isso,

bastará inserir os dados do investimento inicial e das taxa de juro aplicadas a cada empréstimo

bancário (no caso de ser necessário recorrer-se a um), assim como actualizar o valor das

tarifas, que a folha de cálculo apresenta uma tabela onde constam os valores médios vendido

diária e anualmente, e também uma coluna que simboliza o cash flow, que permite avaliar a

entrada e saída de dinheiro, sendo que enquanto estiver com letras a vermelho significará que

o investimento ainda não foi rentabilizado e quando se apresentar com letras verdes implica

um retorno do investimento feito. Esta coluna permite conhecer o número de anos que demora

a rentabilizar um investimento. Este factor é muitas vezes fulcral para a tomada de decisões

por parte dos investidores.

100

Figura 4.7 – Análise económica do ficheiro hybrid.xls

A folha de cálculo que desenvolvida no âmbito deste trabalho tem já os valores das

tarifas actualizadas para o ano de 2012.

Os dados do investimento inicial, respectivas taxas de juro associadas e tarifas a utilizar

(caso se pretenda utilizar dados de outros anos) são os únicos parâmetros que deverão ser

alterados, sendo que todos os outros valores a folha de cálculo calcula automaticamente.

Como forma complementar a tudo o que foi descrito as Figuras 4.8 e 4.9 apresentam um

algoritmo que serviu de auxílio à concepção do programa e que proporciona uma melhor

compreensão, oferecendo uma visão mais gráfica de tudo o que foi descrito.

101

Figura 4.8 – Algoritmo utilizado para o desenvolvimento do programa (imagem 1)

102

Figura 4.9 – Algoritmo utilizado para o desenvolvimento do programa (imagem 2)

103

104

5 Resultados

Como forma de verificar e provar a credibilidade do software desenvolvido, foram

criados determinadas situações que permitem testá-lo e também comprovar muito do que foi

escrito no presente relatório.

Foram seleccionados dois cenários como casos de estudo, abrangendo os dois sistemas

utilizados; o independente e o conjugado, referenciados no Capítulo 4 do presente relatório.

Em ambos os cenários procura-se um dimensionamento para uma instalação com uma

potência de 3,45 kW (sendo este o máximo permitido para a microgeração numa instalação de

consumo doméstico com uma potência contratada de 6,90 kW).

Para se poderem comparar os resultados obtidos com as condições existentes numa

situação real, seleccionou-se um conjunto de equipamentos com características semelhantes às

utilizadas em instalações existentes em Portugal. Assim, recorreu-se a uma instalação

fotovoltaica composta por 16 módulos fotovoltaicos, monocristalino, de 245 Wp, com um

rendimento de 15% e com um custo de instalação na ordem dos 11.000 € + IVA (cujo

datasheet se pode consultar no Anexo II [73]) e uma instalação eólica composta por um

aerogerador com uma potência máxima de 4.500 W para uma velocidade do vento média de

10 m/s, 3 pás, com um diâmetro do rotor de 4 metros e com um custo total de instalação de

3500 € com IVA incluído. O datasheet do aerogerador encontra-se no Anexo III [74].

Complementarmente a todo o sistema existirão dois inversores que permitem a conversão da

corrente contínua para corrente alternada, assim como ajustar os valores da frequência e da

tensão nos sistemas a que estão associados, sendo cada um colocado à saída de cada sistema

produtor de energia, com uma capacidade máxima de 4000 Wp e cujo preço ronda os 1.650€

com IVA (valor obtido de um website de comércio para equipamentos de energias renováveis

[75]; as especificações técnicas encontram-se no Anexo IV [76]). A estes valores deve ainda

adicionar-se os custos associados com a cablagem eléctrica e mão-de-obra, os quais são

variáveis e em função das condições do local da instalação. Para a realização do estudo,

considerou-se um custo fixo de 1.000€.

105

5.1 Caso I – Sistema Independente

Para o primeiro caso optou-se por um painel fotovoltaico policristalino, com uma

potência máxima de 245 Wp, com cerca de 1,65 m2 de área de cada módulo e uma eficiência

de 15%. Definiu-se igualmente o sistema aerogerador de 4500 W, indicado no início deste

Capítulo, com um coeficiente de potência de 59% (limite de Betz).

Foi seleccionada a zona da Guarda devido à sua boa localização geográfica, possuindo

uma boa radiação solar, assim como ventos com velocidades favoráveis. Os resultados

obtidos são os apresentados na Figura 5.1 e na Tabela 5.1.

Figura 5.1 – Dimensionamento efectuado para o primeiro caso de estudo

Tabela 5.1 – Tabela com os resultados obtidos para o dimensionamento do primeiro caso

Como se pode notar, existe uma grande discrepância de valores entre as duas fontes de

energia. Este fenómeno deve-se ao facto do aerogerador se encontrar dimensionado para as

velocidades médias existentes nesta região e, como tal, consegue atingir uma produção de

energia superior, quando em comparação com os outros comercialmente vendidos.

Os aerogeradores existentes no mercado estão, por norma, dimensionados para atingirem

a sua produção máxima a velocidades entre os 9m/s e os 10 m/s. Contudo, e devido à

14 painéis 5 metros

Sul NordEste

35⁰Inclinação do painel

Sistema fotovoltaico Sistema eólico

Comprimento das pás a instalar

Orientação do aerogerador

Número de painéis a instalar

Orientação do painel

106

intermitência do vento, estas velocidades nem sempre são atingíveis, chegando a existirem

largos períodos de tempo sem se alcançarem.

A utilização de aerogeradores com comprimentos de pás iguais aos dimensionados pelo

software desenvolvido é aconselhada para garantir um fornecimento de energia capaz de dar

resposta ao solicitado. Contudo, deve-se sempre analisar se o comprimento das pás não é

demasiado grande, pois poderá causar danos estruturais no aerogerador.

Para o sistema fotovoltaico, existe um ligeiro aumento no total da produção de energia

nos meses de Verão, o que seria espectável, pois é nestes meses que existe uma maior

radiação solar.

Fazendo uma análise energética mais pormenorizada, através da consulta da Tabela 5.2,

verifica-se que durante os meses de Verão (Junho, Julho e Agosto) existe uma maior produção

de energia mensal com valores de 688,02 kWh, 774,62 kWh e 700,35 kWh, respectivamente,

sendo o mês de Julho aquele que apresenta uma produção de energia maior. Ao invés dos

meses de menor produção que surgem na altura do Inverno (Novembro, Dezembro e Janeiro)

apresentando uma produção de energia de 215,65 kWh, 180,39 kWh e 191 kWh,

respectivamente.

No sistema eólico os valores são, provavelmente, um pouco exagerados, pois estão

dimensionados para valores de comprimentos de pás ideais que nem sempre são viáveis. É

interessante notar que os meses onde existe uma maior produção de energia são em Março e

Novembro, superando os 4000 kWh e aqueles onde se denota uma menor produção de energia

são Junho e Agosto, não chegando aos 1500 kWh. Este fenómeno está relacionado com a

rotação da Terra e a transição de estações nos dois primeiros meses referidos e no sentido

inverso com o excesso de calor e redução de vento em Junho e Agosto.

Tabela 5.2 – Análise energética para o caso I

107

Para se poder fazer uma comparação energética dos dados obtidos com uma situação

real, inserem-se os dados de equipamentos referidos no início do Capítulo, fazendo-se

seguidamente a simulação.

Figura 5.2 – Dimensionamento efectuado para o primeiro caso de estudo com os outros

equipamentos

Na Figura 5.2 pode observar-se o resultado da primeira análise do programa após a

inserção dos dados. Por uma questão de coerência voltou-se a seleccionar o distrito da Guarda

e os resultados mostram uma maior aproximação na produção média entre as duas

tecnologias. Para uma análise mais detalhada será necessário recorrer à Tabela 5.3 onde é

possível observar que existe uma produção anual de 6,21 MWh proveniente da fonte solar e

5,06 MWh da fonte eólica. Comparando com o caso teórico, há um claro aumento de

produção no sistema fotovoltaica (cerca de 5,36 MWh/ano produzido) e uma diminuição na

produção eólica (à volta dos 31,63 MWh anuais produzidos). Este facto está relacionado com

o aumento do número de painéis fotovoltaicos e com a diminuição do comprimento das pás

do aerogerador.

A nível de produção mensal o máximo de energia produzida pelos módulos fotovoltaicos

será novamente o mês de Julho com uma capacidade de produção de 896,15 kWh,

inversamente ao de menor produção que sucede em Dezembro com 220,97 kWh produzidos.

A nível eólico, tem o seu máximo em Março com 744,68 kWh, sendo o mínimo em Junho

com 213,53 kWh.

108

Tabela 5.3 – Análise energética para o caso I com diferentes equipamentos

Comparando a análise energética obtida na Tabela 5.3 com o panorama nacional em que

uma habitação em Portugal consome 3000 kWh de electricidade por ano [77], constata-se que

os 6.206,72 kWh produzidos pelos painéis fotovoltaicos e os 5.060,16 kWh/ano do sistema

composto pelo aerogerador são mais que suficientes para permitir um consumo anual sem

necessidade de ligações a outras fontes externas. De salientar que estes valores são teóricos e

só são obtidos caso se consiga aceder de forma constante aos recursos necessários. É sempre

aconselhado o recurso a baterias capazes de armazenar e fornecer energia em situações onde

não é possível aceder a nenhuma destas fontes, como por exemplo uma noite sem vento.

Para que se possa obter uma análise económica rigorosa utilizam-se os custos associados

às instalações referidas no início do presente Capítulo. Por conseguinte, considera-se para a

instalação fotovoltaica um investimento de 13.530€ em módulos fotovoltaicos com os 23% de

IVA (valor previsto para o ano de 2012), com os 1.650€ do inversor e os restantes 1.000€ de

custos de instalação, perfazendo um total de cerca de 16.180 €. Para o grupo eólico considera-

se um aerogerador com o valor de 4.500€, adicionam-se ainda os valores do inversor e os

1.000 € de instalação, estimando-se assim um valor final de 7.150€.

Supõe-se que para o financiamento deste investimento, foi necessário recorrer-se a dois

empréstimos bancários (um para cada instalação separada) com uma taxa de juro aplicada de

6% a cada um (a exemplo de uma proposta existente no site oficial da Caixa Geral de

Depósitos para empréstimos a instalações de energias renováveis [78])

Inserindo os valores do custo de ambas as instalações e da respectiva taxa de juro

inerentes a cada, obtém-se os resultados presentes na Tabela 5.4.

Mês

EnergiaJaneiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média diária

Potência solar (kWh) 10,05 14,52 20,10 27,92 33,50 37,41 40,76 36,85 26,24 18,43 11,73 9,49 23,92

Potência eólica (kWh) 25,72 25,72 44,44 25,72 25,72 13,17 25,72 13,17 13,17 25,72 44,44 25,72 25,70

Mês

EnergiaJaneiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média diária

Potência solar (kWh) 7,13 10,30 14,26 19,80 23,76 26,53 28,91 26,14 18,61 13,07 8,32 6,73 16,96

Potência eólica (kWh) 13,90 13,90 24,02 13,90 13,90 7,12 13,90 7,12 7,12 13,90 24,02 13,90 13,89

Mês

EnergiaJaneiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média mensal Total anual

Potência solar (kWh) 220,97 288,29 441,94 594,00 736,56 795,96 896,15 810,22 558,36 405,11 249,48 208,69 517,14 6205,72

Potência eólica (kWh) 430,95 389,24 744,68 417,05 430,95 213,53 430,95 220,65 213,53 430,95 720,66 417,05 421,68 5060,16

Análise Energética

Energia diária recebida

Energia diária convertida

Energia mensal convertida

109

Tabela 5.4 – Análise económica para o caso I com diferentes equipamentos

A informação importante e que se destaca de imediato pela análise de valores da

tabela é a de que um investimento na tecnologia fotovoltaica compensará mais que na

tecnologia eólica. Apesar da instalação fotovoltaica apenas se tornar rentável ao fim de 10

anos e a eólica rentabilizar-se logo ao sexto ano, no fotovoltaico consegue-se atingir um

balanço positivo ao fim de 25 anos de 15.565,73€, enquanto a instalação eólica apresenta um

balanço de 13.762,74€ positivos.

Esta informação deverá ser sempre tratada com critério e rigor, pois o estudo tratará

apenas de valores teóricos, não levando em conta vários factores como: perdas eléctricas;

factores climatéricos, como o aparecimento de nebulosidade ou a intermitência do vento

(factor aliás praticamente imprevisível). Todavia, é bastante interessante ter-se a percepção da

capacidade de produção de duas tecnologias que não necessitam de grandes encargos

relacionados com manutenções, atingindo valores energéticos e económicos incentivadores.

Um exercício curioso a realizar será o de comparar os valores das tarifas actuais com

os praticados em 2008, aquando da implementação da microgeração em Portugal.

Relembrando, as tarifas praticadas eram de 0,65 kWh para os primeiros 5 anos e nos 10 anos

seguintes a tarifa aplicável às instalações eléctricas era de 0,1143 kWh. De salientar que o

Decreto-Lei 363/2007 previa uma tarifa de 70% da tarifa máxima a aplicar para a energia

eólica. Aplicando as tarifas à folha de cálculo, obtém-se a Tabela 5.5.

Valor médio

vendido

diariamente

Valor

vendido

anualmente

Cash flow

Valor médio

vendido

diariamente

Valor

vendido

anualmente

Cash flow

1 5,53 € 2.023,06 € ‐15.127,74 € 4,53 € 1.319,69 € ‐6.259,31 € 15%

2 11,06 € 2.023,06 € ‐13.104,67 € 9,06 € 1.319,69 € ‐4.939,62 € 0,59

3 16,59 € 2.023,06 € ‐11.081,61 € 13,59 € 1.319,69 € ‐3.619,93 €

4 22,12 € 2.023,06 € ‐9.058,55 € 18,12 € 1.319,69 € ‐2.300,24 € 16.180,00 €

5 27,65 € 2.023,06 € ‐7.035,48 € 22,64 € 1.319,69 € ‐980,55 € 7.150,00 €

6 33,18 € 2.023,06 € ‐5.012,42 € 27,17 € 1.319,69 € 339,14 €

7 38,71 € 2.023,06 € ‐2.989,36 € 31,70 € 1.319,69 € 1.658,83 € 6,0%

8 41,85 € 1.148,06 € ‐1.841,30 € 34,27 € 748,90 € 2.407,74 € 6,0%

9 44,98 € 1.148,06 € ‐693,24 € 36,84 € 748,90 € 3.156,64 €

10 48,12 € 1.148,06 € 454,82 € 39,41 € 748,90 € 3.905,55 €

11 51,26 € 1.148,06 € 1.602,87 € 41,98 € 748,90 € 4.654,45 €

12 54,40 € 1.148,06 € 2.750,93 € 44,55 € 748,90 € 5.403,35 € 0,326

13 57,54 € 1.148,06 € 3.898,99 € 47,12 € 748,90 € 6.152,26 € 0,185

14 60,67 € 1.148,06 € 5.047,05 € 49,69 € 748,90 € 6.901,16 € 0,151

15 63,81 € 1.148,06 € 6.195,10 € 52,26 € 748,90 € 7.650,07 €

16 66,37 € 937,06 € 7.132,17 € 54,83 € 611,27 € 8.261,34 € 0,261

17 68,93 € 937,06 € 8.069,23 € 57,40 € 611,27 € 8.872,60 € 0,148

18 71,49 € 937,06 € 9.006,29 € 59,97 € 611,27 € 9.483,87 € 0,121

19 74,06 € 937,06 € 9.943,36 € 62,54 € 611,27 € 10.095,14 €

20 76,62 € 937,06 € 10.880,42 € 65,11 € 611,27 € 10.706,41 €

21 79,18 € 937,06 € 11.817,48 € 67,68 € 611,27 € 11.317,67 €

22 81,74 € 937,06 € 12.754,55 € 70,25 € 611,27 € 11.928,94 €

23 84,30 € 937,06 € 13.691,61 € 72,82 € 611,27 € 12.540,21 €

24 86,86 € 937,06 € 14.628,67 € 75,39 € 611,27 € 13.151,48 €

25 89,42 € 937,06 € 15.565,73 € 77,96 € 611,27 € 13.762,74 €

Análise Económica

Ano

Fotovoltaica Eólica

Fotovoltaico

Primeiros 7 anos (kWh)

Seguintes 8 anos (kWh)

Restante tempo de vida (kWh)

Rendimento do painel

Coeficiente de potência

Investimento inicial

Eólica

Taxa de juro

Tarifa eólica

Restante tempo de vida (kWh)

Fotovoltaico

Eólica

Tarifa fotovoltaica

TARIFÁRIO

Primeiros 7 anos (kWh)

Seguintes 8 anos (kWh)

110

Tabela 5.5 – Análise económica para o caso I com tarifas de 2008

Estas tarifas tornam-se muito mais interessantes do ponto de vista do investidor, pois

apenas ao fim de 15 anos o investimento tinha um balanço positivo de 20.269,67€ para a

instalação solar e 13.779,95€ para a instalação eólica, superando e quase igualando,

respectivamente, os valores atingidos em 25 anos para as tarifas actuais. Também ao nível de

tempo de retorno financeiro da instalação baixaria, sendo que na parte solar seriam

necessários apenas 5 anos para se tornar o sistema rentável e na parte eólica apenas 3 anos.

Um factor curioso refere-se ao facto da energia eólica apresentar um balanço mais baixo

que a energia solar ao contrário do que sucedeu no caso anterior. Isto está directamente

relacionado com a redução em 10% da tarifa para a parte eólica de 2012 para 2008.

De notar que estes valores são meramente teóricos e especulativos, pois como foi

referido no Capítulo 2 ainda não é possível vender-se energia para a rede pública através de

sistemas híbridos.

5.2 Caso II – Sistema conjugado

Neste caso, pretende-se testar algumas das funcionalidades adicionais do software assim,

utilizar-se-á o botão “Sugestão” que permite atribuir automaticamente a percentagem da

potência total para cada tecnologia.

Utilizam-se os mesmos dados do caso I, ou seja, considera-se uma instalação eléctrica

com uma potência totalizada de 3,45 kW, no distrito da Guarda composta por um conjunto de

módulos fotovoltaicos e um aerogerador. Correndo a simulação no programa obtém-se os

resultados apresentados na imagem da Figura 5.3.

Valor médio

vendido

diariamente

Valor

vendido

anualmente

Cash flow

Valor médio

vendido

diariamente

Valor

vendido

anualmente

Cash flow

1 11,03 € 4.033,72 € ‐13.117,08 € 9,03 € 2.302,37 € ‐5.276,63 € 15%

2 22,05 € 4.033,72 € ‐9.083,37 € 18,06 € 2.302,37 € ‐2.974,25 € 0,59

3 33,08 € 4.033,72 € ‐5.049,65 € 27,09 € 2.302,37 € ‐671,88 €

4 44,10 € 4.033,72 € ‐1.015,94 € 36,12 € 2.302,37 € 1.630,50 € 16.180,00 €

5 55,13 € 4.033,72 € 3.017,78 € 45,15 € 2.302,37 € 3.932,87 € 7.150,00 €

6 66,15 € 4.033,72 € 7.051,49 € 54,18 € 2.302,37 € 6.235,25 €

7 77,18 € 4.033,72 € 11.085,21 € 63,21 € 2.302,37 € 8.537,62 € 6,0%

8 80,32 € 1.148,06 € 12.233,27 € 65,78 € 655,29 € 9.192,91 € 6,0%

9 83,45 € 1.148,06 € 13.381,32 € 68,35 € 655,29 € 9.848,20 €

10 86,59 € 1.148,06 € 14.529,38 € 70,92 € 655,29 € 10.503,49 €

11 89,73 € 1.148,06 € 15.677,44 € 73,49 € 655,29 € 11.158,78 €

12 92,87 € 1.148,06 € 16.825,50 € 76,06 € 655,29 € 11.814,08 € 0,65

13 96,00 € 1.148,06 € 17.973,55 € 78,63 € 655,29 € 12.469,37 € 0,185

14 99,14 € 1.148,06 € 19.121,61 € 81,20 € 655,29 € 13.124,66 €

15 102,28 € 1.148,06 € 20.269,67 € 83,77 € 655,29 € 13.779,95 € 0,455

0,130

Fotovoltaico

Eólica

Tarifa fotovoltaica

TARIFÁRIO

Primeiros 5 anos (kWh)

Seguintes 10 anos (kWh)

Fotovoltaico

Primeiros 7 anos (kWh)

Seguintes 8 anos (kWh)

Rendimento do painel

Coeficiente de potência

Investimento inicial

Eólica

Taxa de juro

Tarifa eólica

Análise Económica

Ano

Fotovoltaica Eólica

111

Figura 5.3 – Dimensionamento efectuado para o segundo caso de estudo

A simulação efectuada pelo programa sugeriu que a potência a repartir deverá estar na

proporção de 72,5% (2,95 kW) para a tecnologia solar e 27,5% (0.95 kW) para a tecnologia

eólica. Os restantes dados encontram-se na Tabela 5.6.

Tabela 5.6 – Tabela com os resultados obtidos para o dimensionamento do primeiro caso

Como seria compreensível um valor mais baixo da potência implicaria um menor número

de painéis fotovoltaicos, passando dos 14 painéis para os 10, e pás de comprimento mais

reduzido para o aerogerador, chegando a quase metade do valor dimensionado para o primeiro

caso.

Uma vez mais, e com base em análise no gráfico da Figura 5.3, parece existir uma maior

preponderância da energia eólica sob a fotovoltaica. Visualizando a Tabela 5.7, obtém-se uma

análise energética mais cuidada.

10 painéis 2,62 metros

Sul NordEste

35⁰Inclinação do painel

Sistema fotovoltaico Sistema eólico

Comprimento das pás a instalar

Orientação do aerogerador

Número de painéis a instalar

Orientação do painel

112

Tabela 5.7 – Análise energética para o segundo caso de estudo

Numa primeira análise e comparando com os valores obtidos no primeiro caso de estudo

há uma evidente diminuição no valor anual da energia produzida principalmente na parte

eólica com um decréscimo de mais de 70%. Contudo os valores apresentados são bastante

satisfatórios (3,88 MWh produzido pelos painéis fotovoltaicos e 8,87 MWh pelo aerogerador)

e capazes de alimentar as cargas de uma instalação eléctrica doméstica comum.

Fazendo mais uma vez um exercício hipotético visando uma correcta análise económica,

foi necessário recorrer-se a equipamentos de menor potência e como tal mais económicos para

não tornar o sistema financeiramente inviável.

Os módulos fotovoltaicos a utilizar serão os mesmos, sendo apenas necessário ajustar o

seu número para 10 módulos, no caso do aerogerador optou-se por um semelhante mas com

uma capacidade menor (700 W), diâmetro do rotor de 2,5 metros e com um preço de 880€

(datasheet deste aerogerador encontra-se no Anexo VI [74]). O inversor para o sistema

fotovoltaico será o mesmo, mas para o sistema eólica será de menor potência, sendo utilizado

um com uma potência máxima de 2000 Wp e com um preço de 1.100€ [75]. Para ambos os

sistemas considera-se ainda um custo com cablagem e mão-de-obra fixo de 1.000€.

Atribui-se assim um custo total para a instalação fotovoltaica de 11.106,25€ (soma entre

6875€ mais IVA dos 10 módulos fotovoltaicos, 1.650€ do inversor e 1.000€ de custos de

instalação) e um total de 2.980€ para a instalação eólica (880€ do aerogerador, mais os 1.100€

do inversor e os 1.000€ provenientes da instalação).

O resultado com a simulação feita com os novos equipamentos encontra-se na Figura 5.4.

Mês

EnergiaJaneiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média diária

Potência solar (kWh) 6,28 9,07 12,56 17,45 20,94 23,38 25,48 23,03 16,40 11,52 7,33 5,93 14,95

Potência eólica (kWh) 44,13 44,13 76,26 44,13 44,13 22,60 44,13 22,60 22,60 44,13 76,26 44,13 44,11

Mês

EnergiaJaneiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média diária

Potência solar (kWh) 4,46 6,44 8,91 12,38 14,85 16,58 18,07 16,34 11,63 8,17 5,20 4,21 10,60

Potência eólica (kWh) 23,86 23,86 41,22 23,86 23,86 12,21 23,86 12,21 12,21 23,86 41,22 23,86 23,84

Mês

EnergiaJaneiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média mensal Total anual

Potência solar (kWh) 138,11 180,18 276,21 371,25 460,35 497,48 560,09 506,39 348,98 253,19 155,93 130,43 323,21 3878,57

Potência eólica (kWh) 739,55 667,98 1277,94 715,69 739,55 366,44 739,55 378,65 366,44 739,55 1236,72 715,69 723,65 8683,75

Análise Energética

Energia diária recebida

Energia diária convertida

Energia mensal convertida

113

Figura 5.4 – Dimensionamento efectuado para o segundo caso de estudo com diferentes

equipamentos

A Figura 5.4 revela que o valor da energia eólica produzida baixou drasticamente. Esta

situação está associada à diminuição do comprimento da pá do aerogerador para menos de

metade do valor dimensionado no início deste subcapítulo. Uma análise ao gráfico da Figura

revela que a linha da energia solar sobrepõe-se à da energia eólica, principalmente no Verão,

o que aliás seria de esperar uma vez que o sistema encontra-se dimensionado para funcionar

com mais de 70% proveniente de uma fonte solar.

Tabela 5.8 – Análise energética para o segundo caso de estudo com diferentes equipamentos

A Tabela 5.8 confirma os dados analisados na Figura 5.4. Existe uma forte produção de

energia eléctrica através da tecnologia fotovoltaica com uma produção anual de 3,88 MWh,

comparativamente com a eólica que produz 1,98 MWh.

Comparando uma vez mais com o consumo médio anual para uma habitação em Portugal

(3.000 kWh), depara-se que os valores produzidos são bastante satisfatórios e interessantes.

De salientar que este sistema está dimensionado para funcionar de forma constante e

Mês

EnergiaJaneiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média diária

Potência solar (kWh) 6,28 9,07 12,56 17,45 20,94 23,38 25,48 23,03 16,40 11,52 7,33 5,93 14,95

Potência eólica (kWh) 10,05 10,05 17,36 10,05 10,05 5,14 10,05 5,14 5,14 10,05 17,36 10,05 10,04

Mês

EnergiaJaneiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média diária

Potência solar (kWh) 4,46 6,44 8,91 12,38 14,85 16,58 18,07 16,34 11,63 8,17 5,20 4,21 10,60

Potência eólica (kWh) 5,43 5,43 9,38 5,43 5,43 2,78 5,43 2,78 2,78 5,43 9,38 5,43 5,43

Mês

EnergiaJaneiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Média mensal Total anual

Potência solar (kWh) 138,11 180,18 276,21 371,25 460,35 497,48 560,09 506,39 348,98 253,19 155,93 130,43 323,21 3878,57

Potência eólica (kWh) 168,34 152,05 290,89 162,91 168,34 83,41 168,34 86,19 83,41 168,34 281,51 162,91 164,72 1976,63

Análise Energética

Energia diária recebida

Energia diária convertida

Energia mensal convertida

114

ininterrupta, contudo poderá haver alturas em que as condições climatéricas não permitam a

produção de energia. Neste caso aconselha-se sempre o recurso a baterias com capacidade

suficiente para armazenar e fornecer energia.

Os módulos fotovoltaicos apresentaram o seu pico de produção em Julho com 560,09

kWh e o mínimo em Janeiro com 138,11kWh. Já o aerogerador apresentará um máximo de

produção em Março com 290,89 kWh e, no sentido inverso, em Julho e Setembro apenas

produzirá 83,41 kWh.

Para um correcta análise económica hipotética introduzem-se os custos da instalação,

considerando, novamente um empréstimo com uma taxa de juro de 6%:

Tabela 5.9 – Análise económica para o segundo caso

Da análise da Tabela 5.9 conclui-se que, o facto do custo capital da instalação baixar

,acaba por não ter grande interferência na viabilidade económica do sistema, pois a energia

produzida é também ela menor. O investimento solar seria pago ao fim de 12 anos e teria um

rendimento global de 8.675,21€, por sua vez o sistema composto pelo aerogerador seria

rentável ao sétimo ano e teria um rendimento total de 5.177,82€.

Fazendo a comparação com os dados das tarifas de 2008, obtém-se os resultados

apresentados na Figura 5.6:

Valor médio

vendido

diariamente

Valor

vendido

anualmente

Cash flow

Valor médio

vendido

diariamente

Valor

vendido

anualmente

Cash flow

1 3,46 € 1.264,41 € ‐10.508,21 € 1,77 € 515,50 € ‐2.643,30 € 15%

2 6,91 € 1.264,41 € ‐9.243,80 € 3,54 € 515,50 € ‐2.127,79 € 0,59

3 10,37 € 1.264,41 € ‐7.979,38 € 5,31 € 515,50 € ‐1.612,29 €

4 13,82 € 1.264,41 € ‐6.714,97 € 7,08 € 515,50 € ‐1.096,78 € 11.106,25 €

5 17,28 € 1.264,41 € ‐5.450,55 € 8,85 € 515,50 € ‐581,28 € 2.980,00 €

6 20,74 € 1.264,41 € ‐4.186,14 € 10,61 € 515,50 € ‐65,78 €

7 24,19 € 1.264,41 € ‐2.921,72 € 12,38 € 515,50 € 449,73 € 6,0%

8 26,15 € 717,54 € ‐2.204,19 € 13,39 € 292,54 € 742,27 € 6,0%

9 28,11 € 717,54 € ‐1.486,65 € 14,39 € 292,54 € 1.034,81 €

10 30,08 € 717,54 € ‐769,11 € 15,40 € 292,54 € 1.327,35 €

11 32,04 € 717,54 € ‐51,58 € 16,40 € 292,54 € 1.619,89 €

12 34,00 € 717,54 € 665,96 € 17,40 € 292,54 € 1.912,43 € 0,326

13 35,96 € 717,54 € 1.383,49 € 18,41 € 292,54 € 2.204,97 € 0,185

14 37,92 € 717,54 € 2.101,03 € 19,41 € 292,54 € 2.497,51 € 0,151

15 39,88 € 717,54 € 2.818,56 € 20,42 € 292,54 € 2.790,05 €

16 41,48 € 585,66 € 3.404,23 € 21,42 € 238,78 € 3.028,83 € 0,261

17 43,08 € 585,66 € 3.989,89 € 22,42 € 238,78 € 3.267,61 € 0,148

18 44,68 € 585,66 € 4.575,56 € 23,43 € 238,78 € 3.506,38 € 0,121

19 46,29 € 585,66 € 5.161,22 € 24,43 € 238,78 € 3.745,16 €

20 47,89 € 585,66 € 5.746,89 € 25,43 € 238,78 € 3.983,94 €

21 49,49 € 585,66 € 6.332,55 € 26,44 € 238,78 € 4.222,71 €

22 51,09 € 585,66 € 6.918,22 € 27,44 € 238,78 € 4.461,49 €

23 52,69 € 585,66 € 7.503,88 € 28,45 € 238,78 € 4.700,27 €

24 54,29 € 585,66 € 8.089,54 € 29,45 € 238,78 € 4.939,04 €

25 55,89 € 585,66 € 8.675,21 € 30,45 € 238,78 € 5.177,82 €

Tarifa eólica

Restante tempo de vida (kWh)

Fotovoltaico

Eólica

Tarifa fotovoltaica

TARIFÁRIO

Primeiros 7 anos (kWh)

Seguintes 8 anos (kWh)

Fotovoltaico

Primeiros 7 anos (kWh)

Seguintes 8 anos (kWh)

Restante tempo de vida (kWh)

Rendimento do painel

Coeficiente de potência

Investimento inicial

Eólica

Taxa de juro

Análise Económica

Ano

Fotovoltaica Eólica

115

Tabela 5.10 – Análise económica para o segundo caso

De novo, é notória a compensação financeira muito mais vantajosa que no caso da

tecnologia fotovoltaica, sendo que neste caso seriam apenas necessários sete anos para pagar

o investimento realizado e encaixando um total de 6.236,99€ ao fim de 15 anos. Um dado

curioso surge com a energia eólica que demora mais tempo a rentabilizar-se sendo necessário

esperar.se 13 anos para que se torne rentável e apenas atingindo um encaixe global de

764,34€. Este factor está directamente relacionado com a baixa tarifa que se aplicava à

tecnologia eólica em 2008.

Uma vez mais estes resultados deverão sempre ser analisados com um olhar crítico, uma

vez que apenas abordam valores teóricos e médios. Porém é notório o interesse neste tipo de

sistemas que permitem produzir não só uma razoável quantidade de energia eléctrica mas

também bons encaixes financeiros.

Valor médio

vendido

diariamente

Valor

vendido

anualmente

Cash flow

Valor médio

vendido

diariamente

Valor

vendido

anualmente

Cash flow

1 6,89 € 2.521,07 € ‐14.629,73 € 3,53 € 899,36 € ‐6.679,64 € 15%

2 13,78 € 2.521,07 € ‐12.108,66 € 7,05 € 899,36 € ‐5.780,27 € 0,59

3 20,67 € 2.521,07 € ‐9.587,58 € 10,58 € 899,36 € ‐4.880,91 €

4 27,56 € 2.521,07 € ‐7.066,51 € 14,11 € 899,36 € ‐3.981,54 € 16.180,00 €

5 34,45 € 2.521,07 € ‐4.545,44 € 17,64 € 899,36 € ‐3.082,18 € 7.150,00 €

6 41,34 € 2.521,07 € ‐2.024,37 € 21,16 € 899,36 € ‐2.182,81 €

7 48,24 € 2.521,07 € 496,70 € 24,69 € 899,36 € ‐1.283,45 € 6,0%

8 50,20 € 717,54 € 1.214,24 € 25,70 € 255,97 € ‐1.027,47 € 6,0%

9 52,16 € 717,54 € 1.931,78 € 26,70 € 255,97 € ‐771,50 €

10 54,12 € 717,54 € 2.649,31 € 27,70 € 255,97 € ‐515,53 €

11 56,08 € 717,54 € 3.366,85 € 28,71 € 255,97 € ‐259,55 €

12 58,04 € 717,54 € 4.084,38 € 29,71 € 255,97 € ‐3,58 € 0,65

13 60,00 € 717,54 € 4.801,92 € 30,71 € 255,97 € 252,39 € 0,185

14 61,96 € 717,54 € 5.519,46 € 31,72 € 255,97 € 508,37 €

15 63,93 € 717,54 € 6.236,99 € 32,72 € 255,97 € 764,34 € 0,455

0,130

Fotovoltaico

Eólica

Tarifa fotovoltaica

TARIFÁRIO

Primeiros 5 anos (kWh)

Seguintes 10 anos (kWh)

Fotovoltaico

Primeiros 7 anos (kWh)

Seguintes 8 anos (kWh)

Rendimento do painel

Coeficiente de potência

Investimento inicial

Eólica

Taxa de juro

Tarifa eólica

Análise Económica

Ano

Fotovoltaica Eólica

116

6 Conclusões

6.1 Considerações finais

Foi objectivo deste trabalho dar a conhecer um pouco mais da produção de energia

eléctrica através de fontes de energia renovável, particularmente da energia solar e eólica.

Com o auxílio do software desenvolvido, assim como a revisão de toda a documentação

relacionada, foi possível criar diferentes cenários que permitem estudar o estado actual deste

tema e a sua evolução a nível nacional.

O panorama ambiental actual onde as reservas de combustíveis fósseis ameaçam atingir

vertiginosamente os seus limites, com os índices de poluição a aumentarem ano após ano e o

contínuo aumento dos preços dos combustíveis, conclui-se que o recurso a este tipo de

tecnologias será, provavelmente, a principal aposta no futuro. O facto de serem fontes de

energia inesgotáveis, de não poluírem o meio ambiente, de apresentarem uma maior resposta

e custo reduzido, configuram-se como factores bastantes aliciantes e competitivos.

Para isso, serão necessários mais incentivos, pelo menos em relação a Portugal, para que

ocorra um maior amadurecimento da tecnologia. Contudo, o facto de o país, em particular, e a

Europa, no geral, estarem a passar por uma das maiores crises financeiras das últimas década,

levando a medidas de austeridade, como a actual redução das tarifas pagas a microprodutores

nacionais, prevê-se que haja um menor investimento na área e consequente abrandamento do

seu desenvolvimento, ameaçando a aposta neste tipo de sector.

O programa computacional desenvolvido, demonstra que a utilização de sistemas

híbridos que utilizem fontes de energia de origem eólica e solar, permite garantir excelentes

índices de fornecimento de energia quase ininterruptos e até encaixes financeiros aprazíveis,

possibilitando a utilização destes sistemas para um consumo de energia eléctrica

independente, ou mesmo para venda à rede pública.

Uma das vantagens de se utilizar este tipo de sistemas é o facto de permitir um constante

e fiável fornecimento de energia, pois é possível intercalar ambas as fontes energéticas,

garantido a compensação de uma face à intermitência da outra.

Uma possível desvantagem, associada a este tipo de sistemas, é ainda o seu baixo

rendimento para o custo de instalação. Como foi apresentado nos casos de estudo, ainda é

117

necessário um elevado número de painéis, assim como aerogeradores com comprimentos de

pás bastante extensos de forma a garantir um fornecimento de energia ininterrupto e contínuo,

face às solicitações energéticas requeridas.

Por conseguinte, é com grande espectativa que se aguarda por equipamentos e

tecnologias mais inovadoras que permitam a construção de painéis fotovoltaicos com

rendimentos perto dos 100%, que se consiga converter o total da radiação solar em energia

eléctrica e que se desenvolva aerogeradores com pás mais reduzidas e com capacidade de

produzir maiores quantidades de energia.

É de forma bastante negativa e com alguma incompreensão que se estranha o facto deste

tipo de sistemas ainda não estar abrangido na actual legislação portuguesa e a contínua

diminuição das tarifas que englobam os regimes da miniprodução e da microprodução.

Espera-se que este e outros trabalhos similares venham a estimular os investidores e levá-

los a apostar cada vez mais nestas formas de energia e que coadjuve a mudar algumas

mentalidades nos governos mundiais, permitindo que não se levantem tantas barreiras e que

se promovam maiores incentivos legais e financeiros.

6.2 Trabalho a desenvolver futuramente

Relançar um tema que não tem sido muito abordado actualmente, foi o que pretendeu

com este trabalho, assim como o software desenvolvido. Normalmente, quando se fala no

tema das energias renováveis foca-se apenas num tipo de energia, daí o interesse deste

relatório. Como tudo o que existe, é sempre possível almejar-se mais para além do já

construído e, assim, algumas dicas para trabalho futuro terão sempre o intuito de promover o

tema dos sistemas híbridos para produção de energia eléctrica, baseados em fontes de energia

renováveis.

Uma das características, que será fundamental para garantir a fiabilidade do programa,

será a de efectuar uma constante actualização dos valores para as diferentes cidades, ao longo

dos anos, garantindo um correcto dimensionamento e posteriores análises.

Outra funcionalidade interessante a desenvolver seria a de alargar o estudo para outras

cidades mundiais e, se possível, comparar as diferentes condições físicas, económicas e legais

de cada país.

Uma última característica a implementar seria utilizar mais fontes de energias

renováveis, para além da eólica e da fotovoltaica e permitir a criação de diferentes cenários e

várias combinações.

118

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119

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122

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Missouri-Rolla Engineering Education Center, Agosto de 2006, St. Louis, Estados Unidos da América

124

ANEXOS

125

Anexo I – Código fonte do programa

function varargout = dimhibrid(varargin) % DIMHIBRID M-file for dimhibrid.fig % DIMHIBRID, by itself, creates a new DIMHIBRID or raises the existing % singleton*. % % H = DIMHIBRID returns the handle to a new DIMHIBRID or the handle to % the existing singleton*. % % DIMHIBRID('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local % function named CALLBACK in DIMHIBRID.M with the given input arguments. % % DIMHIBRID('Property','Value',...) creates a new DIMHIBRID or raises the % existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before dimhibrid_OpeningFcn gets called. An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop. All inputs are passed to dimhibrid_OpeningFcn via varargin. % % *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)". % % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help dimhibrid % Last Modified by GUIDE v2.5 07-Dec-2011 02:43:33 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @dimhibrid_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @dimhibrid_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin1) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin1); end if nargout [varargout1:nargout] = gui_mainfcn(gui_State, varargin:); else gui_mainfcn(gui_State, varargin:); end % End initialization code - DO NOT EDIT % --- Executes just before dimhibrid is made visible. function dimhibrid_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

126

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to dimhibrid (see VARARGIN) % Choose default command line output for dimhibrid handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes dimhibrid wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); % --- Outputs from this function are returned to the command line. function varargout = dimhibrid_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure varargout1 = handles.output; % --- Executes on selection change in popupmenu1. function popupmenu1_Callback(hObject, eventdata, handles) % função que permite atribuir os valores da velocidade do vento, temperatura e radiação solar para cada cidade switch get(handles.popupmenu1,'Value') case 1 case 2 %Aveiro ave=[8.9,1.7,4;9.4,2.5,4;11,3.4,5;12.6,4.8,5;15,5.7,5;17.7,6.6,5;19.7,6.6,5;19.5,5.9,5;18.4,4.4,4;15.6,3.2,4;11.4,2.1,4;9,1.7,4;13.27,4.01,4.5]; set(handles.table1,'data',ave); set(handles.orient_aero,'String','NNO'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','35º'); case 3 %Beja bej=[9.6,2.2,5;10.4,3.1,5;11.9,4,5;14,5.4,4;17.7,6.7,4;21.3,7.2,4;24.7,7.7,5;24.6,6.9,4;22.5,5.2,3;17.9,3.6,4;12.9,2.6,5;9.9,2.1,5;15.62,4.73,4.42]; set(handles.table1,'data',bej); set(handles.orient_aero,'String','NO'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','37º'); case 4 %Braga brag=[8.2,1.6,3;8.9,2.4,3;10.4,3.5,3;12.3,4.7,3;15.3,5.6,3;18.5,6.3,3;20.7,6.7,3;20.4,5.9,3;18.8,4.3,3;15.1,3,3;10.7,2,3;8.5,1.5,3;13.27,3.96,3]; set(handles.table1,'data',brag); set(handles.orient_aero,'String','NO'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','36º'); case 5 %Bragança

127

bragan=[5.3,1.7,3;6.6,2.5,4;9.1,3.7,4;11.1,4.8,3;14.7,5.8,3;18.6,6.7,3;21.5,7.2,3;21.1,6.3,3;18.3,4.5,2;13.7,3,3;8.8,1.9,4;5.8,1.4,3;12.4,4.13,3.17]; set(handles.table1,'data',bragan); set(handles.orient_aero,'String','E'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','36º'); case 6 %Castelo Branco cast=[7.7,2,3;8.5,2.7,3;10.4,3.8,4;12.7,5.1,3;16,6.2,3;20,6.9,3;23.1,7.5,3;22.7,6.7,3;20.3,4.8,3;15.5,3.4,3;10.8,2.3,4;8,1.8,3;13.98,4.43,3.17]; set(handles.table1,'data',cast); set(handles.orient_aero,'String','E'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','34º'); case 7 %Coimbra cbr=[9.2,1.8,3;9.8,2.6,3;10.8,3.5,4;13.1,4.9,3;15.7,5.9,3;18.6,6.3,3;21.1,6.8,3;21.1,6.2,3;19.6,4.5,3;16.3,3.3,3;11.8,2.2,3;9.3,1.7,3;13.93,4.14,3.08]; set(handles.table1,'data',cbr); set(handles.orient_aero,'String','E'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','35º'); case 8 %Évora evo=[9.6,2.2,4;10.3,3,5;12,4,4;13.9,5.3,4;17.2,6.6,4;20.9,7.2,4;23.9,7.7,4;23.9,7,4;21.9,5.2,3;17.6,3.6,4;12.8,2.5,5;9.9,2,5;15.33,4.69,4.17]; set(handles.table1,'data',evo); set(handles.orient_aero,'String','E'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','33º'); case 9 %Faro far=[11.9,2.2,5;12.4,3,5;13.6,3.9,5;15.6,5.4,5;18.2,6.7,5;21.1,7.4,5;23.8,7.6,5;23.9,7.1,5;21.9,5.1,5;18.7,3.7,5;14.8,2.6,5;12.4,2.2,5;16.33,4.74,5]; set(handles.table1,'data',far); set(handles.orient_aero,'String','OSO'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','32º'); case 10 %Guarda gua=[4.7,1.8,5;5.5,2.6,5;7.5,3.6,6;9.5,5,5;13,6,5;17,6.7,4;20.4,7.3,5;20.1,6.6,4;17.6,4.7,4;12.9,3.3,5;7.8,2.1,6;5.1,1.7,5;11.33,4.28,4.92]; set(handles.table1,'data',gua); set(handles.orient_aero,'String','NE'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','35º'); case 11 %Leiria lei=[10.1,1.9,2;10.8,2.7,3;12.2,3.6,3;13.9,5,3;16.3,6,3;18.8,6.4,3;20.8,6.7,3;20.9,6.2,3;19.8,4.6,3;17.2,3.3,2;12.7,2.3,2;10.1,1.6,3;14.46,4.19,2.75]; set(handles.table1,'data',lei); set(handles.orient_aero,'String','ONO'); set(handles.orient_painel,'String','S');

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set(handles.incl_painel,'String','34º'); case 12 %Lisboa lx=[10.6,2,5;11.5,2.9,5;12.8,3.8,5;14.6,5.2,5;17.3,6.4,5;20.1,6.9,5;22.3,7.3,6;22.6,6.8,5;21.3,4.9,4;17.8,3.5,4;13.6,2.4,5;11,1.9,5;15.38,4.5,4.92]; set(handles.table1,'data',lx); set(handles.orient_aero,'String','NNO'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','33º'); case 13 %Portalegre portal=[8.2,2.1,3;8.9,2.9,3;10.6,4,4;12.7,5.2,4;16.2,6.4,4;19.9,7.1,3;23,7.6,4;22.7,6.9,4;20.4,5,3;15.8,3.5,3;11.4,2.4,4;8.5,1.9,4;14.15,4.58,3.58]; set(handles.table1,'data',portal); set(handles.orient_aero,'String','E'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','34º'); case 14 %Porto prt=[8.8,1.7,4;9.3,2.5,4;11,3.4,5;12.6,4.8,4;15.1,5.6,5;17.9,6.2,4;19.8,6.6,4;19.6,5.9,4;18.4,4.3,4;15.5,3.1,4;11.3,2,4;9,1.6,4;13.28,3.98,4.17]; set(handles.table1,'data',prt); set(handles.orient_aero,'String','NO'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','36º'); case 15 %Santarém sant=[10.2,2,3;11.1,2.8,3;12.7,3.8,3;14.7,5.2,2;17.5,6.2,2;20.4,6.9,2;22.8,7.4,4;22.9,6.8,2;21.4,4.8,2;17.8,3.4,2;13,2.4,2;10.3,1.9,4;15.38,4.47,4.54]; set(handles.table1,'data',sant); set(handles.orient_aero,'String','E'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','34º'); case 16 %Setúbal setu=[10.7,2.1,3;11.4,2.9,3;12.8,3.9,3;14.7,5.2,3;17.4,6.5,3;19.9,7.2,4;22.4,7.6,5;22.7,6.9,4;21.2,5,3;18.1,3.5,3;13.5,2.5,3;10.7,2,3;15.4,4.61,3.33]; set(handles.table1,'data',setu); set(handles.orient_aero,'String','NNO'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','33º'); case 17 %Viana do Castelo viana=[9.9,1.6,3;10.4,2.4,3;11.5,3.5,3;13.3,4.7,3;15.5,5.5,3;18.6,6.3,3;20.5,6.5,3;20.2,5.8,3;10.1,4.3,3;16,3,3;12.3,1.9,3;10.2,1.5,3;13.2,3.92,3]; set(handles.table1,'data',viana); set(handles.orient_aero,'String','E'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','36º'); case 18 %Vila Real vilar=[6.9,1.6,3;7.9,2.5,3;10.1,3.5,3;12.3,4.8,2;15.6,5.8,3;19.2,6.5,3;21.8,6.8,3;21.5,6.1,3;19.1,4.4,2;14.8,3.1,2;9.8,2,3;7,1.5,2;12.68,4.05,2.67];

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set(handles.table1,'data',vilar); set(handles.orient_aero,'String','E'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','36º'); case 19 %Viseu vis=[6.3,1.7,4;7,2.5,4;8.8,3.4,5;10.8,4.9,4;13.9,5.9,4;17.5,6.4,4;20.7,7.4,3;20.6,6.4,4;18.4,4.5,3;14.3,3.2,4;9,2.1,4;6.6,1.6,5;12.28,4.17,4]; set(handles.table1,'data',vis); set(handles.orient_aero,'String','E'); set(handles.orient_painel,'String','S'); set(handles.incl_painel,'String','35º'); otherwise end % hObject handle to popupmenu1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: contents = cellstr(get(hObject,'String')) returns popupmenu1 contents as cell array % contentsget(hObject,'Value') returns selected item from popupmenu1 % --- Executes during object creation, after setting all properties. function popupmenu1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to popupmenu1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: popupmenu controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % --- Executes when entered data in editable cell(s) in table1. function table1_CellEditCallback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to table1 (see GCBO) % eventdata structure with the following fields (see UITABLE) % Indices: row and column indices of the cell(s) edited % PreviousData: previous data for the cell(s) edited % EditData: string(s) entered by the user % NewData: EditData or its converted form set on the Data property. Empty if Data was not changed % Error: error string when failed to convert EditData to appropriate value for Data % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) function Pot_inst_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Pot_inst (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

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% Hints: get(hObject,'String') returns contents of Pot_inst as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of Pot_inst as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function Pot_inst_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Pot_inst (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function pot_painel_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pot_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of pot_painel as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of pot_painel as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function pot_painel_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pot_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % --- Executes during object creation, after setting all properties. function perc_solar_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to perc_solar (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end

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function perc_eolic_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pot_eolic (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of pot_eolic as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of pot_eolic as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function perc_eolic_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pot_eolic (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % --- Executes on selection change in popupmenu5. function popupmenu5_Callback(hObject, eventdata, handles) switch get(handles.popupmenu5,'Value') case 1 set(handles.rend_painel,'String','16'); case 2 set(handles.rend_painel,'String','11'); case 3 set(handles.rend_painel,'String','8'); end % hObject handle to popupmenu5 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: contents = cellstr(get(hObject,'String')) returns popupmenu5 contents as cell array % contentsget(hObject,'Value') returns selected item from popupmenu5 % --- Executes during object creation, after setting all properties. function popupmenu5_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to popupmenu5 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: popupmenu controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function rend_painel_Callback(hObject, eventdata, handles)

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% hObject handle to rend_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of rend_painel as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of rend_painel as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function rend_painel_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to rend_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function area_painel_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to area_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of area_painel as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of area_painel as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function area_painel_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to area_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function coef_pot_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to coef_pot (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of coef_pot as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of coef_pot as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function coef_pot_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to coef_pot (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called

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% Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function num_paineis_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to num_paineis (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of num_paineis as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of num_paineis as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function num_paineis_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to num_paineis (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function orient_painel_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to orient_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of orient_painel as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of orient_painel as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function orient_painel_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to orient_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end

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function diam_pas_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to diam_pas (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of diam_pas as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of diam_pas as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function diam_pas_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to diam_pas (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function orient_aerog_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to orient_aerog (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of orient_aerog as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of orient_aerog as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function orient_aerog_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to orient_aerog (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function incl_painel_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to incl_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of incl_painel as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of incl_painel as a double

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% --- Executes during object creation, after setting all properties. function incl_painel_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to incl_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % --- Executes on selection change in popupmenu2. function popupmenu2_Callback(hObject, eventdata, handles) switch get(handles.popupmenu2,'Value') case 1 case 2 med_vent=get(handles.table1,'data'); med_vent=med_vent(13,3); potencia_inst=get(handles.Pot_inst,'String'); potencia_painel=get(handles.pot_painel,'String'); potencia_inst=str2num(potencia_inst); potencia_painel=str2num(potencia_painel); potencia_painel=potencia_painel/1000; numero_paineis=round(potencia_inst/potencia_painel); numero_paineis=num2str(numero_paineis); set(handles.num_paineis,'String',numero_paineis); cp=get(handles.coef_pot,'String'); cp=str2num(cp); S=2*potencia_inst*1000/(1.25*cp*med_vent^3); r=sqrt(S/pi); r=round(r*100)/100; %funçao que permite arrendondar o valor a duas casas decimais r=num2str(r); potencia_inst=num2str(potencia_inst); set(handles.diam_pas,'String',r); set(handles.pot_solar,'String',potencia_inst); set(handles.pot_eolic,'String',potencia_inst); set(handles.perc_solar,'String','100'); set(handles.perc_eolic,'String','100'); case 3 med_vent=get(handles.table1,'data'); med_vent=med_vent(13,3); potencia_inst=get(handles.Pot_inst,'String'); potencia_solar=get(handles.pot_solar,'String'); potencia_painel=get(handles.pot_painel,'String'); potencia_eolica=get(handles.pot_eolic,'String'); potencia_inst=str2num(potencia_inst); potencia_painel=str2num(potencia_painel); potencia_solar=str2num(potencia_solar); potencia_eolica=str2num(potencia_eolica); numero_paineis=round(potencia_solar*1000/potencia_painel); potencia_solar=num2str(potencia_solar); numero_paineis=num2str(numero_paineis); set(handles.pot_solar,'String',potencia_solar); set(handles.num_paineis,'String',numero_paineis); cp=get(handles.coef_pot,'String'); cp=str2num(cp);

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S=2*potencia_eolica*1000/(1.25*cp*med_vent^3); r=sqrt(S/pi); r=round(r*100)/100; r=num2str(r); potencia_eolica=num2str(potencia_eolica); set(handles.diam_pas,'String',r); set(handles.pot_eolic,'String',potencia_eolica); otherwise end % --- Executes on button press in pushbutton2. function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) med_vent=get(handles.table1,'data'); potencia_inst=get(handles.Pot_inst,'String'); potencia_inst=str2num(potencia_inst); med_vent=med_vent(13,3); med_vent=med_vent/9; med_vent=round(med_vent*100); percent_vent=med_vent*50/100; percent_solar=100-percent_vent; pot_eolic=percent_vent/100*potencia_inst; pot_solar=percent_solar/100*potencia_inst; percent_vent=num2str(percent_vent); percent_solar=num2str(percent_solar); pot_eolic=num2str(pot_eolic); pot_solar=num2str(pot_solar); set(handles.perc_eolic,'String',percent_vent); set(handles.perc_solar,'String',percent_solar); set(handles.pot_eolic,'String',pot_eolic); set(handles.pot_solar,'String',pot_solar); % hObject handle to pushbutton2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % hObject handle to popupmenu2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: contents = cellstr(get(hObject,'String')) returns popupmenu2 contents as cell array % contentsget(hObject,'Value') returns selected item from popupmenu2 % --- Executes during object creation, after setting all properties. function popupmenu2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to popupmenu2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: popupmenu controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % --- Executes on button press in pushbutton1. function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) %função que permite calcular o rendimento do sistema i=1;

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potencia_solar=0; potencia_eolica=0; radiacao_mensal=0; area=get(handles.area_painel,'String'); n_paineis=get(handles.num_paineis,'String'); rendimento=get(handles.rend_painel,'String'); coef=get(handles.coef_pot,'String'); comp_pa=get(handles.diam_pas,'String'); pot_solar=get(handles.pot_solar,'String'); pot_eolic=get(handles.pot_eolic,'String'); area=str2num(area); n_paineis=str2num(n_paineis); rendimento=str2num(rendimento); coef=str2num(coef); comp_pa=str2num(comp_pa); pot_solar=str2num(pot_solar); pot_eolic=str2num(pot_eolic); rendimento=rendimento/100; mes=[31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31,30]; tabela=get(handles.table1,'data'); %acede à tabela com os dados das diferentes cidades while i<13, %ciclo que permite calcular a potência fornecida pelos diversos meses do ano radiacao_mensal(i)=tabela(i,2); %acede aos dados da radiação presentes na tabela vel_vento(i)=tabela(i,3); %acede aos dados da velocidade do vento presentes na tabela potencia_solar(i)=area*n_paineis*radiacao_mensal(i)*rendimento; %calcula a potência fornecida pelos paineis solares potencia_eolica(i)=24*1.25*coef*(vel_vento(i)^3)*pi*(comp_pa)^2*1/2/1000; %calcula a potência fornecida pelo aerogerador j(i)=i; %variável que permite ajustar o número de meses i=i+1; %variável que permite fazer a incrementação dos meses end axes(handles.axes1); %função que permite aceder ao gráfico existente plot(j,potencia_solar,'r',j,potencia_eolica,'b'); %função que permite traçar o gráfico set(gca,'XTick',[1:12]) %função para limitar a linha das ordenadas do gráfico em 12 (meses) meses = ['Jan';'Fev';'Mar';'Abr';'Mai';'Jun';'Jul';'Ago';'Sep';'Out';'Nov';%variável que guarda as abreviaturas dos diferentes meses 'Dez']; set(gca,'XTickLabel',meses) %aplica o nome dos meses nos valores da linha das ordenadas xlabel('Meses'); %altera a legenda da linha das ordenadas ylabel('Média da Potência Diária por Mês (kWh)'); %altera a legenda da linha das abcissas xlswrite('hybrid.xls', potencia_solar, 'Sheet1','B8'); xlswrite('hybrid.xls', potencia_eolica, 'Sheet1','B9'); xlswrite('hybrid.xls', coef, 'Sheet1','M18');

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xlswrite('hybrid.xls', rendimento, 'Sheet1','M17'); display('FIM!'); % hObject handle to pushbutton1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % -------------------------------------------------------------------- function Untitled_1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to Untitled_1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % --- Executes on selection change in popupmenu3. function popupmenu3_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to popupmenu3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: contents = cellstr(get(hObject,'String')) returns popupmenu3 contents as cell array % contentsget(hObject,'Value') returns selected item from popupmenu3 % --- Executes during object creation, after setting all properties. function popupmenu3_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to popupmenu3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: popupmenu controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit9_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to num_paineis (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of num_paineis as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of num_paineis as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit9_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to num_paineis (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called

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% Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit10_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to orient_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of orient_painel as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of orient_painel as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit10_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to orient_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit11_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to diam_pas (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of diam_pas as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of diam_pas as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit11_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to diam_pas (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end

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function orient_aero_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to orient_aero (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of orient_aero as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of orient_aero as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function orient_aero_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to orient_aero (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit13_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to incl_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of incl_painel as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of incl_painel as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit13_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to incl_painel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function perc_solar_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to perc_solar (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of perc_solar as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of perc_solar as a double

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% --- Executes during object creation, after setting all properties. function axes1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to axes1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: place code in OpeningFcn to populate axes1 % --- Executes on button press in pushbutton3. function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pushbutton3 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) function edit24_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit24 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit24 as text % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit24 as a double % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit24_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit24 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % See ISPC and COMPUTER. if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % --- Executes on button press in pushbutton4. function pushbutton4_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pushbutton4 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) potencia=get(handles.Pot_inst,'String'); potencia=str2num(potencia); percsolar=get(handles.perc_solar,'String'); percsolar=str2num(percsolar)/100; perceolica=get(handles.perc_eolic,'String'); perceolica=str2num(perceolica)/100; potenciasolar=potencia*percsolar; potenciaeolica=potencia*perceolica; potenciasolar=num2str(potenciasolar,'%0.2f');

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potenciaeolica=num2str(potenciaeolica,'%0.2f'); set(handles.pot_solar,'String',potenciasolar); set(handles.pot_eolic,'String',potenciaeolica); % --- Executes on button press in export_excel. function export_excel_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to export_excel (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

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Anexo II – Painel fotovoltaico utilizado

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Anexo III – Primeiro aerogerador utilizado

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Anexo IV – Primeiro inversor utilizado

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Anexo V – Segundo aerogerador utilizado

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Anexo VI – Segundo inversor utilizado