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Universidade Eduardo Mondlane FACULDADE DE ENGENHARIA Departamento de Engª Mecânica Tema: Dimensionamento de uma instalação combinada de energia solar e eólica Autor: Quintino, Bernardo Supervisor: Dr. Engº Jorge Nhambiu

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Universidade Eduardo MondlaneFACULDADE DE ENGENHARIADepartamento de Engª Mecânica

Tema: Dimensionamento de uma instalação combinada de energia

solar e eólica

Autor: Quintino, BernardoSupervisor: Dr. Engº Jorge Nhambiu

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ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO1. Introdução2. Energias renováveis3. Energia Solar4. Energia Solar Eléctrica ou Fotovoltaica 5. Energia Eólica6. Avaliação Económica do Projecto7. Dimensionamento da Instalação Híbrida8. Cálculo comparativo do Projecto9. Conclusões e Recomendações

Considerações gerais sobre o trabalhoObjectivos do trabalho ConceitosBenefícios da utilização Sistemas híbridosSituação actual e aspectos específicosIdentificação da zona rural

Tipos de instalaçõesEnergia solar térmica Tipos de sistemas solares térmicos e suas aplicaçõesOutras tecnologias

PrincipioVantagens e desvantagens Principais aplicaçõesElementos básicosConfiguração do sistema de produção

Factores que afectam a energia eólicaElementos básicosOptimização dos custos da instalaçãoUtilização da Planilha (Excel)

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1. Introdução2. Energias renováveis3. Energia Solar4. Energia Solar Eléctrica ou Fotovoltaica 5. Energia Eólica6. Avaliação Económica do Projecto7. Dimensionamento da Instalação Híbrida8. Cálculo comparativo do Projecto9. Conclusões e Recomendações

1. IntroduçãoESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO

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1. IntroduçãoA humanidade procura actualmente fontes deenergia novas e baratas devido a perspectiva deesgotamento das reservas de carvão, petróleo emesmo dos minerais radioactivos dentro depoucas centenas de anos.

A energia constitui um dos principais factoresque contribuem para o crescimento económico ealívio da pobreza .

Apesar da disponibilidade destes recursosenergéticos a biomassa continuará, por muitotempo, a ser a principal fonte de energia para amaioria das populações .

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1.1 Objectivos do trabalho

Pesquisar alternativas do uso de fontes deenergia não renováveis para minimizar os custosde aquisição de energia nas zonas rurais .

Idealizar, conceber e projectar uma instalaçãocombinada de energia solar e eólica paraprodução de energia nas zonas rurais do país.

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ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO1. Introdução2. Energias renováveis3. Energia Solar4. Energia Solar Eléctrica ou Fotovoltaica 5. Energia Eólica6. Avaliação Económica do Projecto7. Dimensionamento da Instalação Híbrida8. Cálculo comparativo do Projecto

9. Conclusões e Recomendações

2. Energias renováveis

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2. Energias renováveisAs energias renováveis são provenientes deciclos naturais de conversão da radiação solar,que é a fonte primária de quase toda a energiadisponível na terra .

As formas ou manifestações mais conhecidassão:

a energia solar;

a energia eólica;

a biomassa;

a hidroenergia.

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São praticamente inesgotáveis;

Apresentam um impacto ambiental muitobaixo ou quase nulo;

Não afectam o balanço térmico oucomposição atmosférica do planeta;

2.1 Benefícios das Energias Renováveis

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São sistemas autónomos de geração eléctricaque combinam fontes de energia renovável egeradores convencionais.

Figura 1. Sistema híbrido (solar e eólica) de geração de energia eléctricaFonte: www.landmark-halle.dc

2.2 Sistemas Híbridos

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Os combustíveis lenhosos são a principal fontede energia para a maioria da população rural;

Ao longo do ano de 1999, foi iniciado umprograma de electrificação com base em energiasolar em centros de saúde e em localidadesisoladas com recurso a painéis solares através deconcessões de gestão atribuídas por concurso;

2.3 Situação actual e aspectos específicos

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O conhecimento local duma população e suaforma de vida é no entanto um requisito essencialpara se estimar a demanda de energia;

No distrito de Ribáuè a maior parte da populaçãonão dispõe de condições mínimas para satisfazeras suas necessidades básicas, sendo por essarazão que preferencialmente foi escolhida umazona rural do interior de Ribáuè para caso deestudo;

2.4 Identificação da Zona Rural

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ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO1. Introdução2. Energias renováveis3. Energia Solar4. Energia Solar Eléctrica ou Fotovoltaica 5. Energia Eólica6. Avaliação Económica do Projecto7. Dimensionamento da Instalação Híbrida8. Cálculo comparativo do Projecto9. Conclusões e Recomendações

3. Energia Solar

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3.1 Instalações de energia solar

Figura 2. Esquema simplificado de uma instalação de energia solar

Fonte:http://www.energiasrenovaveis.com/

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3.1.1 Tipos de instalações de energia solar

Existem vários tipos de tecnologia para oaproveitamento e conversão da energia solar:

colector Solar;painel Fotovoltaico;

outras tecnologias térmicas activas;

tecnologias passivas;

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3.2 Energia solar térmica

Princípio: qualquer objecto exposto à radiaçãosolar “Q” aquece

Circulação em termo sifão;

Existem dois tipos principais de sistemas deenergia solar térmica:

Circulação forçada.

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3.2.1 Tipos de energia solar térmica

Fonte:http://www.energiasrenovaveis.com/

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3.3 Tipos de energia solar térmica

Fonte:http://www.energiasrenovaveis.com/

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ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO1. Introdução2. Energias renováveis3. Energia Solar4. Energia Solar Eléctrica ou Fotovoltaica 5. Energia Eólica6. Avaliação Económica do Projecto7. Dimensionamento da Instalação Híbrida

8. Cálculo comparativo do projecto

9. Conclusões e Recomendações

4. Energia Solar Eléctrica ou Fotovoltaica

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4.Energia solar fotovoltaica

Fonte:http://www.amerlis.pt/pv.\*

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4.1 Energia solar fotovoltaica

transferência dos fotões da radiação incidentepara os electrões da estrutura atómica domaterial;

Princípio:

por acção do campo eléctrico, é criada umaestrutura de separação dos portadores de cargafotogerados e segue-se logo a sua extracção emcorrente contínua para utilização.

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4.1 Vantagens e desvantagens

ausência de pares móveis;não produz cheiro ou ruídos;permite aumentar a potência por meio da

incorporação de módulos adicionais;significativa poupança energética e económica.

Vantagens:

Desvantagens:baixo rendimento devido a deficiente

exploração do espectro da radiação incidentepor parte dos dispositivos;

elevado custo de produção dos painéis.

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4.2 Principais aplicações

Electrificação remota;Sistemas autónomos;Aplicação de micro-potência;Integração em edifícios.

4.3 Elementos básicos da instalação

Painéis fotovoltaicos;Controlador de carga;baterias;Inversor;Rede de distribuição.

4.4 Configuração dos sistemas de produção

Directamente ligados a uma carga;Sistema módulo-bateria;Sistema bateria e regulador;Bateria e inversor;

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ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO1. Introdução2. Energias renováveis3. Energia Solar4. Energia Solar Eléctrica ou Fotovoltaica 5. Energia Eólica6. Avaliação Económica do Projecto

7. Dimensionamento da Instalação Híbrida8. Cálculo comparativo do Projecto9. Conclusões e Recomendações

5. Energia Eólica

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5.1 Aproveitamento da energia eólica

Indicado para regiões áridas e ventosas doglobo;

Os moinhos de vento e a navegação à velaforam os primeiros “motores” inventados pelohomem;

Actualmente são utilizados para obtenção deenergia eléctrica em áreas rurais.

5.2 Factores que afectam a energia eólicaAltitude;LatitudeEstações do anoDias e noites

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5.3 Elementos básicos da instalação

Rotor:MultiplicadorGeradorSistema de giro

Torre;

sistema de controle;

transformador;

rede de distribuição.Fonte:http://www.google.energiasrenovaveis.com.br/

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ESTRUTURA DO TRABALHO1. Introdução2. Energias renováveis3. Energia Solar4. Energia Solar Eléctrica ou Fotovoltaica 5. Energia Eólica6. Avaliação Económica do Projecto

7. Dimensionamento da Instalação Híbrida8. Cálculo comparativo do projecto

9. Conclusões e Recomendações

6. Avaliação Económica do Projecto

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6.1 Análise dos custos da instalação

Instalação solarGrafico 1. Custos em função da potência

y = 0.0137x3 - 73.357x2 + 125228x - 6E+06R2 = 0.9856

0

20,000,000

40,000,000

60,000,000

80,000,000

100,000,000

120,000,000

140,000,000

0 1000 2000 3000 4000

Potencia em Watt

Cus

to e

m M

etic

ais

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6.1 Análise dos custos da instalação

Instalação eólicaGrafico 2. Custos em função da potência

y = 38103x + 4E+07R2 = 0.9996

0

50,000,000

100,000,000

150,000,000

200,000,000

250,000,000

300,000,000

0 2000 4000 6000 8000

Potencia em Watt

Cus

tos

em M

etic

ais

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7. Dimensionamento da Instalação Híbrida8. Cálculo comparativo do Projecto9. Conclusões e Recomendações

7. Dimensionamento da Instalação Híbrida

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7.1 Optimização dos custos da instalação

300021 ≥+ xx

Função objectivo:

minimizar7

2121

3121 10.4,338103125228357,730137,0),( +++−= xxxxxxf

Sujeito a0, 21 ≥xx

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7.1 Optimização dos custos da instalaçãoTabela 6. Distribuição das potências da instalação

Potência [W]*

Potência solar [W]

Potência eólica [W]

Custo da inst. em MZM

1000 1000 0 99571000,001500 1500 0 103026250,002000 2000 0 100628000,002500 2500 0 102651250,003000 2817,232 182,768 117.869.989,603500 2817,232 682,768 136921489,604000 2817,232 1182.768 155972989,60

... ... ... ...9000 2817,232 6182,676 346487989,60

9500 2817,233 6682,767 365539489,6010000 2817,232 7182,770 384590989,60

3000 2817,232 182,768 117.869.989,60

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ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO1. Introdução2. Energias renováveis3. Energia Solar4. Energia Solar Eléctrica ou Fotovoltaica 5. Energia Eólica6. Avaliação Económica do Projecto7. Dimensionamento da Instalação Híbrida8. Cálculo comparativo do Projecto9. Conclusões e Recomendações8. Cálculo Comparativo Projecto

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8.1 Cálculo comparativo dum gerador a diesel

Custo de aquisição do gerador de 1150kVA

Custo do combustível por litro: 21100 Mt

529722,34 USD

Hipóteses consideradas:

Câmbio do Dólar: 25000 Mt/USDFuncionamento de 8 horas a 100% de carga

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Comparação dos custos

Meses Diesel Hibrida Eolica Solar

0 2600 7000 8218 14000

1 2874 7000 8218 14000

2 3148 7000 8218 14000

3 3422 7000 8218 14000

4 3696 7000 8218 14000

5 3970 7000 8218 14000

... ... ... ... ...

16 6984 7000 8218 14000

17 7258 7000 8218 14000

18 7532 7000 8218 14000

19 7806 7000 8218 14000

20 8080 7000 8218 14000

Para potência de 3000 WMeses Diesel Hibrida Eolica Solar

0 1728 4714.8 6361.2 4774.8

1 1910 4714.8 6361.2 4774.8

2 2092 4714.8 6361.2 4774.8

3 2274 4714.8 6361.2 4774.8

4 2456 4714.8 6361.2 4774.8

5 2638 4714.8 6361.2 4774.8

... ... … ... ...

16 4640 4714.8 6361.2 4774.8

17 4822 4714.8 6361.2 4774.8

18 5004 4714.8 6361.2 4774.8

19 5186 4714.8 6361.2 4774.8

20 5368 4714.8 6361.2 4774.8

Para potência de 4500 W

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Comparação dos custos

Para potência de 3000 W Para potência de 4500 W

Comparacao entre os varios sistemas (3000 Watt)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15 20 25

meses de funcionamento

Cus

to (U

SD)

Diesel

Hibrida

Eolica

Solar

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9.1 ConclusõesDos resultados obtidos, conclui-se que os

objectivos traçados foram alcançados;Pelo critério de avaliação económica do

projecto, constata-se que os sistemashíbridos são economicamente viáveis;

A instalação híbrida é viável a partir depotências igual ou superiores a 3000 W;

A instalação tem uma grande vantagempois, é adequada para atender àsnecessidades energéticas em locaisisolados e possibilitará dispor de energia aqualquer momento.

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9.2 RecomendaçõesSendo este um trabalho de investigação epesquisa em matérias de energiasrenováveis recomenda-se:

É necessário considerar todos os custosenvolvidos e fazer um estudo preliminardas necessidades básicas de modo aincluir nos orçamentos;

Implementação de programas de gestãocomunitária e maneio dos recursosenergéticos que se dispõem a nível local;

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