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Software de Apoio à Implementação de Sistemas Híbridos de

1. 96 Figura 46 P gina Inicial da Aplica o Inform tica 99 Figura 47 Interface Utilizador da Aplica o Inform tica 100 xiv NDICE TABELAS Tabela 1 Densidade de Popula o e Taxas demogr ficas compreendidas entre o ano 2000 2050 21 Tabela 2 Procura de Recursos da China e ndia 18 2 01 22 Tabela 3 MW s Instalados de Tecnologia Renov vel em Portugal 1 26 Tabela 4 Tarifas e a percentagem a aplicar tarifa de refer ncia 7 30 Tabela 5 Reflect ncia de uma superf cie 39 Tabela 6 Sub classifica o de pequenas turbinas e licas 32 79 Tabela Base de TE ETE EE AE O Ca 98 Tabela 8 Interface Utilizador nec eceeccecsssesssessseseseceseeeseeeeceeecceeaceeaaeeaaeeaaecnaesaeenaeenseeeeeens 100 Tabela 9 Rugosidade do Terreno 27 nando dan ae 101 Tabela 10 Sistema Ligado Rede ee Gate 103 Tabela 11 Necessidades de 104 Tabela 12 Sistema Ligado Rede Equipamento E lico 104 Tabela t3 C lculo de Usa ara 109 Tabela 14 Sistema Ligado Rede Equipamento Fotovoltaico 109 Tabela 15 Sistema
2. sep Instituto Superior de Engenharia do Porto Software de Apoio Implementa o de Sistemas H bridos de Produ o de Energia El ctrica Baseados em Energias Renov veis Realizado por Helder Daniel da Rocha Santos n 1020437 Coordenado por Professor Doutor Cust dio Jo o Pais Dias Departamento de Engenharia Electrot cnica RESUMO O aumento da popula o Mundial particularmente em Pa ses emergentes como o caso da China e da ndia tem se relevado um problema adicional no que confere s dificuldades associadas ao consumo mundial de energia pois esta situa o limita inequivocamente o acesso destes milh es de pessoas energia el ctrica para os bens b sicos de sobreviv ncia Uma das muitas formas de se extinguir esta necessidade come a ser desenvolvida recorrendo ao uso de recursos renov veis como fontes de energia Independentemente do local do mundo onde nos encontremos essas fontes de energia s o abundantes inesgot veis e gratuitas O problema reside na forma como esses recursos renov veis s o geridos em fun o das solicita es de carga que as instala es necessitam Sistemas h bridos podem ser usados para produzir energia em qualquer parte do mundo Historicamente este tipo de sistemas eram aplicados em locais isolados mas nos dias que correm podem ser usados directamente conectados rede permitindo que se realize a venda de energia Foi neste contexto que esta tese foi desenvolvida
3. 3 3 3 11 16 FACTOR DE FORMA FF Este valor calculado atrav s do quociente entre a pot ncia de ponta e o produto por Este valor para c lulas em uso comercial apresenta um valor compreendido entre 0 70 e 0 85 Naturalmente que ser sempre desej vel trabalhar com c lulas cujo factor de forma seja o maior poss vel _ 3 20 Em que Plax W POT NCIA DO MODELO FOTOVOLTAICO 3 3 3 3 TENS O EM CIRCUITO ABERTO 3 3 3 7 CORRENTE DE CURTO CIRCUITO 3 3 3 8 3 3 3 11 17 ENERGIA PRODUZIDA ESTIMADA Eggs kWh ano Este c lculo aproximado normalmente est associado a um erro pois apesar de ser um c lculo estimativo relativamente simples e r pido mas n o corresponde realidade atribuindo por vezes um erro Este c lculo efectua se da seguinte forma Edest Ninv 8760 G n A 3 21 117 Em que Nregulador Ninversor 0 9 literatura da especialidade considera perdas de 10 8760 8 horas de presen a de sol 365 dias num ano n RENDIMENTO DE REFER NCIA DO MODULO 3 3 3 11 14 W m RADIA O SOLAR INCIDENTE DE REFER NCIA 3 3 3 11 2 A m AREA DO M DULO 3 3 3 9 3 3 3 11 18 C LCULO DO ERRO ESTIMADO Errogs Este valor calculado automaticamente pela aplica o inform tica em que relaciona o valor de energia produzida pelo m dulo fotovoltaico 3 3 3 11 e o valor de energia pr
4. es n o se d o em todas as partes da mesma forma tornando se necess rio conhecer em detalhe o potencial e lico e solar da regi o antes de se decidir pela instala o de um sistema h brido deste tipo O recurso solar o recurso mais universalmente conhecido Quanto ao recurso e lico este totalmente dependente das condi es locais do s tio Estes sistemas s o formados por uma micro turbina que atrav s de um rectificador regulador de carga se encarrega de fornecer a energia el ctrica produzida para as baterias e em paralelo existe um sistema de pain is solares que mediante o regulador de carga est conectado com as baterias 2 4 2 2 BATERIAS O armazenamento de energia realizado pelo banco de baterias classificado de acordo com a energia tempo e resposta flex vel necess ria para sua opera o 36 Em termos de exig ncias de energia e capacidade de armazenamento de energia estas podem ser classificadas em rela o densidade das necessidades ou seja para as m dias e para as necessidades a longo prazo Estas baterias tamb m podem ser classificadas relativamente sua densidade de pot ncia de curto e curt ssimo prazo Num sistema h brido de energia um bom armazenamento de energia pode ser determinante para o desempenho global do sistema fornecendo ao sistema uma pot ncia constante e est vel apesar das flutua es de carga Este tem de ser capaz de fornecer energia para a instala o de forma adequada me
5. gt gt Xu t x mx 2 x Cp 3 1 Em que p valor da press o atmosf rica 1 225 kg m d dimetro do r tor m Cp Coeficiente de Pot ncia NOTA No caso de falta de informa es sobre o valor de normalmente indicado nas caracter sticas t cnicas da micro turbina e lica a aplica o inform tica assumir um valor de 0 35 35 pois um valor in meras vezes indicado pela maioria dos fabricantes que sustentam pelo limite de Betz que o seu valor m ximo ser 59 3 0 593 Apresenta se de seguida uma descri o de todos os outros sub c lculos efectuados 3 3 3 4 1 VELOCIDADE DO VENTO t m s A velocidade do vento u t composta por duas componentes que t m de ser tratadas de forma separada u t u u t 3 2 Em que Velocidade m dia do vento m s u t Turbul ncia m s 106 3 3 3 4 2 VELOCIDADE MEDIA DO VENTO 9 m s Recorrendo Lei de Prandtl sabe se que o atrito entre a superf cie terrestre e o vento tem como consequ ncia o retardamento deste ltimo As camadas mais baixas de ar retardam as que lhe est o por cima resultando numa varia o da velocidade m dia do vento com a altura ao solo Com isto aplicando a lei logaritmica de Prandtl o valor da velocidade m dia do vento 8 calcula se atrav s da seguinte formula we _ 3 9 E 3 3 Ur mR 3 2 2 infeed u z 3 3 Em que 2 gt Velocidade m dia do ve
6. parte solar 100 do valor de referencia e 0 39 kWh que corresponde parte e lica 70 do valor de referencia assim obtiveram se valores de Payback para o CASO 1 de 7 3 anos e para o CASO 2 um Payback de 3 9 anos Isto significa que mediante as condi es de remunera o actuais 127 impostas pelo DL 363 2007 largamente vantajoso aplicar maior quantidade de pot ncia de tecnologia solar e menor pot ncia e lica mesmo que implique maiores custos de investimento inicial Outra conclus o que se pode retirar que devido complementaridade dos dois equipamentos o valor de Payback cai drasticamente comparativamente com casos em que se utiliza apenas uma destas tecnologias de forma separada pois normalmente os Payback s rondam os 7 a 8 anos justificando por isso o aumento da procura deste tipo de equipamentos CASO 3 e CASO 4 Para estes casos de utiliza o de sistemas h bridos isolados seguindo a mesma base de an lise ou seja variando a quantidade de pot ncia das diferentes tecnologias obtiveram se resultados bastante decepcionantes No CASO 3 Pot ncia E lica 5 kW Pot ncia Solar 1 15 kW Custo 19825 76 e no CASO 4 Pot ncia E lica 5 kW Pot ncia Solar 4 14 kW Custo 37999 56 Desta compara o os valores de Payback tanto num caso como no outro elevaram se a valores imposs veis de praticar devido ao tempo de vida til destes equipamentos CASO 3 Payback 60 anos CASO 4 Payback 30 7 Dest
7. 17 petr leo N o ser novidade que estes combust veis petr leo carv o g s natural sendo extra dos a um ritmo superior ao que se formam sejam fontes de energia esgot veis Esta situa o tem sido abordada por diversos especialistas e de diversas formas todos apontam para um mesmo fim que apesar de ser conhecido pelo mais comum dos mortais por vezes interesses pol ticos e econ micos prevalecem e insistem em ignor los 1 2 PANORAMA MUNDIAL Factos incontorn veis t m de ser apresentados e dados a conhecer como por exemplo a situa o do crescimento da popula o a n vel mundial que entre 2004 e 2030 dever crescer de 6 4 para 8 1 mil milh es de pessoas ou seja 1 ao ano Neste mesmo per odo a economia mundial dever crescer a 3 4 ao ano 1 Crescimento da Popula o Mundial Crescimento da Economia Mundial PNB 2004 30 CGAR em 2004 30 CGAR em OCDE Eco Transi o Paises em Mundo Desenvolv OCDE Eco Transi o Paises em Mundo Desenvolv Figura 1 Crescimento da Popula o e Economia Mundial 1 No entanto estimou se que entre 2004 e 2030 a procura mundial de energia prim ria deveria crescer cerca de 1 6 ao ano 1 18 Procura Mundial de Energia Prim ria 1980 2030 Mtoe 6 000 Mtoe 7 N 2004 2030 procura mundial de energia dever crescer mais de 50 RA T T 1980 2004 2010 2015 2030 Figura 2 Procura Mundial de En
8. o proteger estas dos agentes atmosf ricos da humidade dos esfor os mec nicos e assegurar o isolamento el ctrico das c lulas O material encapsulado aplicado num substrato de modo a conferir estabilidade na estrutura Distinguem se portanto tr s tipos de encapsulamentos 10 Encapsulamento EVA utilizado no fabrico de m dulos especiais e standard com dimens es inferiores a 2x3 m n o sendo recomendado em m dulos maiores devido falta de estabilidade nas c lulas durante o processo de fabrico dificultar o controlo da distancia entre estas Encapsulamento em Teflon usado principalmente em m dulos especiais produzidos em pequena escala como as telhas solares pouco espesso e bom condutor de calor permitindo um arrefecimento da c lula independente do local e tipo de instala o em que se encontra Encapsulamento em resina fundida usado em m dulos de dimens o n o superior a 2 5x3 8 m Com este tipo de encapsulamento poss vel obter um ptimo controlo da posi o das c lulas durante a aplica o do mesmo resina utilizada confere aos m dulos propriedades atenuantes em termos de propaga o de ru do 51 2 2 6 EFEITOS 2 2 6 1 EFEITO IRRADI NCIA A varia o do valor da irradi ncia n o afecta expressivamente o valor da tens o do MPP obtida num m dulo sendo que o valor da corrente sofre maior varia o uma diminui o do valor da irradi ncia conduz a uma diminui o da corrente
9. 119 Tabela 16 Sistema Isolado Equipamento E lico 120 Tabela 17 Sistema Isolado Equipamento 1 120 Tabela 18 Custo Capital dos Equipamentos ccccesccssescesecssesseeeceeeeseeeceaeeaeeeeeeaeeaeens 121 Tabela 19 Calculo Remunerat rio Ligado 122 Tabela 20 Calculo do Tarif rio Ligado 122 Tabela 21 Calculo Remunerat rio Sistema Isolado reste 123 Tabela 22 C lculo anita ii a 124 XV NDICE DE ANEXOS ANEXO A CASOS DE APLICA O PR TICA 135 ANEXO CARACTER STICAS T CNICAS DOS EQUIPAMENTOS 146 ANEXO C DADOS METEROL GICOS aa en 148 ANEXO D D 3683 2007 150 ANEXO E PROGRAMA O CGU re i had Utada E 152 ANEXO F TARIFA EDP 2010 154 xvi 1 INTRODU O 1 1 RECURSO ENERG TICO No mundo globalizado em que vivemos a competitividade entre os pa ses imp e uma redefini o das fun es que atribu mos ao Estado e a uma maior participa o da sociedade civil Promover e estimular o envolvimento da iniciativa privada consequentemente condi o necess ria para a constru o e desenvolvimento de uma economia competitiva e adaptada para enfrentar os desafios futuros emergentes quer da abertura dos mercados quer do desenvolvimento econ
10. 300 SIEMENS E320 SE 2 5 2 PIS sis lt 2 5 lt Figura A INTERFACE 3 501 Figura A 4 INTERFACE 4 CASO1 CASO REAL 2 Sistema ligado rede localizado em Coimbra na cobertura de habita o unifamiliar com pot ncia contratada de 10 35 kVA com 7 metros de altura e terreno envolvente relva tratada 137 1750 1 75 Figura 6 INTERFACE 2 5 2 138 SUNNY BOY 1100 ESS SIEMENS E320 KIT JBOX2500 TM6 650 2500 2357 42 REGISTO 256 3 IN CIO Figura A 7 INTERFACE 3 CASO2 C lculo Sistemas Hibrid Figura A 8 INTERFACE 4 CASO2 CASO REAL 3 Sistema isolado localizado em Portalegre com base de instala o do equipamento e lico junto ao solo e sistema fotovoltaico localizado na cobertura de habita o unifamiliar com pot ncia contratada de 6 9 kVA e terreno envolvente do tipo descampado 139 Figura A 9 INTERFACE 1 sistema Necessidades EI 300 2500 3000 EM Figura A 10 INTERFACE 2 CASO3 140 Sistema Isolado 2 Figura A 11 INTERFACE 3 Custos INCLUIDO NCLUIDO SUNNY BOY 1100 ESS POZ 3100Ah KIT JBOX2500 INCLUIDO Figura A 12 INTERFACE 4 CASO3 141 C lculo Sistemas H bridos Figura A 13 INTERFACE 5 CASO3 CASO REAL 4 Sistema isolado localizado em Portal
11. A energia solar fotovoltaica obtida atrav s da convers o directa da luz em electricidade atrav s do uso de materiais semicondutores para este efeito ocorre gra as presen a de bandas de energia Existem duas distintas uma banda de val ncia totalmente preenchida por electr es e uma banda de condu o totalmente vazia Os tomos de sil cio por exemplo caracterizam se por possuir quatro electr es de val ncia que se ligam aos tomos vizinhos formando uma rede cristalina Quando tomos que possuem cinco electr es na camada de val ncia como o f sforo ou o ars nio s o adicionados ao sistema e haver um electr o em excesso que n o ser emparelhado tornando sua liga o bastante 40 fraca com o tomo de origem Com isso adicionando uma pequena quantidade de energia t rmica em torno de 0 02 eV esse electr o torna se livre sendo direccionado para a banda de condu o Diz se assim que o f sforo ou ars nio um dopante doador de electr es e denomina se por dopante n ou impureza n O contr rio ocorre quando a impureza possui apenas tr s electr es na camada de val ncia como o caso do boro ou o ndio Neste caso faltar um electr o para satisfazer as liga es com o sil cio Campo El trico F sforo resultando em um buraco ou lacuna Com pouca energia t rmica um electr o de um s tio vizinho pode passar para essa posi o fazendo com que a lacuna se desloque O boro ou o ndio
12. Os ventos s o causados por diferen as de press o ao longo da superf cie terrestre pois a radia o solar recebida na terra maior nas zonas equatoriais do que nas zonas polares Portanto pode se afirmar que a origem do vento a radia o solar Contudo os ventos mais fortes constantes e persistentes ocorrem em bandas situadas a cerca de 10 km da superf cie da terra Como se compreende n o poss vel colocar os geradores e licos nessas zonas por isso limita se a algumas dezenas de metros do solo estas alturas o vento directamente afectado pela fric o na superf cie o que provoca uma diminui o na sua velocidade Uma avalia o correcta do potencial e lico com vista produ o de energia el ctrica tem de se basear em medidas de vento efectuadas especificamente para esse efeito Os registos existentes eram provenientes de esta es meteorol gicas s quais est o associadas medi o de dados para a avia o agricultura previs o do tempo mas n o para avalia o do potencial e lico e portanto surgiu a necessidade destas esta es avaliarem estes mesmos dados Portanto uma das primeiras ac es realizadas para colmatar esta mesma necessidade foi a cria o de um Atlas de e licidade European Wind 59 Atlas 26 que apresenta uma panor mica geral do recurso e lico na Europa Ocidental em termos da velocidade m dia m s e da densidade de pot ncia W m2 m dias anuais altura de 50 metros
13. blicas sendo neste ultimo caso necess rio sincronizar o valor de frequ ncia do sinal emitido pelo inversor da rede Para que isto ocorra recorre se ao uso de transformadores para ajustar a tens o de sa da com a tens o de rede O transformador usado cria um campo magn tico que isola electricamente os lados AC e DC A presen a de um transformador torna poss vel utilizar geradores fotovoltaicos de tens o reduzida e permite ainda reduzir as interfer ncias magn ticas Contudo esta sua utiliza o aumenta o custo e a dimens o da instala o bem como as perdas de pot ncia A omiss o de transformador nas gamas de baixa pot ncia obriga a uma tens o superior por parte do gerador fotovoltaico em rela o ao valor de pico da rede caso contr rio necess rio recorrer a um conversor elevador DC DC aumentado com isto as perdas 2 2 8 1 2 INVERSOR DE ONDA QUADRADA Este tipo de inversores utilizam uma ponte de tir stores pois sem eles os inversores n o seriam capazes de comutar de estado de condu o para estado bloqueio Assim no caso de algum problema na rede o inversor fica desactivado O uso destes inversores aumenta o consumo de pot ncia reactiva bem como provoca o aparecimento de harm nicos o que implica o uso de filtros 56 2 2 8 2 BATERIAS Tal como foi anteriormente abordado as baterias de acumuladores s o hoje muito importantes nos sistemas fotovoltaicos isolados permitindo assim o armazenamento de energ
14. com o objectivo de disponibilizar uma ferramenta inform tica capaz de calcular a rentabilidade de um sistema h brido ligado rede ou isolado Contudo a complexidade deste problema muito elevada pois existe uma extensa pan plia de caracter sticas e distintos equipamentos que se pode adoptar Assim a aplica o inform tica desenvolvida teve de ser limitada e restringida aos dados dispon veis de forma a poder tornar se gen rica mas ao mesmo tempo permitir ter uma aplicabilidade pr tica O objectivo da ferramenta inform tica desenvolvida apresentar de forma imediata os custos da implementa o que um sistema h brido pode acarretar dependendo apenas de tr s vari veis distintas primeira vari vel ter de ter em considera o o local de instala o do sistema Em segundo lugar o tipo de liga o isolado ou ligado rede e por fim o custo dos equipamentos e lico solar e restantes componentes que ser o introduzidos Ap s a inser o destes dados a aplica o inform tica apresenta valores estimados de Payback e VAL PALAVRAS CHAVE Sistema H brido Modulo Fotovoltaico Turbina Micro E lica Tipo de Liga o Rede Local de Instala o Recurso Solar Recurso E lico Payback e Valor Actual L quido ABSTRACT The increase of world population particularly in emerging countries such as China and India has been subsumed in an additional problem which gives the difficulties linked to global energy
15. is fotovoltaicos Atrav s de uma liga o externa os electr es s o levados para fora das c lulas e assim ficam dispon veis para uso por m para cada electr o que deixa o painel h um outro que retorna da carga para substitu lo portanto evidente que um painel fotovoltaico n o pode armazenar energia el ctrica Sendo assim necess rio o uso da energia el ctrica na hora de sua convers o ou o armazenamento da mesma por meio de baterias com seu devido controle 12 Terminal Positivo Terminal Positivo Terminal Negativo Terminal Positivo Figura 16 Deslocamento dos electr es devido ao efeito fotovoltaico 21 Contactos met licos frontais Transmitter Zona de transi o Carga Material semiconductor Contactos met licos posteriores Figura 17 Efeito fotovoltaico 19 Na evolu o da tecnologia fotovoltaica diversos tipos de c lulas semicondutores surgiram maioritariamente baseados no sil cio pois este composto o segundo elemento mais abundante na superf cie terrestre mais de 25 da crosta terrestre composta por 42 sil cio Sendo assim as c lulas fotovoltaicas de primeira gera o s o o sil cio cristalino Si o sil cio monocristalino m Si e o sil cio policristalino p Si Quanto s de segunda gera o apresentam se o sil cio amorfo a Si ou ainda tuloreto de c mido CdTe e por fim o dissulfeto de
16. o importantes no caso dos m dulos de sil cio de amorfo estes ltimos s o uma boa solu o para climas quentes embora exijam uma rea de implementa o superior para a mesma pot ncia Normalmente as c lulas fotovoltaicas s o estudadas em CTS Condi es de Teste Standard para a temperatura a 25 O aumento da temperatura mant m a fonte de corrente por m diminui a tens o e consequentemente a pot ncia fornecida pelos m dulos 15 47 Corrente 3 0 254 2 0 00 tua as Tens o Figura 26 Curvas caracter sticas 1 0 em fun o da temperatura 17 Watt pico 115 Amorfo no Cristalino 105 100 95 90 85 Reais e em 80 75 70 1 i 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Figura 27 Curva caracter stica I U em fun o da temperatura 17 2 2 4 ENCADEAMENTO DAS C LULAS A pot ncia m xima de uma nica c lula fotovoltaica n o excede 2 W o que manifestamente insuficiente para a maioria das aplica es Por este motivo as c lulas s o agrupadas em s rie e em paralelo formando m dulos Um m dulo consiste num conjunto de ramos ligados em paralelo cada um deles constitu do por c lulas ligadas em s rie O n mero de c lulas num m dulo determinado pelas necessidades de tens o e corrente da carga a alimentar Tipicamente um m dulo pode ser constitu do por cerc
17. renov veis e o cen rio de procura de energia de fontes tradicionais considera um forte crescimento em termos de volume mas as taxas de crescimento s o necessariamente inferiores s renov veis Carv o Petr leo G s Natural Nuclear CAGR 1 8 44 CAGR 2 0 851 2183 1990 2004 2015 2030 1990 2004 2015 2030 1990 2004 2015 2030 Figura 4 Consumos energ ticos de Carv o Petr leo G s Natural e Energia Nuclear 1 Para refor ar na tentativa de combater esta tend ncia insaci vel de consumo energ tico diversas confer ncias e protocolos de mbito internacional foram realizados e discutidos como o caso do famoso protocolo de Quioto estabelecido por alguns pa ses industrializados em 1997 cujo objectivo a redu o dos gases efeito estufa em cerca de 5 2 no per odo de 2008 a 2012 comparativamente aos valores de 1990 Na sequ ncia dos problemas e interesses existentes para que estes factos n o sejam ignorados dever ser levada em conta a situa o em que se encontram pa ses como o caso da China e da 20 India cujo crescimento a n vel populacional e econ mico n o cumpre qualquer uma das exig ncias do protocolo de Quioto Popula o por continente em 2003 e 2050 North America Europe Latin America and Caribbean Asia 1 000 2 000 3 090 4 099 909 Damnatian nn memana Figura 5 Popula o por Continente entre 20
18. 0 0035 Campo de Cereais Relva Baixa Estepes Descampados Relva Alta 0 04 Terreno com arvores Floresta Povoa o dos Suburbios Centro da Cidade 101 3 3 2 9 VMED VENTO REFERENCIA Automaticamente o programa ir recorrer base de dados e mediante o local de instala o o valor m dio anual da velocidade do vento registado pelo anem metro ir ser apresentado 3 3 2 10 POTENCIA CONTRATADA Neste ponto o Utilizador ter de seleccionar mediante as op es dispon veis o valor da pot ncia contratada Este valor ser indispens vel para verificar a n vel legislat rio se o valor de pot ncia do equipamento cumpre o requisito legal DL 363 2007 Artigo 4 al nea 3 Os produtores de electricidade nos termos do presente DL n o podem injectar na RESP no mbito desta actividade uma pot ncia superior a 50 de pot ncia contratada Um outro ponto que esta selec o ir permitir futuramente realizar o c lculo do tarif rio praticado pelo distribuidor de energia em Portugal Continental 3 3 2 11 TIPO DE LIGA O Este o segundo ponto chave de toda a aplica o pois ser neste ponto que todo o encadeamento do programa ir divergir Esta c lula cont m duas hip teses seleccion veis que mediante a escolha ir verificar um conjunto de condi es ora vejamos 3 3 2 11 1 NO CASO DE LIGADO A REDE No caso de ligado rede automaticamente o tipo de regime ser
19. 27 Wind Resources at 50 45 m Above Ground Level Colour Sheltered terrain lain Ata sea coast sea Hills and ri mis Wim ms Wim ms Wim mis Wim ms Wim a 260 gt 150 gt 75 gt 500 gt 85 gt 700 290 gt 800 gt ILS gt 1800 mm 5060 150 250 65 75 200500 70 55 400 700 80 90 600 800 10 0 115 1200 1800 MOM 4550 100 150 5565 200 300 60 70 250 400 7080 400 600 85 100 700 1200 3545 50100 4555 100 200 5060 150 250 55 70 200 400 7 0 85 400 700 lt 35 lt 50 lt 45 lt 100 lt 50 lt 150 lt 55 lt 100 lt 70 lt 400 22 gt 75 5 5 75 lt 55 Figura 34 Atlas Europeu do Vento 26 Como se pode observar atrav s da Figura 34 as regi es mais ventosas est o localizadas no norte do Reino Unido embora as condi es topogr ficas locais afectem significativamente esta imagem geral Em geral o norte de It lia e o sul de Fran a n o s o muito favorecidos em termos do recurso e lico Quanto zona correspondente a Portugal Continental praticamente toda do tipo D verde identificando se apenas pequenas 60 faixas costeiras do oeste e do sul como sendo do tipo laranja Apesar de todas as suas limita es o Atlas Europeu de Vento representou um esfor o importante para produzir um instrumento de trabalho v lido de avalia o do potencial e lico com vista produ o de energia el ctrica A velocidade e a direc o do vento est o constantemente a variar no tempo mas este tamb m pode ser descrito no
20. 3 3 3 5 15 A CORRENTE DE SATURA O DE REFER NCIA 3 3 3 11 9 T K TEMPERATURA DE REFER NCIA 3 3 3 11 2 VE V POT NCIAL T RMICO DE REFER NCIA 3 3 3 11 3 Vr POTENCIAL T RMICO 3 3 3 11 7 3 3 3 11 13 POT NCIA M XIMA DO M DULO Prax W Este valor calculado automaticamente pela aplica o inform tica e reflecte o valor real de produzido pelo m dulo Este c lculo baseia se lei de ohm e obt m se partir da seguinte f rmula Prax Imax Vmax 3 17 Em que Imax CORRENTE MAXIMA DO MODULO 3 3 3 11 11 Vmax TENS O MAXIMA DO MODULO 3 3 3 11 12 3 3 3 11 14 RENDIMENTO DE REFERENCIA DO MODULO n Este valor calculado automaticamente pela aplica o inform tica usando os dados directos disponibilizados pelo fabricante r _ P max ae 3 18 Em que POT NCIA DO MODELO FOTOVOLTAICO 3 3 3 3 GR W m RADIA O SOLAR INCIDENTE DE REFER NCIA 3 3 3 11 2 A m AREA DO MODULO 3 3 3 9 116 3 3 3 11 15 RENDIMENTO DE REAL DO M DULO n Este valor calculado automaticamente pela aplica o inform tica e em tudo semelhante ao ponto anterior 3 3 3 11 14 mas com a diferen a que este utiliza os valores reais anteriormente calculados e n o os de refer ncia AG Em que Pnax W POT NCIA MAXIMA DO MODULO 3 3 3 11 13 W m RADIA O SOLAR INCIDENTE 3 3 2 5 m AREA DO MODULO 3 3 3 9
21. 50 com a constru o do aerogerador com o maior n mero de inova es na poca Tratava se de um aerogerador de 100 kW equipado com um rotor leve de 34 m de di metro fabricado com materiais ultra leves sistema de controlo de passo e torre de forma tubular Ap s o choque petrol fero de 1973 as actividades de I amp D no aproveitamento de energia e lica como fonte alternativa de energia el ctrica intensificaram se de forma significativa nomeadamente na Europa e nos EUA conduzindo forma o dos primeiros cons rcios entre empresas Americanas e Europeias em programas de I amp D de turbinas e licas de grande potencia no inicio da d cada de 1980 No entanto a ind stria da energia e lica registou os primeiros desenvolvimentos a partir dos aerogeradores de pot ncias reduzidas As primeiras turbinas e licas comerciais instaladas na Europa e nos EUA no inicio da d cada de 80 tinham potencias nominais situadas entre a gama de 50 a 100 kW e di metros de 10 a 20 m A experiencia positiva na opera o dos pequenos aerogeradores em conjunto com os resultados de I amp D potenciou o crescimento continuado das turbinas e licas comerciais enorme desenvolvimento tecnol gico que passou a ser liderado pela ind stria do sector estimulada por mecanismos institucionais de incentivo juntamente com o crescimento da produ o em massa tornou poss vel o desenvolvimento de t cnicas de constru o de aerogeradores cada vez mais robustas permitindo
22. 6 Caixa de velocidades 7 Trav o de disco 8 Veio do gerador 9 Gerador 10 Radiador de arrefecimento 11 Anem metro e sensor de direc o 12 Sistema de controlo 13 Sistema hidr ulico 14 Mecanismo de orienta o direccional 15 Chumaceira do mecanismo de orienta o direccional 16 Cobertura da cabine 17 Torre 72 O mecanismo de orienta o direccional constitu do basicamente por um motor permite mudar a cabine com base na informa o proveniente do sensor de direc o de vento de modo a alinhar o rotor com a direc o de vento para extrair a m xima pot ncia poss vel 28 2 3 3 3 ROTOR O rotor fixa as p s da turbina ao cubo que uma estrutura met lica fabricada em a o ou liga de alta resist ncia situada a jusante do aerogerador e acoplado ao eixo que acciona o gerador el ctrico Nas turbinas e licas com o controlo de passo o cubo al m de conter os rolamentos para a fixa o das p s acomoda tamb m os motores para ajuste do ngulo de ataque de real ar que por se tratar de uma pe a de alta resist ncia o cubo apresenta se como uma pe a nica O projecto das p s no qual a forma da p e o ngulo de ataque em rela o direc o do vento t m uma influ ncia determinante beneficiou do conhecimento da tecnologia das asas dos avi es Relativamente selec o dos materiais utilizados na constru o das p s trata se de uma opera o delicad
23. J Borrego S Machado Forma o de Executivos Coexist ncia de fontes de energia tradicional com renov vel Universidade Cat lica Portuguesa 2008 2 A S da Costa Forma o de Executivos As Energias Renov veis em Portugal Universidade Cat lica Portuguesa 2008 3 www edp pt EDP Internet PT Group Clientes Microgeneration default htm 4 www portugal gov pt Portal Print aspx guid D450A C2F 654B 45 AE BF3C 5COFF5FDECBE 5 Decreto Lei n 68 2002 de 25 de Marco 6 Decreto Lei n 363 2007 de 2 de Novembro 7 Mangas Redes de Distribui o de Energia com Microgera o Avalia o do Impacto de diferentes condi es de licenciamento Faculdade de Engenharia do Porto 2009 8 F Rocha Integra o de Dados Estat sticos na Classifica o de Imagens de Sat lite Instituto Superior T cnico Dezembro de 2002 9 J Miranda Terra Ambiente e Clima na Perspectiva do Sistema Terrestre Faculdade de Ci ncias da Universidade de Lisboa Outubro de 2009 10 F Dias Solu es t cnicas para o projecto de edif cios de habita o incorporando produ o pr pria de energia Faculdade de Engenharia do Porto Janeiro de 2009 11 http www edp pt pt Pages Glossario aspx 130 12 E J nior Sistema Fotovoltaico para Ilumina o Publica Universidade Federal do Cear 2004 13 https woc uc pt deec getFile d
24. a altura do m dulo e d a dist ncia entre fileiras 53 Figura 31 Esquema de instala o e separa o de fileiras 17 Para se delinear a implementa o de um sistema fotovoltaico necess rio determinar a dist ncia entre fileiras podendo deduzir uma f rmula matem tica que ajude a determinar a dist ncia entre fileiras dedu o seguinte pressup e o rendimento ptimo do sistema Prys L Altura do m dulo FV a Inclina o do m dulo Angulo altura minima do Sol Figura 32 An lise de dist ncia entre fileiras 17 Na Figura 32 observa se que o ngulo corresponde altura m nima do Sol 22 de Dezembro que determina o afastamento m ximo entre fileiras para evitar o sombreamento entre elas e a inclina o dos m dulos d ser o afastamento entre fileiras Deduzindo a formula ser d Lx cosa 2 10 54 Nem sempre se opta pelo afastamento m ximo em detrimento do melhor rendimento depende da altura do ano em que se pretende a melhor efici ncia do sistema 2 2 8 COMPONENTES DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO Os sistemas fotovoltaicos podem ter diferentes tipos de funcionamento ou seja podem funcionar como sistemas aut nomos ou ligados rede logo t m o objectivo de alimentar a pr pria instala o tais como electrifica o de casas em locais isolados para bombagem de gua para sistemas de sinaliza o para sistemas de telecomunica es etc tamb m podem est
25. barris dia Ent o Como 2005 houve um aumento de 37 5 USD barril para 60 USD barril isso traduziu se um custo adicional de 2300 M Ou seja Por cada d lar de aumento do barril de petr leo representa em Portugal um o aumento global de mais de 100 2 Com este tipo de custos e depend ncia energ tica Portugal decidiu optar por uma pol tica de investimento em energias limpas e isso ficou formalmente estabelecido na celebra o do protocolo de Quioto em que Portugal estabeleceu as seguintes metas e iniciativas 24 At 2010 39 da energia dever ser produzida atrav s de fontes renov veis Directiva 77 CE 2001 Ainda durante o processo de avalia o a meta Portuguesa foi corrigida para 45 De acordo com o INEGI Portugal detinha mais de 2050 MW de pot ncia e lica ligada rede no final do 3 trimestre de 2007 acrescidos de 750 MW em constru o existindo inten o de liga o de 5 100 MW at 2010 Atribui o por concurso de pontos de liga o 1 700 MW e licos acrescidos de 300 MW via sobre capacidade Novos incentivos decretos lei e investimentos por parte do estado e entidades privadas foram estabelecidos para o desenvolvimento e expans o de tecnologias de produ o de energia limpa Biomassa biog s fotovoltaica ondas e geot rmica Diversos concursos p blicos para a constru o de centrais de biomassa foram realizados A obriga
26. cobre e ndio CIS Contudo estes dois ltimos caracterizam se como sendo elementos altamente t xicos e raros e por isso n o t o utilizados Apresenta se de seguida uma descri o do tipo de semicondutores mais utilizados 13 2 2 2 1 SIL CIO MONOCRISTALINO O sil cio monocristalino o material mais usado na composi o das c lulas fotovoltaicas atingindo cerca de 60 do mercado A uniformidade da estrutura molecular resultante da utiliza o de um cristal nico ideal para potenciar o efeito fotovoltaico O rendimento m ximo atingido em laborat rio ronda os 24 o qual em utiliza o pr tica se reduz para cerca de 15 Contudo a produ o de sil cio cristalino dispendioso 14 18 igura monocristalino m Si 19 2 2 2 2 SIL CIO POLICRISTALINO O sil cio policristalino constitu do por um n mero muito elevado de pequenos cristais da espessura de um fio de cabelo humano e disp e de uma quota de mercado de cerca de 30 As descontinuidades da estrutura molecular dificultam o movimento de electr es e encorajam a recombina o com as lacunas o que reduz a pot ncia de sa da Por este motivo os rendimentos em laborat rio e em utiliza o pr tica n o excedem os 18 e 12 respectivamente Em contrapartida o processo de fabrica o mais barato do que o do sil cio mono cristalino 14 Figura 19 Sil cio policristalino p Si 21 43 2 2 2 3 SIL C
27. da melhor forma a aplicabilidade deste mesmo investimento Para isso ser impreter vel ter acesso aos dados de e licidade e de incid ncia solar do local de instala o sendo por isso este o primeiro passo Considerando que a potencialidade do local de instala o satisfaz determinados valores ent o que a segunda an lise deve ser tomada em conta ou seja saber tecnicamente e economicamente se poss vel conectar o sistema h brido directamente rede ou ent o usa lo de forma aut noma ou seja isolado Ap s ter sido decidido este par metro a terceira fase escolher os diversos equipamentos dispon veis no mercado de forma a se encontrar um conjunto de equipamentos que satisfa o o tipo de liga o e ao 92 mesmo tempo que apresentem valores de efici ncia e efic cia capazes de tornar este investimento sustent vel Posto isto de f cil conclus o que existem apenas tr s factores que ir o determinar a rentabilidade da instala o ou seja o local de instala o o tipo de liga o e por fim a escolha dos equipamentos Neste mbito existem m todos que podem ser usados na escolha dos equipamentos Um dos m todos sobredimensionar o banco de baterias encarecendo o custo capital do sistema mas ao mesmo tempo evita o uso de grupo gerador a diesel necess rio no caso de falta de energia 44 Um outro m todo investir na compra de um regulador controlador que ir permitir obter uma maior rentabilidade e me
28. de forma a se adaptar adequadamente ao projecto a que se destina o c lculo Sendo assim no seguimento do m todo geralmente utilizado para o c lculo do Payback de instala es deste tipo considera se que existe uma taxa de 5 que reportada no c lculo do Cashflow e reflecte o custo de manuten o que a instala o ir mensalmente consumir 124 3 3 7 C LCULO DO VAL O Valor Actual L quido VAL tem como objectivo avaliar a viabilidade de um projecto de investimento atrav s do c lculo do valor actual de todos os seus Cashflows Este Valor Actual L quido indica se o valor de hoje de um determinado montante a obter no futuro Como qualquer investimento apenas gera Cashflow no futuro e portanto necess rio actualizar o valor de cada um desses Cashflows e compar los com o valor do investimento No caso do valor do investimento ser inferior ao valor actual dos Cashflows o VAL positivo o que significa que o projecto apresenta uma rentabilidade positiva Para actualizar os Cashflows futuros utilizada uma taxa a que se chama taxa de desconto Esta taxa de desconto n o mais do que uma taxa de juros sem risco s o normalmente utilizadas taxas de juros acrescidas de um pr mio de risco estabelecido para o tipo de projecto em causa Este indicador de rentabilidade do projecto calcula se atrav s da seguinte f rmula VAL Fio 3 24 1 t Em que t a taxa de desconto neste trabalho foi considerado uma taxa
29. em quest o Ap s a sua inser o o valor de pot ncia ser automaticamente analisado verificando se este valor cumpre as exig ncias apresentadas nos pontos 3 3 2 10 e 3 3 2 11 1 3 3 3 3 ALTURA DA INSTALA O m Sabendo que a aplica o inform tica s permite a aplica o de micro turbinas e licas ent o este valor ser automaticamente atribu do pois diversos artigos da especialidade atribu am e relacionam os seguintes valores e Para uma pot ncia de micro turbina e lica at 2 5 kW Altura de instala o Altura da Base de Instala o 3 3 2 7 9 metros e Para uma pot ncia de micro turbina e lica 2 5 kW lt P lt 5 kW Altura de instala o Altura da Base de Instala o 3 3 2 7 12 metros 3 3 3 4 ENERGIA PRODUZIDA kWh ano Este c lculo realizado pela aplica o inform tica considera outros sub c lculos fundamentais para que se possa apresentar um resultado final do valor de Energia Produzida Por m a f rmula geral do c lculo da energia a seguinte VIT 3 0 Ea 8760 Nregulador Ninversor Nreguladinstala o ud Vstart Nregulador Ninversor 0 9 perdas de 5 Nreguladinstala o 0 97 perdas de 3 Valor de velocidade m nimo para qual a componente e lica come a a produzir energia 105 Voss Valor de velocidade m ximo para qual a componente e lica deixa de produzir energia P Pot ncia el ctrica do gerador kW Sendo
30. entre as fontes As vantagens proporcionadas por estas energias renov veis variam de acordo com as condi es e prioridades locais destacando se a minimiza o da amea a das mudan as clim ticas do planeta decorrentes da queima de combust veis f sseis o crescimento econ mico a amplia o do acesso energia e a gera o de empregos No entanto necess rio entender que os sistemas h bridos s o utilizados na sua maioria visando atender um conjunto de unidades consumidoras e devido grande complexidade de arranjos e multiplicidade de op es os sistemas h bridos para gera o de electricidade tornam se complexos e necessitam de optimiza o do uso das energias imagem a seguir Figura 43 ilustra o sistema h brido mais comummente utilizado Figura 43 Instala o H brida numa Habita o Unifamiliar 33 Legenda 1 Micro Turbina F lica 2 Sistema de Pain is Solares 3 Inversor 4 Controlador Regulador 5 Baterias 2 4 2 COMPONENTES DE UM SISTEMA H BRIDO 2 4 2 1 PAINEL FOTOVOLTAICO E MICRO TURBINA E LICA Os sistemas h bridos s o normalmente compostos por equipamentos que utilizam fontes renov veis de energia combinadas e um grupo gerador diesel No caso de estudo em concreto o gerador diesel ser uma op o n o abordada no sistema h brido em estudo 86 e lico fotovoltaico que utiliza o vento o sol como combust vel para gera o de electricidade Estas condi
31. global do sistema e sendo assim as turbinas e licas podem ser classificadas segundo orienta o do seu eixo 2 3 2 1 TURBINAS DE EIXO HORIZONTAL Os rotores de eixo horizontal s o os mais comuns logo parte da experi ncia mundial est voltada para a sua utiliza o j que estes s o movidos por for as aerodin micas denominadas for as de sustenta o lift e for as de arrasto drag Um 69 corpo que obstrui a passagem do vento sofre a ac o de for as que actuam segundo uma direc o perpendicular ao escoamento for as de sustenta o e de for as que actuam segundo a direc o do escoamento for as de arrasto Estes mecanismos giram predominantemente sob o efeito de for as de sustenta o permitem adquirir mais pot ncia do que aqueles que giram sob efeito de for as de arrasto para a mesma velocidade de vento turbinas de eixo horizontal aerogeradores convencionais sao predominantemente movidas por for as de sustenta o e devem possuir mecanismos capazes de permitir que o c rculo formado pelo movimento de rota o das p s esteja sempre numa posi o perpendicular ao vento estes mecanismos podem ser t o simples como um vulgar cata vento Este tipo de turbinas podem ser constitu das por um conjunto de duas ou tr s p s r gidas que podem assumir variadas formas e ser constru das a partir dos mais diversos materiais sendo os mais utilizados os alum nio a fibra de vidro refor ada e a madeira 2
32. h brido de caracter sticas bastante satisfat rias e rent veis n o excluindo o facto de acatarem as caracter sticas dos valores de tens o e frequ ncia exigidas pela rede em que se inserem Devido s caracter sticas do trabalho em quest o a abordagem dos equipamentos e licos foi encaminha para a maior compreens o das micro e licas e m dulos fotovoltaicos que em conjunto constituiem de uma forma gen rica um sistema h brido Os restantes componentes que constituem um sistema h brido podem ser bastante divergentes mediante o tipo de liga o ou at mesmo mediante o tipo de fabricante que o Utilizador opte Por m de forma resumida os restantes equipamentos que constituem um sistema h brido para al m dos actores principais m dulo fotovoltaico e micro turbina e lica s o e Inversor e Regulador e Banco de Baterias e Torre 94 3 APLICA O INFORM TICA 3 1 GENERALIDADES Neste cap tulo ser apresentada a aplica o inform tica todos os seus c lculos e considera es que conduzem ao c lculo da rentabilidade econ mica da implementa o de um sistema h brido O ponto de partida da aplica o inform tica uma base de dados fornecida pelo Instituto Nacional de Meteorologia Este conjunto de dados possibilita o conhecimento de forma fidedigna v rios tipos de par metros necess rios para o desenvolvimento da aplica o inform tica Esta aplica o foi maioritariamente desenvolvida em Excel e a parte d
33. mais recomendado para aplica o em sistemas e licos Para que a liga o rede receptora possa ser realizada de forma directa necess rio garantir que as frequ ncias nominais e da rede sejam iguais e portanto o gerador tem de ser capaz de amortecer as oscila es produzidas e tornar o seu funcionamento est vel Para que isto seja poss vel necess rio um n mero elevado de p los 31 2 3 3 4 3 GERADOR ASS NCRONO Nos geradores do tipo ass ncrono a velocidade de rota o do rotor varia em fun o da velocidade do vento Com isto as m quinas n o trabalham a uma velocidade constante pois a varia o de algumas r p m na velocidade do rotor traduz se numa varia o das 75 centenas de rpm sa da da caixa multiplicadora apesar de se em conta o conceito de aplica es de velocidade em que a frequ ncia das grandezas induzidas n o depende directamente da velocidade de rota o do veio Outra vantagem o facto do gerador ass ncrono ter uma contribui o desprez vel para o aumento da pot ncia de curto circuito da resulta que este gerador n o tem excita o independente esta prov m da rede por isso se ocorrer um curto circuito a m quina fica desligada da rede sem excita o e n o alimenta o curto circuito Ao contr rio dos geradores sincronos nos ass ncronos o factor de pot ncia um par metro construtivo pouco vari vel em fun o do ponto de funcionamento de carga e portanto o elevad
34. no que se refere ao dimensionamento dos sistemas mec nicos de suporte ao sistema fotovoltaico 17 2 2 6 4 EFEITO SOMBREAMENTO O sombreamento nos m dulos fotovoltaicos pode ter consequ ncias nefastas quer na efici ncia quer na seguran a dos pr prios m dulos No caso de sombreamento de um m dulo ou c lula a fonte de corrente extingue se e passa a comportar se como uma resist ncia que atravessada pela corrente produzida pelos outros m dulos ficando sujeito a uma tens o inversa mais ou menos elevada e provocando um aquecimento que eleva a temperatura para valores que em alguns casos destroem o m dulo Nesta situa o os d odos de by pass tomam uma fun o muito importante na medida que realizam o desvio da corrente evitando que estas passem pelo m dulo sombreado em sentido inverso mantendo a fileira em produ o reduzida 17 2 2 7 DIST NCIA ENTRE FILEIRAS Em locais planos tais como coberturas de edif cios os pain is podem ser estabelecidos em fileiras que devem ficar afastadas entre si o suficiente para n o se sombrearem Podemos assim definir partida um factor de utiliza o do espa o dispon vel que vai variar entre zero e um ou entre 0 e 100 Quanto menor for o ngulo de inclina o maior ser a taxa de utiliza o de espa o Para ngulos entre 20 e 50 o factor de utiliza o situa se normalmente entre 35 a 50 calculando se atrav s da seguinte f rmula 17 2 9 Em que b
35. o aumento da sua pot ncia nominal unit ria de real ar que no final da d cada de 1980 a capacidade dos aerogeradores era da ordem dos 300 kW e actualmente j existem modelos de 7 5 MW A tecnologia da energia e lica hoje uma tecnologia madura e amplamente disseminada Consequentemente o aproveitamento da energia apresenta uma escala significativa em termos de gera o efici ncia e competitividade sustent vel ao n vel do sector el ctrico e da ind stria De forma a exemplificar a tend ncia crescente do aumento da pot ncia instalada 68 unit ria a Figura 39 ilustra a rela o entre o di metro t pico do rotor com a pot ncia nominal 28 7 000 kw D ivi to nh esenvolvimento do Tamanho 5 000 kw Di metro do rotor Figura 39 Rela o entre o di metro t pico do rotor e pot ncia nominal da turbina 29 O aumento da pot ncia nominal dos aerogeradores traduzido no melhor aproveitamento das infra estruturas el ctricas e de constru o civil com redu es graduais e significativas de custo kW instalado e consequentemente no custo do kW h gerado Por outro lado a redu o do n mero de rotores de movimento diminui o impacto visual provocado pelo n mero excessivo de rotores 28 2 3 3 COMPONENTES DE UM SISTEMA E LICO A turbina a componente de um sistema e lico respons vel por captar a energia cin tica do vento A conFigura o da turbina influenciar directamente o desempenho
36. o de dados das seguintes zonas e Zona Norte Bragan a Porto Vila Nova de Gaia Vila Real Castelo Branco Guarda e Coimbra e Zona Sul Beja Faro Lisboa Portalegre e Santar m Com isto zonas como Viana do Castelo Sagres Leiria e Vila Real de Santo Ant nio n o ser o poss veis de monitorizar devido impossibilidade de obten o de dados Os diferentes dados meteorol gicos disponibilizados foram sujeitos a uma filtragem e encontram se ocultos pois n o necess rio estarem vis veis para o Utilizador por m caso este queira sempre poss vel realizar a actualiza o dos mesmos acedendo base de dados apresentada no Anexo Denote se que os valores obtidos correspondem a valores m dios anuais para uma simplifica o de tratamento de dados que por isso estar o afectados de um erro que se cr admiss vel A Tabela 7 apresentada de seguida pode ser consultada pelo Utilizador na folha Excel Base de Dados 97 Tabela 7 Base de Dados PORTO 4 Jos4aw 160 140 38 4654 5 1357 GAIA 0836 160 145 50 2680 5 130 MLAREAL 4 90 134 18 1239201 52 130 CASTELO BRANCO 729 120 157 43 665 126 40 Jomew 240 107 46 524 128 compra 4 08274 so 152 14 2593 52 1196 Bess 07524 100 162 42 9659 1302 Fero 584 75 172 37 928 6 190 ussos 0908 195 162 46 2759 5 129 PORTALE
37. obrigat rio do tipo bonificado 102 Tabela 10 Sistema Ligado Rede LOCAL DE INSTALA O PORTO LATITUDE 41 INSOLH h 2465 4 TMED 14 RADIA O SOLAR INCIDENTE W m 1367 ALTITUDE 16 ALTURA DA BASE DA INSTALA O 30 TIPO DE TERRENO ENVOLVENTE CENTRO DA CIDADE VENTO REF m s 3 9 POTENCIA CONTRATADA 13 8 TIPO DE LIGA O LIGADO REDE REGIME REMUNERAT RIO BONIFICADO Esta situa o verifica se a condi o legalmente imposta est a ser cumprida pois reportando o DL 363 2007 Artigo 9 1b Regime bonificado para unidades de microprodu o com potencia de liga o at 3 68 KW que utilizem as fontes de energia previstas no DL 363 2007 n 5 do artigo 11 aplic vel nas seguintes condi es DL 363 2007 Artigo 11 5f Combina o das fontes de energia previstas nas al neas anteriores na mesma unidade 3 3 2 11 2 NO CASO DE ISOLADO No caso de o Utilizador pretender usar esta aplica o inform tica para a aplica o de um sistema h brido isolado ent o para que seja poss vel realizar os c lculos necess rios priorit rio que se calcule as necessidades energ ticas da instala o para o seu correcto funcionamento Como tal necess rio que o Utilizador preencha a seguinte Tabela 11 103 Tabela 11 Necessidades de Pot ncia EQUIPAMENTOS L MPADAS 5 70 8750 TVS 4 3 1500 18
38. propriedades de auto excita o o que permitem 74 obter uma opera o com elevado factor de pot ncia e elevada efici ncia Por m a sua utiliza o n o a mais indicada porque os materiais usados para fabricar os manes permanentes s o bastantes dispendiosos Al m disso a utiliza o deste tipo de m quinas requer o uso de conversores electr nicos de pot ncia com o objectivo de ajustar a tens o e a frequ ncia da produ o para a tens o e a frequ ncia de transmiss o e portanto perturba es na rede como injec o de harm nicos s o um outro argumento contra a sua utiliza o Uma outra desvantagem que os materiais magn ticos s o sens veis temperatura e portanto durante a ocorr ncia de um defeito o man pode perder as suas qualidades magn ticas Portanto a temperatura do rotor das m quinas de manes permanentes dever ser controlada recorrendo a um sistema de arrefecimento No entanto este tipo de sistema tem a vantagem de poder produzir energia el ctrica a qualquer velocidade o que neste tipo de m quinas poder assumir um papel relevante na aplica o em sistemas de aproveitamento e lico Basicamente a constitui o de um gerador s ncrono de manes permanentes envolve um estator bobinado e um rotor que constitu do por um sistema de p los de manes permanentes que podem ser p los cil ndricos ou salientes Estes ltimos s o os mais comuns em m quinas de baixa velocidade e poder ser o
39. radia es solares Corrente A 7 0 6 5 6 0 5 5 5 0 4 5 40 3 5 3 0 2 5 1000W m 2 0 N 1 5 800W m 1 0 NA 0 5 1 0 eH 400W m 00 14 28 42 56 70 8 4 9 8 11 2 12 6 14 0 15 4 16 8 18 2 19 6 21 0 200W m Tens o Figura 23 Curva caracter stica I U de um M dulo Fotovoltaico 17 Conhecer as curvas de pot ncia tamb m importante para o melhor aproveitamento poss vel dos sistemas fotovoltaicos pois o sistema produtor fotovoltaico deve trabalhar sempre no ponto ptimo de m xima pot ncia MPP Maximum Power Point para cada valor da radia o solar obtendo se a melhor efici ncia poss vel do sistema 46 Corrente M xima Pot ncia 3 0 Tensao Corrente Corrente de curto circuito Icc Ump Imp D 25 Tens o Circuito aberto Tens o Uca Figura 24 Curva caracter stica de pot ncia de um M dulo Fotovoltaico 17 Pot ncia 110 0 100 0 90 0 80 0 70 0 60 0 50 0 40 0 1000W m 30 0 800W m 20 0 600W m 10 0 00 4 400W m 0 0 14 28 42 56 70 84 98 11 2 12 6 140 154 16 8 18 2 19 6 21 0 200W m Figura 25 Curvas caracter sticas de pot ncia em fun o da radia o 17 O efeito da temperatura nos m dulos fotovoltaicos tamb m se faz sentir negativamente no que respeita sua efici ncia pois nos m dulos de sil cio mono e policristalinos embora n o sejam t
40. torre de 18 m de altura e sustentada por um tubo met lico que possibilitava o movimento de rota o de modo a acompanhar o vento dominante Apesar das dimens es consider veis a baixa velocidade de rota o limitava a pot ncia nominal a 12 kW Um outro passo no desenvolvimento de geradores e licos de grande dimens o para a produ o de energia el ctrica foi dado na R ssia em 1931 com a liga o rede el ctrica do gerador Balaclava de 100 kW Mais tarde no decurso da 2 Guerra Mundial surgiram novos modelos de aerogeradores Em 1941 entrou em funcionamento o Smith Putnam com um rotor de duas p s e 53 m de di metro e 16 t de peso equipado com gerador s ncrono de corrente alternada de 1250 kW de pot ncia directamente ligada rede local em Grandpa s knob EUA Na Europa a Dinamarca destacou se com um crescimento significativo do aproveitamento de energia e lica fruto dos avan os tecnol gicos conduzidos pelos cientistas Dinamarqueses pioneiros no desenvolvimento de pequenos aerogeradores que rondavam uma pot ncia de 45 kW Com base no sucesso destes pequenos aerogeradores Johannes Jull projectou um aerogerador de 200 kW com um rotor de eixo horizontal constitu do por tr s p s de 24 m de di metro que foi instalado na ilha de Gedser Este aerogerador constitui um marco 67 muito importante na evolu o das gera es seguintes Todavia a tecnologia moderna das turbinas de grandes dimens es surgiu na Alemanha na d cada de
41. usados ou n mero de p s e obviamente variam mediante a pot ncia que pretendida Sendo assim apresenta se de seguida a composi o gen rica de uma micro turbina 81 Figura 42 Esquema representativo de uma Micro Turbina e lica 33 Legenda 1 P s 2 Cone Frontal 3 Rolamento de encaixe 4 Cubo 5 Gerador 6 An is de Contacto 7 Nancele 8 Tubo da Cauda 9 Cauda Um elemento tamb m de grande relev ncia a torre de suporte que permite a fixa o da turbina Por m este elemento pode ser de diferente estrutura e tamanho dependendo do local de implementa o e o fim para que se destina a turbina De uma forma resumida as torres podem ser aplicadas na forma de mastros usando para isso cabos com tensores de forma a segurarem com maior seguran a a turbina ou ent o podem ser aplicadas torres tubulares c nicas ideais para aplica es sobre habita es s quais apresentam um menor impacto visual e ao mesmo tempo apresentam uma maior resist ncia de fixa o Por m estas ltimas apresentam um maior custo e na hora de se realizar uma manuten o apresentam sempre maiores dificuldades de interven o Tamb m importante referir que a instala o destas turbinas e licas no cimo das habita es um desafio bastante consider vel para toda a estrutura do edif cio pois estes equipamentos ir o vibrar e transmitir essa mesma vibra o para toda a estrutura durante o seu funcionament
42. 000 FOG O 1 1 2500 2500 MICROONDAS 05 900 450 EXAUSTOR 1 1 1000 1000 CILINDRO 1 3000 3000 AQUE EDOR 0 1500 0 M QUINA DE LAVAR ROUPA 1 2 1000 2000 M QUINA DE LAVAR LOU A 1 1 1000 1000 FRIGORIFICO 1 24 800 19200 TOTAIS 1 5590 02 Denote se que quanto mais realista for o preenchimento da Tabela 11 mais realistas ser o os resultados finais 3 3 3 SISTEMA HIBRIDO LIGADO REDE Esta folha cont m separadamente a descri o dos equipamentos e licos e fotovoltaicos para o caso de o tipo de liga o seja ligado rede 3 3 2 11 Tabela 12 Sistema Ligado Rede Equipamento E lico MODELO Antaris 3 5 POT NCIA kW 5 ALTURA DA INSTALA O m 3 18 VMED VENTO REF m s TIPO DE TERRENO ENVOLVENTE RUGOSIDADE DO TERRENO 0 00025 ENERGIA PRODUZIDA kWh Ano 739 14 3 3 3 1 MODELO EOLICO Este input inteiramente descrito pelo Utilizador em que ter a liberdade total de inserir o modelo e lico que entender usar na sua instala o Neste ponto h que ter em aten o o modelo seleccionado pois poder ter de ser alterado caso n o cumpra as condi es legais obrigat rias descritas nos pontos 3 3 2 10 e 3 3 2 11 1 104 3 3 3 2 POT NCIA DO MODELO E LICO Este input vem na sequ ncia do ponto anterior 3 3 3 1 em que o Utilizador ter de inserir o valor de pot ncia kW do gerador e lico Este valor vem sempre mencionado na Tabela de caracter sticas do equipamento
43. 03 a 2050 18 Tabela 1 Densidade de Popula o e Taxas demogr ficas compreendidas entre o ano 2000 e 2050 18 Popula o Taxa de Esperan a de Popula o com mais de 60 milh es fertilidade vida anos 2000 2050 2000 2050 2000 2050 Canad Estados Unidos Reino Unido Fran a Alemanha It lia Jap o China ndia M xico 21 Tabela 2 Procura de Recursos da China e ndia 18 A O COBRE ALUM NIO ZINCO ENERGIA Numa an lise muito sucinta das Tabelas 1 e 2 facilmente se averigua que para pa ses como a China e a India conseguirem manter o seu ritmo de crescimento populacional e econ mico necessitar o de energia a todo custo e por isso sensibilizar os respons veis m ximos destes pa ses algo fulcral para a sobreviv ncia do Planeta 1 3 PANORAMA NACIONAL A pol tica em Portugal na vertente do recurso a energias verdes assumiu um papel bastante surpreendente apresentando metas muito ambiciosas e que est o a ser cumpridas e at mesmo ultrapassadas pois vejamos a situa o passada e a futura e Portugal importa 85 da sua energia prim ria Portugal t m uma grande depend ncia de petr leo exist ncia de muitas centrais t rmicas Uso crescente de g s natural Aus ncia de nuclear em Portugal Procura crescente de electricidade MIBEL Portugal um pa s perif rico comparativ
44. 221 0 000000000000 49 xiii Figura 29 Associa o em serie de m dulo FV 17 rsrs 50 Figura 30 Associa o em paralelo de m dulos FV 17 50 Figura 31 Esquema de instala o e separa o de fileiras 54 Figura 32 An lise de dist ncia entre fileiras 17 54 Figura 33 Componentes de um sistema fotovoltaico aut nomo e de um ligado rede dees 55 Figura 34 Atlas Europeu do Vento 26 60 Figura 35 Densidade espectral de energia 27 61 Figura 36 Turbul ncia do vento 27 64 Figura 37 Coloca o das turbinas num parque e lico 27 65 Figura 38 Anem metro de Direc o esquerda Anem metro de Copos centro e Anem metro S nico direita e 66 Figura 39 Rela o entre o di metro t pico do rotor e pot ncia nominal da turbina 29 69 Figura 40 Aerogeradores de eixo vertical 80 00222 71 Figura 41 Esquema de uma turbina e lica 7 aaa 72 Figura 42 Esquema representativo de uma Micro Turbina e lica 33 82 Figura 43 Instala o H brida numa Habita o Unifamiliar 33 86 Figura 44 Esquema de fun es do Controlador Regulador 42 91 Figura 45 Fluxograma da Aplica o Inform tica
45. 3 2 3 INSOLH Horas Automaticamente o programa ir recorrer base de dados e mediante o local de instala o o valor m dio anual de insola o ir ser apresentado 3 3 2 4 TMED C Automaticamente o programa ir recorrer base de dados e mediante o local de instala o o valor m dio anual de temperatura anual m dia ir ser apresentado 100 3 3 2 5 RADIA O SOLAR INCIDENTE W m Automaticamente o programa ir recorrer base de dados e mediante o local de instala o o valor de radia o ir ser apresentado 3 3 2 6 ALTITUDE DE REFER NCIA m Automaticamente o programa ir recorrer base de dados e mediante o local de instala o o valor de altura do anem metro ir ser apresentado 3 3 2 7 ALTURA DA BASE DA INSTALA O m Neste ponto o Utilizador ter de indicar qual a altura da base da instala o pois caso seja zero 0 a base de instala o considera que a instala o ficar situada no solo caso seja aplicado na cobertura de um edif cio ent o este valor ter de ser igual altura do edif cio correspondente 3 3 2 8 TIPO DE TERRENO ENVOLVENTE Neste ponto o Utilizador ter de seleccionar mediante as op es dispon veis o tipo de terreno envolvente Este valor seleccion vel foi calculado mediante os valores apresentados na Tabela 9 Tabela 9 Rugosidade do Terreno 27 Lama Gelo 0 00001 Mar Calmo 0 0002 0 0003 0 00025 Areia 0 001 0 0006 Neve 0 006
46. 6 TEMPERATURA T K Este valor automaticamente calculado e preenchido pois apenas uma convers o do valor anteriormente calculado 3 3 3 11 5 TMED K 3 3 3 11 7 POT NCIAL T RMICO V7 Este valor automaticamente calculado e preenchido e em tudo semelhante ao c lculo efectuado no ponto 3 3 3 11 3 a nica diferen a que este agora utilizar o valor de T previamente calculado no ponto 3 3 3 11 6 113 3 3 3 11 8 FACTOR DE IDEALIDADE m O factor de idealidade do d odo m um par metro de ajuste que relaciona a curva da Corrente e a curva da Tens o V Este valor calculado pela aplica o inform tica e baseia se na seguinte f rmula 24 3 12 I max Ve n 1 Em que TENS O MAXIMA 3 3 3 6 TENS O EM CIRCUITO ABERTO 3 3 3 7 V POT NCIAL T RMICO DE REFER NCIA 3 3 3 11 3 CORRENTE MPP 3 3 3 5 A CORRENTE DE CURTO CIRCUITO 3 3 3 8 3 3 3 11 9 CORRENTE DE SATURACAO DE REFERENCIA A O valor de corrente de satura o ou tamb m denominado como valor da corrente inversa m xima de satura o do d odo calculado automaticamente pela aplica o inform tica e baseia se na seguinte f rmula B 3 13 Em que TENS O EM CIRCUITO ABERTO 3 3 3 7 VE POT NCIAL T RMICO DE REFER NCIA 3 3 3 11 3 Iz A CORRENTE DE
47. 66 43 INVERSOR SOLAR Sunny Boy 3680 2 295 00 2 295 00 BANCO DE BATERIAS Tudor GALIS 4 879 55 4 879 55 CONTADOR 795 00 795 00 INSTALA O CABOS QUADRO PROTEC ES Diversos 240 27 240 27 TORRE Diversos 1 850 43 1 850 43 SISTEMA 0 00 250 00 250 00 Este um dos pontos fulcrais mas outros mais ser o necess rios proceder para se realizar um c lculo de viabilidade econ mica e portanto apresenta se a seguir a lista com esses elementos e Tipo de liga o e Pot ncia contratada e Ano de aprovisionamento de instala o e Tarifa de venda rede e Pot ncia produzida kWh e Pot ncia de remunera o mensal MW 3 3 5 1 CUSTO DO SISTEMA HIBRIDO LIGADO REDE A Tabela que se segue re ne todas as informa es necess rias e essenciais para c lculo deste custo sendo mais uma vez o tipo de liga o um factor fundamental para distinguir logo no imediato o racioc nio realizado pela aplica o inform tica 121 Tabela 19 Calculo Remunerat rio Ligado Rede 21 936 14 Antaris 3 5 23411 9 11 090 21 Sanyo HIP 210 NKHE1 3073 7 1 456 03 O tipo de liga o ir influenciar directamente o valor da tarifa de venda rede praticada assim como o valor de pot ncia de remunera o 3 3 5 1 1 TARIFA DE VENDA DE UM SISTEMA HIBRIDO LIGADO REDE No caso do sistema h brido ligado rede reporta nos directame
48. 8 2 3 2 2 TURBINAS DE EIXO VERTICAL As turbinas de eixo vertical t m a vantagem de n o precisarem de mecanismos de acompanhamento para as varia es da direc o do vento desta forma s o reduzidos os esfor os provocados pelas for as de Coriolis e atenuada a complexidade do projecto Os rotores de eixo vertical tamb m podem ser movidos por for as de sustenta o lift e por for as de arrasto drag Os principais tipos de rotores de eixo vertical s o Darrieus Savonius e turbinas com torre de v rtices ilustrados na Figura 40 28 Savonius rotor Darrieus rotor H rotor 70 Figura 40 Aerogeradores de eixo vertical 30 Contudo o desenvolvimento tecnol gico das grandes turbinas e licas convergiu para uma certa uniformiza o da oferta comercial que na sua grande maioria apresenta turbinas de eixo horizontal com rotores de tr s p s colocados a montante da torre Verifica se que as op es tecnol gicas adoptadas pelos diversos fabricantes s o muito divergentes Para al m dos materiais utilizados no fabrico das p s e das torres s o atendidos os seguintes aspectos e Sistema de controlo de pot ncia mec nica nomeadamente a regula o do ngulo de passo e a entrada em perda aerodin mica e Exist ncia ou nao de caixa de velocidades e Sistema de convers o de energia mec nica em energia el ctrica Relativamente ao sistema de convers o de energia mec nica em energia el ctrica as op es adopt
49. CURTO CIRCUITO 3 3 3 8 m FACTOR DE IDEALIDADE 3 3 3 11 8 3 3 3 11 10 FACTOR DE IDEALIDADE EQUIVALENTE Este valor calculado automaticamente pela aplica o inform tica e relaciona as condi es reais do equipamento fotovoltaico que foi previamente seleccionado aplica o realiza o seguinte c lculo 114 8 14 Em que FACTOR DE IDEALIDADE 3 3 3 11 8 Nsm NUMERO DE CELULAS EM SERIE 3 3 3 10 3 3 3 11 11 CORRENTE MAXIMA DO MODULO Imax A Este valor calculado automaticamente pela aplica o inform tica e reflecte valor real de produzido pelo m dulo Este c lculo baseia se na seguinte f rmula G Imax 1 3 15 Em que W m RADIA O SOLAR INCIDENTE 3 3 2 5 W m RADIA O SOLAR INCIDENTE DE REFER NCIA 3 3 3 11 2 Ear A CORRENTE MPP 3 3 3 5 3 3 3 11 12 TENS O MAXIMA DO M DULO V Este valor calculado automaticamente pela aplica o inform tica e reflecte o valor real de Ving produzido pelo m dulo Este c lculo baseia se na seguinte f rmula Sar 1505 Vmax mVrln 3 16 Ela T VT r 3 Wr Em que m FACTOR DE IDEALIDADE 3 3 3 11 8 Vr POT NCIAL T RMICO 3 3 3 11 7 G W m RADIA O SOLAR INCIDENTE 3 3 2 5 GR W m RADIA O SOLAR INCIDENTE DE REFERENCIA 3 3 3 11 2 115 CORRENTE DE CURTO CIRCUITO 3 3 3 8 A CORRENTE MPP
50. Contudo quando na presen a de uma sistema fotovoltaico com v rios m dulos ligados em s rie o valor da tens o MPP poder variar entre valores mais amplos sob influencia das varia es de radia o em cada m dulo 2 2 6 2 EFEITO TEMPERATURA A varia o de temperatura prejudica principalmente a tens o do m dulo verificando se apenas um ligeiro aumento da corrente com o aumento de temperatura mas por sua vez um incremento na temperatura implica uma diminui o de tens o Com isto um cuidado particular deve ser tomado quando se realiza o dimensionamento do sistema pois num sistema com m dulos ligados em serie e perante baixas temperaturas o aumento de tens o num m dulo poder ultrapassar a tens o m xima permitida pelos dispositivos a jusante No Ver o devido ao aumento de temperatura pode se verificar uma diminui o de pot ncia produzida e para que se evite este facto ser necess rio aplicar m dulos capazes de dissipar o excesso de calor para o exterior 16 2 2 6 3 EFEITO DO VENTO Os m dulos da parte inferior do painel apresentam uma temperatura mais alta que os m dulos na zona superior Tal efeito nos m dulos superiores deve se coloca o mais alta e aos efeitos do vento que arrefecem mais facilmente aqueles m dulos Por m o vento para al m de arrefecer os m dulos tamb m exerce uma press o din mica sobre os 52 mesmos e esta press o n o pode ser desprezada carecendo de cuidada an lise
51. Dista e a a a o A 32 GENERALIDADES peer Sa a aes 32 2 2 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 32 2991 RECURSO SOLAR ano a 32 2 2 2 T CNOLOGIA FOTOVOLTAICA 55 a 40 223 CURVAS CARACTERI TICA S 44 994 ENCADEAMENTO DAS CELULAS as Sa RS 48 2 2 5 ENCAPSULAMENTO qua a wt 51 2 2 7 DIST NCIA ENTRE FILEIRAS 53 2 2 8 COMPONENTES DE UM SISTEMA FOTOVOLTAICO 55 0285 SISTEMAS P LICOS 59 xi RECURSO POLICO denenean aa df a a da a al na da at 59 B LICA o douro cts ais O 67 2 3 3 COMPONENTES DE UM SISTEMA E LICO sss 69 2 3 4 DAS MINI TURBINAS 1 79 2 3 5 COMPONENTES DE UM SISTEMA MINI EOLICO 80 2 4 SISTEMAS H BRIDOS 85 2 41 NECESSIDADE OPORTUNIDADE 85 2 42 COMPONENTES DE UM SISTEMA H BRIDO nsss 86 2 5 RESUMO DO CAPITULO Sat enn ee UR RR p 93 3 APLICA O INFORM TICA 95 Bolt GENERALIDADES EA N 95 3 2 DESCRI O SUM RIA DA APLICA O 95 3 3 DESCRI O PERMENORIZADA DOS BLOCOS DO PROGRAMA 97 Bda BASEDE DADOS cent 97 3 3 2 INTERFACE UTILIZADOR usa A 99 3 3 3
52. GRE 9 lJorzw 117 151 39 25875 1357 SANTAREM 9 08424 60 159 18 52 8 128 Os pressupostos da Tabela 7 s o os seguintes Nome Local mais pr ximo do local da instala o Latitude Valor da latitude da esta o meteorol gica Longitude Valor da longitude da esta o meteorol gica Altitude m Altura do anem metro da esta o meteorol gica que monitoriza os valores de velocidade do vento MED Temperatura m dia anual medida na estaca meteorol gica V MED m s Valor m dio anual da velocidade do vento registado pelo anem metro da estaca meteorol gica Este valor encontrava se em Km h pelo que foi necess ria a sua convers o para m s INSOLH H Valor m dio anual da Insola o tempo de sol descoberto em horas registado na esta o meteorol gica do local INSOLP Valor m dio anual de Insola o cuja percentagem o quociente da insola o observada pela insola o m xima poss vel no m s ou no ano dada por t buas astron micas 98 IRRADIANCIA M DIA wh wp Valor m dio anual do n vel de irradi ncia m dia no local da esta o 3 3 2 INTERFACE UTILIZADOR A interface com o Utilizador o local chave onde o Utilizador inserir todos os dados gerais da instala o necess rios para que o programa recorra base de dados e adquira os dados do local de instala o O programa inicia se com a seguinte apresenta o Este software permi
53. IO AMORFO Quanto ao sil cio amorfo n o tem estrutura cristalina apresentando defeitos estruturais que no princ pio impediriam a sua utiliza o em c lulas fotovoltaicas uma vez que aqueles defeitos potenciavam a recombina o dos pares electr o lacuna No entanto se ao sil cio amorfo for adicionado uma pequena quantidade de hidrog nio por um processo chamado hidrogeniza o os tomos de hidrog nio combinam se quimicamente de forma a minimizar os efeitos negativos dos defeitos estruturais O sil cio amorfo absorve a radia o solar de uma maneira muito mais eficiente do Figura 20 Sil cio amorfo que o sil cio cristalino pelo que poss vel depositar uma fina 51 19 pel cula de sil cio amorfo sobre um substrato metal vidro pl stico Este processo de fabrico ainda mais barato do que o do sil cio policristalino Os equipamentos solares dom sticos calculadoras rel gios s o habitualmente feitos com c lulas de sil cio amorfo representando cerca de 4 do mercado Em laborat rio poss vel obter rendimentos da ordem de 13 mas as propriedades conversoras do material deterioram se em utiliza o pr tica pelo que os rendimentos descem para cerca de 6 14 2 2 3 CURVAS CARACTERISTICAS Apresenta se de seguida a curva caracter stica gen rica de uma c lula fotovoltaica e o modelo equivalente da c lula fotovoltaica ao qual se pode observar o comportamento da tens o e corrente durante o seu fu
54. NTE DE CURTO CIRCUITO Icc ref A AREA DO PAINEL m Sanyo HIP 210 1 1 00 210 00 41 30 5 09 50 00 50 90 5 57 0 87 N C LULAS EM S RIE Nsm NERGIA PRODUZIDA Ea Kwh Ano NERGIA PRODUZIDA ESTIMADA Eaest Kwh Ano 2828 40 ERRO ESTIMADO 36 00 3073 74 7 98 Contudo o equipamento seleccionado poder ter de ser alterado caso n o cumpra as condi es legais obrigat rias descritas nos pontos 3 3 2 10 e 3 3 2 11 1 3 3 3 2 NUMERO DE M DULOS APLICADOS Neste ponto o Utilizador decidir quantos m dulos estar o aplicados em paralelo 109 3 3 3 3 POT NCIA DO MODELO FOTOVOLTAICO W Este input vem na sequ ncia do ponto 3 3 3 1 em que o Utilizador ter de inserir valor de pot ncia W do m dulo fotovoltaico Este valor vem sempre mencionado na Tabela de caracter sticas do equipamento em quest o Este valor ap s sua inser o ser testado e verificado na medida de se verificar se este valor cumpre as exig ncias apresentadas nos pontos 3 3 2 10 e 3 3 2 11 1 3 3 3 4 TENS O MPP V Neste ponto o Utilizador ter de ser capaz de inserir o valor de tens o de funcionamento do m dulo fotovoltaico pr seleccionado considerando os valores apresentados na Tabela de caracter sticas disponibilizado pelo fabricante 3 3 3 5 CORRENTE MPP La A Neste ponto o Utilizador ter de ser capaz de inserir o valor de corrente m xima de funcionamento d
55. REVIATURAS MIBEL Mercado Ib rico de Electricidade EU Uni o Europeia USD United States Dollar INEGI Instituto de Engenharia Mec nica e Gest o Industrial AT Alta Tens o SEI Sistema El ctrico Independente SEP Sistema El ctrico de Servi o Publico DL Decreto Lei SRM Sistema de Registo de Microprodu o IVA Imposto sobre o Valor Acrescentado ou Agregado BT Baixa Tens o AM Massa de AR MPP Maximum Power Point CTS Condi es de Teste Standard EVA Etilen Vinil Acetato AC Corrente Alternada DC Corrente Continua FV Fotovoltaico a I amp D Investiga o e Desenvolvimento r p m Rota es por minuto PME Pequenas e M dias Empresas CGAR Crescimento da Popula o Mundial NDICE RESUMO Dea pp ABSTRACT ACRE I vii ABREVIATURAS oa ai aa a ix is ENTER OD UG AQ a a a 17 1 1 RECURSO asas a oath ass late aa 17 1 2 PANORAMA MUNDIAL np 18 1 3 PANORAMA NACIONAL a a an 22 1 4 ENQUADRAMENTO aaa a BE 26 1 5 REGULAMENTA O DA MICROPRODUGCAO seisen 27 1 5 1 JMICROPRODOTOR sussa 28 REGIMES REMUNERATORIOS Li cee 29 RESUMO CAPITULO io aa 30 2 TESTADO DART
56. SISTEMA HIBRIDO LIGADO REDE meme 104 534 SISTEMA HIBRIDO ISOLADO us 118 3 3 5 CUSTOS DO SISTEMA HIBRIDO us eee hoe oe 120 3 3 6 C LCULO DO PAV NCR ye ss ect nat 124 CALCULO DOM Rad 125 34 gt RESUMO CAPITULO sh eau A Rd ae 125 CONCLUSA 126 DESENVOLVIMENTOS FUTUROS usasse ES asas 129 12121 158 DTN Wc lie nent corda nnn este 130 xii NDICE FIGURAS Figura 1 Crescimento da Popula o e Economia Mundial 1 18 Figura 2 Procura Mundial de Energia Prim ria 19 Figura Evolu o das reservas mundiais de g s e petr leo 1 19 Figura 4 Consumos energ ticos de Carv o Petr leo G s Natural e Energia Nuclear 1 GH O fey 20 Figura 5 Popula o por Continente entre 2003 2050 18 21 Figura 6 Consumo de Energia Prim ria em Portugal no ano de 2003 1 23 Figura 7 Consumo de Energia Prim ria em Portugal 2003 1 24 Figura 8 Espectro da Radia o Solar Terra 17 disease 33 Figura 9 Radia o solar com os efeitos da atmosfera e seus agentes 17 33 Figura 10 Radia o directa e difusa dent nc 34 Figura 11 ngulo Azim
57. STEMA HIBRIDO ISOLADO Nesta parte da aplica o inform tica todos os c lculos s o realizados da mesma forma que os do equipamento e lico do sistema ligado rede n o sendo por isso necess rio repetir todos os passos e sub c lculos inerentes a este dimensionamento A nica diferen a comparativamente ao sistema ligado rede que primeiramente n o temos limites legislativos no que respeita ao valor de pot ncia admiss vel para este equipamento e como segunda diferen a o valor de partida para o dimensionamento deste equipamento o valor de necessidade de pot ncia em que o conjunto com a pot ncia de dimensionamento do equipamento fotovoltaico ter de satisfazer no m nimo esse mesmo valor Assim desenvolveu se para a aplica o inform tica um valor de amostragem como se pode observar na Tabela 16 que permite ao Utilizador visualizar permanentemente o valor de taxa de ocupa o de tecnologia utilizada dispon vel afim de auxiliar o Utilizador a inserir 119 equipamentos de maior ou menor potencia e assim satisfazer o valor de necessidade energ tica que a sua instala o necessita Tabela 16 Sistema Isolado Equipamento E lico MODELO DonQi 1750 POT NCIA KW 175 ALTURA DA INSTALA O m 18 VMED VENTO REF m s 2 86 TIPO DE TERRENO ENVOLVENTE Mar Calmo RUGOSIDADE DO TERRENO 0 00025 ENERGIA PRODUZIDA Kwh Ano 3 3 4 2 EQUIPAMENTO FOTOVOLTAICO DO SISTEMA HIBRIDO ISOLADO No segui
58. W m ao qual pode ser alterado pelo Utilizador caso assim o entenda 3 3 3 11 3 TEMPERATURA DE REFER NCIA Este valor est atribu do por defeito 25 qual pode ser alterado pelo Utilizador caso assim o entenda ou caso a Tabela de caracter sticas do m dulo utilizado assim o indique Este valor de temperatura o valor de temperatura normal de funcionamento da c lula 3 3 3 11 2 TEMPERATURA DE REFER NCIA T Este valor automaticamente apresentado pela aplica o inform tica e baseia se na convers o de graus Celsius C em graus Kelvin K Este valor depende automaticamente do valor de temperatura de refer ncia C 3 3 3 11 3 pois vejamos 0 T 273 16 Ent o 25 T 298 16 112 3 3 3 11 3 POT NCIAL T RMICO DE REFER NCIA V7 V Este valor automaticamente calculado pela aplica o inform tica e depende directamente do valor de temperatura de refer ncia T K pois VE lt 3 11 Em que 1 38 10723 Constante de Boltzman T 0 C 298 16 K 4 1 6 10 19 C Carga do Electr o 25 7 3 3 3 11 4 SILICIO amp Este valor automaticamente apresentado preenchido pela aplica o inform tica e 1 12 eV 3 3 3 11 5 TMED Este valor automaticamente apresentado e preenchido com valor igual ao ponto 3 3 2 4 3 3 3 11
59. a o de C lula Modulo Painel 19 Com isto analisam se de seguida as possibilidades de interliga o das c lulas fotovoltaicas A liga o em s rie normalmente efectuada at ser obtido o n vel de tens o desejada Conforme se v o ligando as c lulas em s rie a tens o aumenta permanecendo a corrente inalterada 49 V2 diodo de desvio A Figura 29 Associa o em serie de m dulo FV 17 Como se pode observar U U 0 1 I ee Ix 2 6 Deve se ter em aten o que n o se deve ultrapassar a tens o m xima de associa o que normalmente indicada pelo fabricante Os d odos de desvio by pass s o colocados para prever eventuais avarias nos m dulos evitando que os sistemas bloqueiem Nos m dulos de maior pot ncia estabelecida a liga o em paralelo entre duas ou mais fileiras de c lulas E poss vel verificar que com o estabelecimento de liga o em paralelo de c lulas a tens o mant m se mas a corrente aumenta Figura 30 Associa o em paralelo de m dulos FV 17 Nesta situa o obt m se 50 Urs U 0 5 0 1 1 1 isa Iy nxI caso de associa o mista obt m se as caracter sticas das associa es em serie em paralelo ou seja maiores valores de tensao e de corrente U U 0 0 k L L L Iy nxI 2 8 2 2 5 ENCAPSULAMENTO O encapsulamento das c lulas tem como fun
60. a de 33 a 36 c lulas ligadas em s rie porque comum haver necessidade de carregar uma bateria de 12 V Por sua vez os m dulos podem tamb m ser associados em s rie e paralelo para obter mais pot ncia formando pain is Com isto as c lulas cristalinas s o encadeadas durante a produ o dos m dulos fotovoltaicos Os contactos frontais de cada c lula representando o 48 p lo negativo desta ser o soldados aos contactos posteriores da c lula seguinte representando o p lo positivo Nas extremidades do m dulo os contactos de inicio e de fim da fileira ser o utilizados para conduzir a energia produzida para o exterior No caso das c lulas de pel cula fina o encadeamento efectua se durante o fabrico Quanto jun o de m dulos do mesmo tipo em s rie em paralelo ou encadeamento misto obt m se diferentes valores de tens o e corrente permitindo agilizar o processo de controlo e de utiliza o de energia produzida pelo painel 14 vl TA aoe ses nme naco naaa 0000 88840 0000 suaa vuda vado 2000 saco pung nado naaa 800 9009 0000 aug amao Baan Gage sago 0000 puao vuda vuda vaot oada amo nado AHH mug eae erage 8050 0006 00090 BONS 70008 Figura 28 Represent
61. a em que crit rios como o peso robustez e resist ncia fadiga s o factores determinantes A escolha recai principalmente sobre os materiais de compostos sint ticos nomeadamente pl sticos refor ados com fibra de vidro por serem relativamente baratos e facilmente mold veis 28 2 3 3 4 GERADOR O gerador o equipamento respons vel pela transforma o da energia mec nica em energia el ctrica e encontram se dispon veis no mercado diversos modelos de diferentes fabricantes para as mais variadas gamas de pot ncia e aplica es Contudo para a integra o destes equipamentos em sistemas de convers o de energia e lica t m de ser criteriosamente escolhidos pois associados a esta escolha est o patentes caracter sticas bastantes distintas tais como a varia o da velocidade do vento e as varia es do bin rio 73 de entrada uma vez que as varia es da velocidade do vento conduzem varia es de pot ncia transmitidas ao eixo de rota o e obviamente o valor de frequ ncia e da tens o Posto isto apresenta se de seguida os dois tipos b sicos de geradores el ctricos ou seja s ncronos largamente utilizados como gerador e como motor onde se requer velocidade constante e os ass ncronos que s o os mais utilizados em turbinas e licas de grande porte 2 3 3 4 1 GERADOR S NCRONO Os aerogeradores que utilizam geradores s ncronos t m tido menos aplicabilidade nos sistemas e licos devido ao car c
62. a por produtores independentes ou ent o recorrendo utiliza o de 26 energias renov veis Neste seguimento Portugal tem se revelado um pa s em que as pol ticas energ ticas t m um papel importante nomeadamente na adop o de fontes de energia renov vel para produ o de energia el ctrica A fundamentar esta afirma o assistiu se entrada em vigor da actual legisla o Decreto Lei n 363 2007 de 2 de Novembro em que microprodu o tornou se numa actividade mais apelativa nomeadamente em termos de remunera o da energia vendida rede pelo microprodutor Sendo a defini o de microgera o uma gera o de energia pelo pr prio consumidor podendo este ser uma empresa ou particular atrav s do uso de equipamentos de pequena escala nomeadamente pain is solares micro turbinas e licas ou outro tipo de tecnologias 3 Este tipo de produ o descentralizada constitui uma alternativa s grandes centrais bem como s redes de distribui o de AT Devido ao facto da produ o de energia ser realizada localmente a diminui o de perdas por transporte bem como dos custos inerentes s redes de AT poder o ser uma mais valia 1 5 REGULAMENTA O DA MICROPRODU O A regulamenta o da microprodu o como actividade de produ o de electricidade com a possibilidade de fornecer energia rede p blica foi inicialmente regulamentada pelo decreto lei 68 2002 Neste decreto encontrava se regulamentada a prod
63. a situa o a conclus o bastante simples pois em ambos os casos o valor de investimento de tal forma elevado que facilmente se ultrapassa o tempo de vida til do equipamento antes que o retorno de investimento seja concretizado Este investimento inicial principalmente causado pela necessidade de baterias que um sistema isolado implica al m de que naturalmente um sistema h brido s por si s j um sistema de elevado custo comparativamente com um sistema que apenas utiliza uma s tecnologia de forma isolada Um outro valor que pode ser contabilizado para este tipo de instala es isoladas contribuindo para uma diminui o do Payback o valor do custo do ramal que ter de ser constru do de forma a alimentar a instala o mas que apesar de apenas ser aqui mencionado n o foi calculado pois possui muitas vari veis demasiado especificas e 128 por isso dif ceis de contabilizar dist ncia ao ponto de alimenta o tipo de terreno envolvente e tipo e sec o do cabo a alimentar a instala o Por isso conclui se que para as condi es actuais devido aos pre os praticados n o de forma alguma compensat rio aplicar um sistema h brido isolado para alimenta o a uma habita o a n o ser que o valor de constru o do ramal seja t o elevado que torne o valor do Payback atractivo 4 1 DESENVOLVIMENTOS FUTUROS Ap s a an lise dos casos pr ticos anteriormente apresentados verificou se que h necess
64. a uma simples conta de multiplica o Largura x Cumprimento 3 3 3 10 NUMERO DE C LULAS EM S RIE Nsm Neste ponto o Utilizador ter de ser capaz de inserir a quantidade de c lulas do m dulo fotovoltaico pr seleccionado considerando os valores apresentados na Tabela de caracter sticas disponibilizado pelo fabricante 3 3 3 11 ENERGIA PRODUZIDA Ea kWh ano Este c lculo realizado pela aplica o inform tica considera outros sub c lculos ess ncias para que se possa apresentar um resultado final do valor de Energia Produzida Por m a f rmula geral do c lculo da energia a seguinte Eq Pimax G T X Atx M d Nregutador Ninversor X Nreguladinstala o 3 10 Em que Nregulador Ninversor 0 9 literatura da especialidade considera perdas de 10 Nreguladinstalac o 0 97 literatura da especialidade considera perdas de 3 111 Pnax W POT NCIA MAXIMA DO MODULO ver ponto futuro 3 3 3 11 13 N M d N mero de m dulos 3 3 3 2 At N mero de horas de sol considerado 8 horas Apresenta se de seguida uma descri o de todos os sub c lculos efectuados e dados necess rios para a apresenta o do valor de energia produzida 3 3 3 11 1 RADIA O SOLAR INCIDENTE W m Este valor automaticamente apresentado e preenchido com valor igual ao do ponto 3 3 2 5 3 3 3 11 2 RADIA O SOLAR INCIDENTE DE REFER NCIA G8 W m Este valor est atribu do por defeito a 800
65. adas pelos fabricantes incluem a utiliza o do gerador ass ncrono ligado rede de forma directa ou atrav s de um conversor electr nico de pot ncia AC DC AC e a utiliza o do gerador s ncrono ligado rede atrav s de um conversor AC DC AC Dependendo da op o adoptada o aerogerador pode ser explorado em regime de velocidade constante ou em regime de velocidade vari vel De uma forma geral um aerogerador constitu do por tr s partes fundamentais torre rotor e cabine 28 2 3 3 1 TORRE torre apresenta uma forma tubular e suporta a cabine de modo a elevar o rotor da turbina a uma altitude em que o vento apresenta as caracter sticas adequadas sendo o elemento respons vel por grande parte dos custos iniciais do investimento 28 71 2 3 3 2 CABINE Na cabine est o alojados os sistemas de controlo de medi o e transmiss o mec nica o gerador el ctrico e o mecanismo de orienta o direccional YAW O controlo hidr ulico do sistema de trav es aerodin mico est montado no eixo do rotor de baixa rota o que transfere o bin rio prim rio para caixa de velocidades respons vel pela adapta o da frequ ncia do rotor da turbina frequ ncia do gerador ou directamente para o gerador el ctrico no caso de n o existir caixa de velocidades 28 Figura 41 Esquema de uma turbina e lica 27 Legenda 1 P s do Rotor 2 Cubo do rotor 3 Cabina 4 Chumaceira do rotor 5 Veio do rotor
66. alor de frequ ncia necess rio Estes inversores s o denominados de linha comutada 40 2 4 2 3 3 3 SISTEMAS DE DESLASTRE BY PASS Um componente que pode ser necess rio em sistemas h bridos mais concretamente utilizado no de sistemas isolados o sistema de By Pass carga Este sistema de deslastre de energia produzida usado para proteger a rede contra um excesso de injec o de energia Tal excesso pode surgir durante os per odos de contribui o renov veis de alta e baixa carga e esta energia em excesso pode levar instabilidade da rede O sistema de By pass de deslastre pode ser um dispositivo realizado com base em electr nica de pot ncia ou concebido atrav s do uso de resist ncias de carga vari vel Em alguns casos a dissipa o da energia excedente pode ser realizado sem a utiliza o de um sistema By Pass Um exemplo a dissipa o do excesso de energia e lica o caso do controle de passo do rotor ou l mina 41 2 4 2 3 3 4 TRACKERS MPPT No caso dos sistemas que usam c lulas fotovoltaicas a tens o da matriz dada pela tens o do conjunto ligado carga s vezes til usar equipamentos de pot ncia para corresponder carga com caracter sticas da c lula fotovoltaica Um m todo de execu o na pr tica a utiliza o de um Maximum Tracker Power Point MPPT para maximizar a sa da do sistema PV Os MPPT s o dispositivos que criam uma imped ncia no circuito da c lula em n veis corresp
67. amente maioria dos pa ses da EU 22 Conclui se portanto que se refere ao uso de energias tradicionais a situa o n o propriamente das mais f ceis de resolver pois visto Portugal ser geograficamente desfavorecido No entanto Portugal possui vantagens no que se refere ao uso de energias renov veis como Experi ncias precoces nalguns segmentos mas desenvolvimento tardio Tradi o em grandes h dricas Excelente clima para renov veis Desenvolvimento muito r pido das e licas Cluster para certos segmentos edlica biomassa Concentra o Um dos sectores econ micos mais din micos Quanto a n vel de balan a comercial Portugal em 2004 encontrava se na seguinte situa o Consumo de Energia Prim ria em Portugal 2003 E Petr leo Can o Otras rerovavels E lica E G s natural 1 Figura 6 Consumo de Energia Prim ria em Portugal ano de 2003 1 23 Consumo de Energia Primaria em Portugal 2003 85 E Recursos end genos E Recursos ex genos 15 Figura 7 Consumo de Energia Prim ria em Portugal 2003 1 Valor de total de importa es 41700 M Valor de total de importa es de combust veis minerais 4900 M 11 8 Este ltimo valor representa a n vel de PIB 3 7 Sendo consumo de Portugal 118 barris de petr leo ano Representam 325 000
68. ar ligados rede e por isso tem como objectivo realizar a venda de energia rede n o necessitando de realizar armazenamento de energia como o caso de centrais fotovoltaicas Sendo assim necess rio saber distinguir e apresentar os diferentes componentes que estes dois tipos de funcionamento possuem Comente Continuo Corrente Alter Contador M dulos Fotovol aicos Rede Figura 33 Componentes de um sistema fotovoltaico aut nomo e de um ligado rede 20 2 2 8 1 INVERSOR O inversor permite estabelecer a ponte entre o gerador fotovoltaico e a rede transformando a corrente cont nua proveniente dos m dulos fotovoltaicos em corrente alternada ajustando a para frequ ncia e o n vel de tens o da rede a que se encontra ligado de modo a poder operar com a melhor efici ncia poss vel O inversor vem munido 55 de um sistema de rastreio que permite que este acompanhe as mudan as do ponto do gerador fotovoltaico e funcione sempre nesse ponto 10 2 2 8 1 1 INVERSOR AUTO CONTROLADO Apresenta um circuito de ponte podendo este ser constitu do por um TBJ MOSFET IGBT ou GTO O consumo de pot ncia reactiva dos inversores auto controlados de baixo valor no entanto t m tend ncia a originar problemas de compatibilidade electromagn tica devido frequ ncia elevada de comuta o Estes dispositivos s o usados em redes aut nomas ou em sistemas ligados a redes p
69. arafusadas directamente ao chassi da turbina permitindo turbina ter uma maior for a centr fuga Na maioria dos casos estes geradores produzem energia em corrente alternada trif sica para fazerem um melhor aproveitamento do espa o no interior da carca a da micro turbina Alguns modelos para realizar o carregamento das baterias rectificam a AC para DC no pr prio gerador outros modelos realizam este mesmo trabalho mas num controlador que se situa fora da turbina No entanto o uso de geradores de manes permanentes acarretam alguns problemas 83 especialmente quando n o h vento e portanto o rotor est parado pois os manes s o alimentados pelos enrolamentos do est tor e este obviamente apresenta uma resist ncia ao movimento dos eixos Uma t cnica usada em alguns modelos de forma a diminuir este efeito inclinar os manes Estes geradores de manes permanentes tamb m s o utilizados nas pequenas turbinas e nas mini turbinas pelos mesmos motivos apresentados para as micro turbinas 34 2 3 5 3 SISTEMAS DE CONTROLO DE VELOCIDADE Tal como nas grande e licas a robustez constituinte do material da micro turbina bastante importante pois estas trabalham num ambiente muito mais exigente que os pain is fotovoltaicos que s o tranquilamente aplicados na cobertura de um edif cio Contudo n o h testes infal veis para avaliar a robustez do projecto de uma micro turbina apenas se pode confiar nos testes que os pr prio
70. as de velocidade vari vel com convers o integral podem ser equipados com geradores de indu o ou com geradores s ncronos os quais s o ligados rede atrav s de conversores AC DC AC projectados para a pot ncia nominal do gerador Este conversor assegura o desacoplamento total entre frequ ncias da rede e do gerador 28 2 3 3 6 SISTEMAS DE LIMITA O DE POTENCIA M XIMA Quando as turbinas se deparam com velocidades de vento superiores sua velocidade nominal torna se necess rio limitar a pot ncia mec nica da mesma utilizando m todos de regula o baseados em perda aerodin mica de forma passiva ou activa 77 regula o de forma passiva tamb m denominada de controlo stall baseia se no desenho do perfil das p s as quais foram concebidas para entrarem em perda aerodin mica quando as velocidades do vento s o superiores velocidade nominal Assim para os sistemas de velocidade constante o ngulo de ataque aumenta com a velocidade do vento e apresenta um valor m ximo quando a velocidade de vento atinge o valor nominal A forma activa de limitar a pot ncia mec nica conhecida tamb m por controlo de pitch consiste na rota o das p s da turbina em torno do seu eixo longitudinal fazendo um ngulo de passo B de modo a diminuir o ngulo de ataque Contudo devido s elevadas constantes de tempo de actua o este controlo s se activa quando a turbina entra na zona de pot ncia constante actuando de modo a qu
71. consumption as this clearly restricts the access of millions of people to electricity for basic goods for survival One of the many ways to quench this need is beginning to be developed using the use of renewable energy sources Regardless of where in the world we find ourselves these energy sources are abundant inexhaustible and free The problem is how these renewable resources are managed according to the requests of load needs Hybrid Systems can be used to produce energy anywhere in the world Historically these types of system were applied in isolated places but in our days they can be used directly connected to the grid allowing it to carry out the sale of energy It was in this context that this thesis was developed with the goal of providing a software tool capable of calculating the profitability of a hybrid network attached or isolated However the complexity of this problem is very high because there is an extensive array of features and different equipment that can be taken So the application developed had to be limited and restricted to the available data becoming generic but at the same time also provide a practical applicability The purpose of the computer tool developed is to present immediately the costs of implementing a hybrid system depending only three distinct variables The first variable has to take into account the location of the system Second is the connection type alone or networked and finally the cost of the
72. de desconto de 8 3 4 RESUMO CAPITULO 3 Neste cap tulo foram apresentados todos os passos c lculos e considera es que a aplica o inform tica efectuou para poder interagir com o Utilizador de forma a este possa obter valores de rentabilidade econ mica Payback e VAL que a implementa o de um sistema h brido poder oferecer Todos os valores apresentados nas Tabelas de Excel anteriormente apresentadas s o meramente exemplificativos apresentando se no Anexo o exemplo de dois casos distintos caso ligado rede e caso sistema isolado mas de car cter real que p e prova a funcionalidade da aplica o inform tica 125 4 CONCLUS O Com a entrada em vigor da actual legisla o Decreto Lei n 363 2007 de 2 de Novembro microprodu o tornou se numa actividade bastante apelativa nomeadamente em termos de remunera o da energia vendida rede pelo microprodutor Foram criados dois regimes remunerat rios para os produtores consumidores regime geral e regime bonificado em que no primeiro o pre o de venda da energia rede p blica igual ao pre o por kWh da tarifa regulada aplic vel pelo Comercializador de ltimo Recurso e o regime bonificado que aplic vel a unidades de microprodu o com pot ncia de liga o at 3 68 kW que utilizem fontes de energia renov veis Contudo para se estar abrangido por este regime existe necessidade de cumprimento de certas condi es j que este regime p
73. dente na superf cie terrestre distingue se radia o directa e radia o difusa Reflex o Absor o aa Irradia o rradia o J solar 1 Solar Difusa Direta Figura 10 Radia o directa e difusa 21 radia o directa constitu da pelos raios solares recebidos em linha recta do sol A radia o difusa originada pelos raios n o directos e dispersos pela atmosfera Depende essencialmente das nuvens e apresenta se muito vari vel com as condi es atmosf ricas radia o global ser resultante da soma das radia es directa e difusa Subentende se que nos dias claros ser a frac o de radia o directa que prevalece enquanto que nos dias enevoados e sobretudo no Inverno a radia o solar ser quase s difusa Verifica se que em Portugal a propor o de radia o directa na radia o global durante um ano de 60 sendo os restantes 40 de radia o difusa 10 2 2 1 2 POSI O DO SOL A posi o do Sol pode ser definida em qualquer local recorrendo sua altura e ao ngulo de azimute O ngulo de azimute define a direc o do movimento do Sol Ao meio 34 dia o Sol est sempre virado a Sul no hemisf rio Norte Em dia de equin cio percorre linha de latitude ou seja nasce a 90 e p e se a 270 Nesse dia a altura de 90 no equador e igual latitude nos lugares acima e abaixo do equador 10 O azimute varia com a latitude e a poca do an
74. do no ponto 2 3 2 necess rio particularizar o tema micro turbinas pois apesar do seu princ pio de funcionamento ser em tudo igual importante conhecer as diferen as para que haja um perfeito entendimento de um sistema h brido Desde j necess rio compreender a exist ncia de uma sub classifica o que lhes atribu da e desenvolve se da seguinte forma Tabela 6 Sub classifica o de pequenas turbinas e licas 32 Classifica o Classifica o Di metro Normativa Comum Sub Classe do rotor Aplica es m Area varrida Potencia m m 2 Nominal kW Micro Turbina D lt 1 6 A lt 2 lt 8 Dom sticas Urbaniza es 1 6 lt Mini Turbina 2 E E TO e pequenas lt 5 50 empresas Grandes 5 Pequena Turbina urbaniza es e 16 200 500 PME s 79 Enquadrando esta sub classifica o no contexto deste trabalho iremos dar particular aten o ao que respeita as Micro Turbinas E licas uma vez que devido s suas caracter sticas ou seja utiliza es dom sticas ser o equipamento que se enquadra no objectivo proposto para este trabalho No que respeita aos componentes que constituem um sistema micro e lico a orienta o do rotor e lico imagem do que se passa nas grandes turbinas um factor fundamental que deve ser compreendido pois ir influenciar de forma inequ voca o comportamento do equipamento Por isso segue se uma descri o do tipo de eixos de ro
75. dom nio da frequ ncia A Figura 35 mostra um exemplo de uma representa o espectral de vento isto uma medida da energia cin tica associada componente horizontal da velocidade do vento A esta fun o que obtida a partir de um registo significativo pelo menos um ano de medidas da velocidade do vento d se o nome de densidade espectral de energia Embora em rigor o espectro de vento s seja v lido para caracterizar a zona onde se efectuaram as medi es tem se verificado que a sua forma geral se mant m constante 27 L n 5 m s to 0 1000 100 10 1 0 1 0 2 0 01 hours Macrometeorological Spectral Micrometeorological Gap Range Range Figura 35 Densidade espectral de energia 27 Da an lise desta Figura revela se a exist ncia de dois picos de um vale formando tr s zonas distintas zona macrometeorol gica associada a frequ ncias baixas corresponde a per odos e da ordem de alguns dias e relacionada com o movimento de grandes massas de ar ou seja depress es ou anti ciclones 61 e zona micrometeorol gica est relacionada a frequ ncias mais elevadas per odos de poucos segundos e est associada com a turbul ncia atmosf rica e zona de vazio espectral ocorre em per odos compreendidos aproximadamente entre 10 minutos e 2 horas e representa zonas do espectro correspondentes a muito pouca energia exist ncia desta
76. e Inter Face com o Utilizador foi realizada em VBA atrav s de um Comand Button criado numa Sheet do Excel de forma a facilitar o acesso ao mesmo Com a ferramenta inform tica desenvolvida o Utilizador t m acesso a uma perspectiva de rentabilidade da aplica o pr tica de um Sistema H brido Para tal bastar que ele insira os dados referentes aos equipamentos e licos solares e seus constituintes existentes no mercado assim como a sua localiza o 3 2 DESCRI O SUM RIA DA APLICA O INFORM TICA Para uma percep o global dos passos que o programa efectuar apresenta se de seguida um fluxograma explicativo dos passos automaticamente assumidos pelo programa 95 IN CIO DADOS GERAIS DA INSTALA O SISTEMA ISOLADO 229 ee 27 PREENCHER N LIGADO REDE TABELA DE EQUIPAMENTOS LEGAL VALOR DA NECESSIDADE DE CONSUMO PREENCHER PREENCHER DADOS DADOS EQUIPAMENTO EQUIPAMENTO FOTOVOLTAICO E LICO VALOR DA ENERGIA PRODUZIDA E CUSTOS DE EQUIPAMENTO APRESENTA O DE DADOS DE RENTABILIDADE Figura 45 Fluxograma da Aplica o Inform tica 96 3 3 DESCRI O PERMENORIZADA DOS BLOCOS DO PROGRAMA 3 3 1 BASE DE DADOS A base de dados fornecida pelo Instituto Nacional de Meteorologia apresenta diversos dados monitorizados durante cerca de 30 anos nas diferentes esta es meteorol gicas espalhadas por Portugal Continental Foi poss vel a obten
77. e a velocidade de rota o da turbina corresponda velocidade nominal da m quina ou seja provoca de forma artificial uma diminui o de bin rio Quando a velocidade de vento inferior velocidade nominal o ngulo de passo conservado no valor zero Comparando o sistema pitch com o sistema stall que constitui uma solu o mais barata o sistema de controlo pitch permite um melhor controlo da pot ncia contribuindo assim para um menor esfor o mec nico e consequentemente para uma diminui o dos efeitos de fadiga da turbina Al m disso a varia o do ngulo de passo funciona como um sistema auxiliar nos processos de arranque e paragem da turbina permitindo o embalamento do rotor enquanto a velocidade do vento baixa e a coloca o das p s na posi o de embandeiramento para velocidades de vento elevadas dispensando assim o trav o aerodin mico No entanto este sistema de regula o acarreta um acr scimo de complexidade t cnica e um aumento do custo do sistema de convers o O conceito de perda aerodin mica activa ou stall activo pretende combinar as vantagens do controlo de pitch com a robustez da regula o passiva atrav s de um sistema que permite rodar as p s da turbina e com isto aumentar o ngulo de ataque de modo a induzir o efeito de perda aerodin mica 28 78 2 3 4 T CNOLOGIA DAS MINI TURBINAS EOLICAS Primeiramente torna se importante referir que apesar do tema sistemas e licos j ter sido aborda
78. egre com base de instala o do equipamento e lico junto ao solo e sistema fotovoltaico localizado na cobertura de habita o unifamiliar com pot ncia contratada de 6 9 kVA e terreno envolvente do tipo descampado C lculo Sistemas Hibridos Figura A 14 INTERFACE 1 CASO4 142 Sistema Isolado Necessidades Energ ticas E afn ofo 200 Figura 15 INTERFACE 2 504 Sistema Isolado Figura 16 INTERFACE 3 CASO4 143 Custos D INCLUIDO SUNNY BOY 1100 ESS POZ 3100Ah KIT JBOX 2500 INCLUIDO INICIO Figura A 18 INTERFACE 5 4 144 145 ANEXO CARACTER STICAS T CNICAS DOS EQUIPAMENTOS 147 ANEXO DADOS METEROL GICOS 149 ANEXO D DL 363 2007 151 ANEXO PROGRAMA O 153 ANEXO TARIFA EDP 2010
79. equipment wind solar and other components that will be introduced After the data insertion in to the informatic application is presented the estimated values of VAL and Payback KEYWORDS Hybrid System Photovoltaic Module Micro Wind Turbine Type of connection to the local grid Solar resources Wind resources Payback and VAL vi AGRADECIMENTOS Dedico este trabalho a pessoas importantes na minha vida e a pessoas que contribu ram de forma directa e indirecta para que fosse poss vel a realiza o deste trabalho minha m e que me deu oportunidade de estudar suportando em parte os meus estudos ao meu irm o que o mi do com o melhor cora o que eu conhe o ao meu melhor amigo Ricardo Faria que me acompanhou durante todos estes anos no ISEP e que na elabora o deste trabalho tamb m n o foi excep o s Senhoras da Pransor de guas Santas que durante noites a fio foram a nossa nica companhia e claque de apoio quando o sono batia mais porta ao Pedro Vieira que me ajudou a pensar na forma como poderia elaborar o Software e claro minha namorada Andreia Filipa Barros que eu admiro muito e por vezes n o lhe o digo pois al m da sua ajuda na formata o soube abdicar da minha companhia e dar me apoio e incentivo necess rio para que a realiza o deste trabalho fosse poss vel Agrade o tamb m ao Professor Cust dio Dias que me apoiou e me ajudou sempre que necess rio vii viii AB
80. ergia Prim ria 1 Recorrendo a estudos comprovados facilmente constatamos que na realidade as reservas mundiais de petr leo s o evidentemente limitadas mas a procura n o est a diminuir Evolu o reservas mundiais de petr leo Evolu o reservas mundiais de g s natural 1980 2006 1980 2006 mil Anos bem Anos 1 500 7 76 2007 78 150 760 1 000 40 100 7 40 500 1 507 20 io je pre a 0 1980 1988 1996 2004 1980 1988 1996 2004 Reservas provadas Cobertura de consumo por reservas provadas em anos Figura 3 Evolu o das reservas mundiais de g s e petr leo 1 Analisando a Figura 3 constata se que em 1980 as reservas mundiais de petr leo eram de 667 mil milh es de barris e que entre 1981 e 2006 foram produzidos 645 mil milh es de barris de petr leo consequentemente a quest o que se imp e quando que est previsto o fim deste recurso 19 Esta quest o uma das que mais importuna o mundo actual motivando movimentos especulativos que provocam severos devaneios econ micos a n vel mundial que s o constantemente alimentados por motivos e interesses diversos De facto apesar de se apresentarem taxas de crescimento muito menores que as renov veis em 2030 as fontes tradicionais de energia dever o continuar a ser respons veis por mais de 86 da energia prim ria consumida 1 Portanto a efici ncia energ tica necess ria para o aumento da penetra o das
81. ergy Conversion IEEE Transactions on Junho de 1996 41 J Lopes Novas tecnologias energ ticas e sistemas h bridos Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 2006 42 1 Abouzahr e R Ramakumar Loss of power supply probability of stand alone photovoltaic systems a closed form solution approach Energy Conversion IEEE Transactions on Maio de 1991 43 Farret e F A Simies Integration of Alternative Sources of Energy Micropower system modeling with HOMER John Wiley amp Sons 2006 44 F Morea Viciguerra D Cucchi e Valencia Life cycle cost evaluation of off grid pu wind hybrid power systems Telecommunications Energy Conference Outubro de 2007 45 Energia Fotovoltaica Manual sobre tecnologias projecto e instala o Instituto Superior T cnico Janeiro de 2004 46 www freedownloadbooks net 47 www wind works org 48 http www merkasol com 49 http www rendimento solar eu pt oeerkenschwick canadiansolar 13617 13855 html 133 134 ANEXO A CASOS DE APLICA O PR TICA CASO REAL 1 Sistema ligado rede localizado em Coimbra na cobertura de habita o unifamiliar com pot ncia contratada de 10 35 kVA com 7 metros de altura e terreno envolvente relva tratada Ligado Rede Figura A 1 INTERFACE 1 CASO1 ig in Figura A 2 INTERFACE 2 CASO1 136 2504
82. es De salientar que a tarifa aplicada no ano O ano de in cio de produ o se vai manter por mais cinco anos e findo estes que ser aplicada a tarifa de refer ncia em vigor 1 6 RESUMO CAPITULO 1 Neste cap tulo foram abordados os desafios impostos pela necessidade de implementar pol ticas que assegurem um desenvolvimento sustent vel que s o particularmente pertinentes no dom nio da energia Cada vez mais o mundo se confronta com o aumento de popula o e consequentemente com o aumento de 30 consumo de energia Este aumento de consumo despoletou um aumento bastante significativo do uso de tecnologias baseadas em energias limpas ou seja energias renov veis tornando se assim uma alternativa real e fi vel comparativamente s formas convencionais de produ o de energia el ctrica Ac es pol ticas imposi es legais protocolos e directivas comunit rias contribu ram e incentivaram o recurso implementa o destes equipamentos tanto em grande escala como em pequena escala A n vel nacional o exemplo disso o Decreto Lei n 363 2007 que criou uma janela de desenvolvimento cient fico muito importante no mbito da aplica o de tecnologia para a produ o de energia el ctrica limpa 31 2 ESTADO DE ARTE 2 1 GENERALIDADES Na sequ ncia do cap tulo anterior v rias tecnologias que aproveitam a energia dos recursos naturais como o vento e o sol foram desenvolvidas Uma delas baseia se na util
83. etros na direc o perpendicular Mesmo tomando estas precau es a energia dispersa devido ao efeito de esteira de cerca de 5 27 Figura 37 Coloca o das turbinas num parque e lico 27 2 3 1 3 CARACTER STICA DE UM LOCAL POTENCIAL A pot ncia que o vento predisp e aumenta com o cubo da velocidade deste pelo que a inser o de geradores e licos em locais com ventos fortes e persistentes um factor determinante no sucesso econ mico da sua implementa o O primeiro passo de escolha do local consiste em aplicar alguns princ pios baseados no conhecimento comum ou seja procurar implementar estes geradores em locais como topo de montanhas planaltos e 65 plan cies elevadas ou em zonas costeiras Contudo o recurso mapas de isoventos linhas de igual velocidade m dia anual do vento devem ser usados para fazer uma primeira estimativa grosseira do recurso e lico Contudo indispens vel uma caracteriza o detalhada do s tio recorrendo a dados obtidos a partir de medi es efectuadas no local escolhido 27 2 3 1 4 EQUIPAMENTOS DE MEDI O E LICA Os equipamentos para a realiza o da medi o do vento devem transmitir na integra a caracter stica do recurso e lico num local para isso deve ser feita com base em medi es realizadas em v rios pontos da zona envolvente e ao longo de um n mero significativo de anos No entanto a falta de tempo e de recursos financeiros leva a que as decis es
84. fase as mat rias activas v o se esgotando e a reac o abranda at que a bateria deixa de fornecer el ctrodos o que significa que a bateria est descarregada Invertendo o sentido da corrente el ctrica a reac o qu mica no interior da bateria inverte se carregando novamente a bateria Neste seguimento existem diversos tipos e subtipos de baterias de acumuladores tais como baterias de acumuladores de chumbo cido ventiladas estanques absorbent glass material e de gel e baterias de 57 acumuladores alcalinas n quel c dmio n quel hidretos met licos e i es de l tio cujas diferen as ser o sempre nas suas caracter sticas ou seja carga espec fica densidade energ tica densidade de pot ncia ciclos de vida auto descarga profundidade de descarga tens o e efici ncia Outra informa o importante a aplica o de reguladores de carga de forma a manterem a bateria acima do n vel m nimo de carga descarga m xima 17 2 2 8 3 REGULADORES Os reguladores t m a fun o de controlar a carga da bateria atrav s da an lise da tens o da mesma e interrompem o fornecimento s cargas externas quando atingida a profundidade de descarga m xima da bateria Estes tamb m interrompem o fornecimento da carga bateria quando esta atingir a carga m xima Os diferentes tipos de reguladores apresentam se da seguinte forma 17 22891 REGULADOR EM S RIE Este tipo de regulador utiliza interruptores electr nico
85. ga superf cie da Terra mas com express o importante que justifica desenvolver tecnologia 32 necess ria para poder aproveit la Tecnologias recentes como o desenvolvimento das c lulas fotovoltaicas e de sistemas solares t rmicos entre outros t m sido desenvolvidas para que o ser humano possa usufruir do uso desta energia 8 Radia o solar espectral W m 1 107 visible 1 10 1 10 comprimento de onda um Figura 8 Espectro da Radia o Solar na Terra 17 Como a Figura 8 demonstra o espectro da radia o do Sol muito mais vasto do que a por o de radia o que vis vel ao olho humano Contudo apenas uma nfima parte da radia o solar vis vel situando se na faixa de comprimentos de onda A compreendida entre 107 e 10 metros Atendendo a todos estes factores respons veis pela redu o da radia o na atmosfera o gr fico fica radia o espectral KW m um 0 5 comprimento de onda um Figura 9 Radia o solar com os efeitos da atmosfera e seus agentes 17 33 Na Figura 9 podemos observar que a faixa de radia o vis vel com o comprimento de onda situa se entre 0 3 e 0 8 um Observa se tamb m que a radia o maior na zona vis vel de ultra violeta aos verdes Esta zona assume particular import ncia devido ao facto dos fot es apresentarem uma energia mais elevada 9 2 2 1 1 RADIA O DIRECTA E DIFUSA Da radia o solar inci
86. ia el ctrica Genericamente existem baterias do tipo prim rio que s o as vulgares pilhas e as do tipo secund rio que s o as baterias de acumuladores recarreg veis De uma forma mais simples um acumulador constitu do externamente por um vaso e internamente por dois el ctrodos interligados por um electr lito constitu do por um circuito interno O conjunto de v rios acumuladores em serie que forma uma bateria de acumuladores Os el ctrodos podem ser de diversos materiais met licos tais como cobre zinco prata chumbo etc O electr lito tanto pode ser um cido como uma base por m os cidos s o os mais utilizados As baterias de acumuladores armazenam ou fornecem energia el ctrica atrav s das reac es qu micas de oxida o redu o que se processam no seu interior Esse processo pode ser revers vel contrariamente ao que se sucede nas pilhas Pode dizer se que as baterias de acumuladores transformam energia el ctrica em energia qu mica durante a carga e transformam depois essa energia qu mica em energia el ctrica durante a descarga Durante o processo de carga tem lugar o incremento da diferen a de potencial aos terminais da bateria que ser referenciada para efeitos de controlo de carga e descarga da bateria No circuito externo a corrente el ctrica resultante do movimento de electr es enquanto no interior de cada acumulador a corrente resultante da desloca o de i es de um el ctrodo para outro Durante esta
87. icado generalidade das instala es e o regime bonificado aplicado s fontes de energia renov vel 6 1 5 1 MICROPRODUTOR Define se como produtores de electricidade recorrendo a unidades de microprodu o todas as entidades que disponham de um contrato de compra de electricidade de BT sendo a unidade de microprodu o integrada no local da instala o el ctrica de utiliza o Os produtores poder o criar uma unidade de microprodu o por cada instala o el ctrica de utiliza o vendendo a totalidade de electricidade produzida nos limites de pot ncia permitidos 7 28 1 5 2 REGIMES REMUNERATORIOS 1 5 2 1 REGIME GERAL No regime geral o pre o de venda da energia rede p blica igual ao pre o por kWh da tarifa regulada aplic vel pelo comercializador de ltimo recurso e ter de ter um m ximo de 5 75kW limitado a 50 da pot ncia contratada sendo esta condi o apenas aplic vel em instala es n o integradas em condom nios 7 1 5 2 2 REGIME BONIFICADO Insere se no regime bonificado um produtor que possua unicamente unidades de microprodu o com pot ncia limitada a 50 da pot ncia contratada e n o superior a 3 68 kW e que utilizem fontes de energia renov veis solar e lica h drica cogera o e biomassa Sendo assim se um microprodutor possuir um contrato de pot ncia de 6 9 kVA fica limitado instala o de uma unidade de microprodu o de pot ncia m xima de 3 45 kW con
88. idade de rever o valor de taxa de refer ncia praticado sobre a pot ncia e lica 70 do valor de referencia pois este valor se for revisto em alta aproximando se do valor da taxa solar 100 do valor de referencia o aumento da procura de equipamentos micro e licos com toda a certeza ir aumentar e com isto o valor do custo destes equipamentos ir consequentemente diminuir tornando ainda mais apelativa a sua compra Um outro ponto chave para o aumento da rentabilidade deste tipo de equipamentos aguardar que os novos desenvolvimentos tecnol gicos permitam que o rendimento dos m dulos fotovoltaicos aumente Este uma quest o que diariamente est a ser estudada pelas empresas ligadas rea e pela comunidade cient fica Contudo continua a ser um processo demorado que impede de forma inequ voca que os pre os praticados diminuam substancialmente Quanto ao equipamento utilizado de forma h brida obvio que para al m das posi es supra citadas serem decisivas para a evolu o deste tipo de implementa o a evolu o tecnol gica das baterias e sua consequente diminui o do seu pre o tamb m imperativa sendo por isso um passo esperado com bastante ansiedade por toda a comunidade Destes trabalhos futuros um lema pessoal acrescento pois penso que a base de todo o pensamento tecnol gico que o seguinte se pode controlar os ventos mas pode se ajustar as velas 129 5 REFER NCIAS 1
89. idade do escoamento a turbul ncia verifica se n o s nas varia es de velocidade m dia horizontal e na direc o dominante mas igualmente numa elevada variabilidade direccional dessa direc o qual nas situa es mais cr ticas nem se consegue definir nestas circunst ncias extremas e adversas para o funcionamento das turbinas que as VAWT apresentam grande vantagem relativamente s HAWT em que para funcionarem da forma mais eficiente poss vel o seu rotor deve estar orientado perpendicularmente direc o dominante do vento Ao contr rio das grandes turbinas que recorrem a sistemas mecano el ctricos para conseguirem o alinhamento yawing as micro turbinas de eixo horizontal podem recorrer a mecanismos de alinhamento aerodin mico atrav s do uso de uns vulgares lemes Existe contudo uma conFigura o de um tipo de HAWT que n o necessita de sistema de orienta o a qual se obt m quando o seu rotor posicionado a jusante da torre relativamente ao sentido do vento Estas turbinas ditas downwind por oposi o s turbinas upwind cujo rotor est a montante da torre s o auto orient veis direc o perpendicular ao vento 32 Tal como as grandes turbinas e licas a diversidade de op es por parte dos fabricantes bastante extensa mas tal como nas grandes e licas as diferentes micro turbinas apresentam uma estrutura e composi o bastante similar diferenciando se apenas quanto ao tipo de materiais
90. iza o de sistemas h bridos que no caso em estudo s o constitu dos por um sistema solar painel fotovoltaico em paralelo com um equipamento e lico micro turbina e lica que utilizam a energia solar e a energia do vento dispon veis no local de implementa o convertendo estas duas energias de forma combinada em energia el ctrica necess rio entender as diferentes tecnologias dos equipamentos que constituem um sistema h brido pois esta uma das tecnologias dispon veis no mercado que pode ser utilizada tanto como forma de vender energia rede ligado rede ou ent o para o uso aut nomo sistemas isolados Apresenta se de seguida uma abordagem te rica sobre os m todos e considera es importantes para a compreens o total do sistema h brido Para que seja apresentado de forma mais entend vel a abordagem s tecnologias que constituem o sistema h brido ser realizada primeiramente de forma individual e posteriormente de forma conjunta 2 2 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 2 2 1 RECURSO SOLAR Como de conhecimento geral a origem da vida e de outras formas de energia existentes na terra t m como principal fonte energ tica o Sol O Sol comporta se como um corpo negro a emitir permanentemente radia es temperatura de 6000 K H milh es de anos que o Sol irradia para o espa o luz e calor em sequ ncia das reac es nucleares de fus o que se produzem no seu interior Apenas uma infinit sima parte desta energia che
91. ladas tais como para a produ o de energia em reas remotas onde a extens o da rede cara e o custo do combust vel aumenta drasticamente com a dist ncia do local Aplica es exemplo disso s o resid ncias implementadas em locais remotos em sistemas de ilumina o p blica em sistemas de ilumina o de emerg ncia em sistemas de controlo de tr fego e em esta es de telecomunica es Contudo estes sistemas de energia tamb m podem ser usados como parte de aplica o em gera o distribu da de electricidade convencional 35 Historicamente os sistemas produtores de energia de forma isolada eram os geradores baseados em combust veis f sseis como o leo diesel leo combust vel gasolina Por m estes grupos geradores possuem um custo capital baixo mas custos de opera o e manuten o elevados Por outro lado a gera o el ctrica atrav s de sistemas h bridos possuem alto custo de capital mas baixo custo de opera o e manuten o e n o requerem combust vel para o seu funcionamento Neste contexto a tecnologia h brida emerge como alternativa sendo a combina o mais frequente para estes tipos de sistemas o uso da energia e lica e a energia solar fotovoltaica que s o fontes renov veis de energia n o poluentes e com reduzido impacto ambiental Por outro lado apresentam se como fontes de energia intermitentes ou seja apresentam interrup es sendo por isso 85 interessante a complementaridade
92. lhor funcionalidade do sistema devido s suas capacidades de supervis o 2 4 2 3 3 5 Por fim uma outra t cnica que pode ser usada de forma a diminuir custos e aumentar a rentabilidade do sistema recorrer ao uso de inversores mistos ou seja inversores que conseguem realizar a convers o de corrente dos dois sistemas simultaneamente Desnecess rio referir que este tipo de inversores t m um maior custo comparativamente aos inversores individuais mas como neste tipo de situa o o uso de dois inversores individuais obrigat rio ent o o recurso a um nico inversor torna se largamente compensat rio 2 5 RESUMO DO CAPTTULO 2 O cap tulo 2 enquadra o aproveitamento das energias disponibilizadas pela natureza que t m de ser compreendidas e engenhosamente usufru das com o recurso a tecnologias que diariamente evoluem e permitem um rendimento de capta o cada vez maior Neste mbito tecnologias como sistemas h bridos conseguem atrav s escolha correcta dos seus componentes tanto fotovoltaico como e lico injectar na rede ou produzir energia el ctrica de forma aut noma com valores bastante satisfat rios Para tal necess rio construir um sistema adequado a cada local de implementa o utilizando as melhores tecnologias dispon veis no mercado O estado de arte destes equipamentos 93 encontram se ainda num estado de evolu o nomeadamente na parte fotovoltaica mas contudo j poss vel implementar um sistema
93. ma elevada descarga mec nica no sistema Pela simplicidade robustez e baixo custo do gerador este conceito foi muito utilizado pelos Dinamarqueses durante os anos 80 e 90 No entanto de forma a reduzir a carga mec nica e aumentar a efici ncia do sistema a Vestas desenvolveu um novo sistema ou seja o sistema de controlo de velocidade vari vel limitada que consiste em equipar a turbina com um gerador de indu o de rotor bobinado ligado a uma resist ncia vari vel e controlada atrav s de um conversor electr nico de pot ncia de modo a controlar a resist ncia total do rotor Desta forma poss vel controlar a pot ncia extra da do rotor e a varia o da velocidade do gerador fica limitada pelo valor de resist ncia aplicada Por m a pot ncia extra da do rotor desperdi ada sob a forma de calor Quanto aos sistemas de velocidade vari vel o gerador ligado rede atrav s de um conversor AC DC AC tamb m designado por conversor de frequ ncia que efectua o desacoplamento entre a frequ ncia da rede e a frequ ncia do gerador permitindo o controlo da velocidade de rota o do gerador numa gama de varia o mais alargada de modo a aumentar a efici ncia do sistema Uma outra vantagem prende se com o facto das varia es na velocidade de vento serem convertidas em varia es da frequ ncia do gerador com efeito ao n vel da redu o da carga mec nica do sistema e portanto a melhoria da qualidade de energia produzida Os sistem
94. mento do ponto 3 3 4 1 tudo se aplica da mesm ssima forma mas agora para equipamento fotovoltaico 3 3 5 Tabela 17 Sistema Isolado Equipamento Fotovoltaico Pfixx TF ASI 40B N DE M DULOS APLICADOS 2 00 POT NCIA NOMINAL W 100 00 TENS O MPP UMPP V 2 00 7 TENS O CIRC ABERTO Vca ref V CORRENTE DE CURTO CIRCUITO ref A AREA DO PAINEL m N C LULAS EM S RIE Nsm ENERGIA PRODUZIDA Ea Kwh Ano 234529 CUSTOS DO SISTEMA HIBRIDO O c lculo econ mico realizado pela aplica o inform tica baseia se em sub c lculos necess rios para se chegar a um resultado final Nesta fase o Utilizador ter de inserir primeiramente de forma descriminada os custos inerentes a cada equipamento constituinte do sistema h brido de forma a se chegar a um custo total da instala o e assim usar este valor base para o c lculo de rentabilidade econ mica do equipamento 120 Tabela 18 Custo Capital dos Equipamentos OUTROS REGISTOS CONTRATOS ETC Este valor denominado por custo capital do equipamento MICRO TURBINA E LICA Ant ris 3 5 6 290 00 6 290 00 M DULO FOTOVOLTAICO Sanyo HIP 210 NKHE1 865 20 865 20 REGULADOR EOLICO WPB Box 500 1 447 266 1 447 26 REGULADOR SOLAR WPV Box 200 1 357 00 1 357 006 VERSOR MISTO 0 00 INVERSOR E LICO Windy Boy 3300 1 666 43 1 6
95. mico e social de uma parcela cada vez maior da humanidade Para que possamos beneficiar desse envolvimento de forma sustentada e equilibrada imperioso que encontremos novos modelos de neg cio adequados s diferentes exig ncias e expectativas que a sua participa o requer O sector energ tico e o peso elevado que representa na economia mundial est o na vanguarda no que respeita a modelos de neg cio As quest es energ ticas a n vel global impulsionaram o reaparecimento das energias renov veis causado principalmente pelos choques petrol feros ocorridos na d cada de 70 Por um lado existe a necessidade de assegurar a diversidade e seguran a no fornecimento de energia e por outro lado a obriga o de proteger o ambiente cuja degrada o acentuada pelo uso de combust veis f sseis promo o e utiliza o de fontes renov veis para a produ o de energia adv m da necessidade de garantir um desenvolvimento sustent vel para a sociedade actual e futura De facto os sinais de alerta s o frequentes e a consciencializa o das for as de interven o e sociedade em geral para a problem tica energ tica crescente Outros factores preponderantes na constru o do actual cen rio do sector energ tico podem ser apontados larga utiliza o de fontes n o renov veis e o elevado consumo de energia registado sendo evidente a forte depend ncia pol tica e econ mica dos pa ses industrializados face aos pa ses produtores de
96. ncionamento que ao incidir luz numa c lula solar desligada da carga ser criada uma tens o aproximada a 0 6V suscept vel de ser medida a partir dos dois contactos met licos da c lula corrente de curto circuito pode ser determinada curto circuitando os contactos com um amper metro Com isto conclui se que 44 os restantes valores da curva podem ser determinados recorrendo a uma resist ncia vari vel a um amper metro e a um volt metro 10 NU BENTES Figura 21 Modelo equivalente da C lula Fotovoltaica 17 express es da corrente e da tens o de circuito aberto aos terminais da c lula s o I 1 1 1 1 2 4 Va In 1 2 5 Em que Temperatura da c lula q carga do electr o 1 6 x 10 Constante de Boltzman 1 38 x 10 J K 45 Corrente A 2 500 2 000 1 500 1 000 0 500 08 e 0 0 05 01 0 15 0 2 0 25 0 3 035 04 0 45 0 5 0 55 0 6 Tens o Figura 22 Curva caracter stica I U de uma C lula Fotovoltaica 17 curva caracter stica de funcionamento de uma c lula fotovoltaica importante para se definirem as melhores condi es de funcionamento dos sistemas de produ o fotovoltaico Para os m dulos fotovoltaicos podemos tra ar as curvas caracter sticas I U em fun o das diversas
97. nergias Renov veis o objectivo deste trabalho criando mais um mecanismo que pode ser til a quem procura saber de uma forma relativamente simples se a poss vel instala o de um sistema h brido pode ou n o trazer benef cios financeiros a curto m dio prazo tendo em conta o tempo de vida til de um sistema h brido que v rios artigos da especialidade apontam para uma m dia de 15 anos Para facilitar a compreens o apresentam se no Anexo casos reais de an lise de rentabilidade aos quais se pode concluir o seguinte CASO 1 e CASO 2 Sendo que a tarifa de refer ncia mais elevada se aplica tecnologia solar fotovoltaica a tarifa de venda aplicada a um sistema h brido tanto maior quanto maior for a pot ncia solar instalada Isto ficou comprovado comparando o CASO 1 com o CASO 2 pois ambos os casos usam caracter sticas de instala o semelhantes no entanto aplicou se diferentes valores de pot ncia nas duas tecnologias CASO 1 Pot ncia E lica 2 5 kW Pot ncia Solar 0 65 kW CASO 2 Pot ncia E lica 1 75 kW Pot ncia Solar 1 3 kW de forma a comparar se os dois resultados Nesta situa o tamb m h que considerar a diferen a de custos de capital que o CASO 1 e o CASO 2 implicam ou seja no CASO 1 15914 56 e no CASO 2 18381 21 Com isto analisando o valor calculado para a tarifa de refer ncia no ano de 2011 no cen rio de an lise o valor de 0 47 kWh e decompondo este valor 0 56 kWh corresponde
98. nir a frequ ncia da rede e controlar a tens o Esta ltima exig ncia implica 91 que consigam fornecer energia reactiva de acordo com o necess rio Em certas condi es geradores de energias renov veis podem produzir energia em excesso da torna necess rio que essa energia seja dissipada de alguma forma para n o introduzir instabilidades no sistema 41 A energia produzida por um sistema h brido pode ser categorizada de duas formas distintas primeira energia produzida a electricidade e a carga t rmica a ela associada efeito Joule Dentro da categoria el ctrica as cargas de electricidade s o muitas vezes divididas em prim ria e secund ria As cargas prim rias s o aquelas que devem ser servidas imediatamente num tempo espec fico como o caso da ilumina o TV electrodom sticos e equipamentos inform ticos 43 As cargas secund rias est o associadas a gest o da carga e podem ser subdivididas em cargas desprez veis e cargas opcionais Esta gest o de cargas resultante de todo o processo de convers o de energia cin tica no que respeita parte e lica e convers o de energia solar parte fotovoltaica em energia el ctrica 43 2 4 2 5 TECNOLOGIAS DISPONIVE S Existe um n mero infinito de poss veis combina es de equipamentos a utilizar na constitui o de um sistema h brido No entanto importante que se cumpra da forma mais vi vel poss vel o uso destes equipamentos de forma a rentabilizar
99. nte para o tipo de regime bonificado 1 5 2 2 e sendo assim o c lculo do valor tarifa de venda e de pot ncia de remunera o ir se alterar automaticamente de acordo o c lculo apresentado na equa o 1 ponto 1 5 2 2 Tabela 5 e de acordo com o DL 363 2007 Tabela 20 Calculo do Tarif rio Ligado Rede Portanto neste tipo de conFigura o do sistema h brido o valor de pot ncia de remunera o de 6 4 MWh a 0 47 kWh caso o ano de aprovisionamento da instala o seja considerado o ano de 2011 122 3 3 5 2 CUSTO DO SISTEMA HIBRIDO ISOLADO Tal como no ponto 3 3 5 1 a Tabela que se segue re ne todas as informa es necess rias e essenciais para o c lculo deste custo sendo mais uma vez o tipo de liga o o factor essencial para distinguir logo no imediato o racioc nio realizado pela aplica o inform tica Tabela 21 Calculo Remunerat rio Sistema Isolado 24 330 00 DonQi 1750 1 034 42 Pfixx TF ASI 40B 0 116 O tipo de liga o ir influenciar directamente valor calculado mas desta vez o valor de tarifa de venda rede nem se quer p e em quest o por raz es bvias sendo por isso necess rio calcular o valor remunera o mensal que um sistema deste tipo disponibiliza ao Utilizador evitando assim que o Utilizador tenha de comprar essa mesma energia ao distribuidor de energia local 3 3 5 2 1 TARIFA DE UM SISTEMA HIBRIDO ISOLADO Para o c lculo deste valor o pon
100. nto altura da instala o Z Altura da instala o zo Valor da rugosidade do terreno onde est a instala o 3 3 2 8 2 Altura de refer ncia u z Velocidade m dia do vento altura de refer ncia 3 3 3 4 3 TURBUL NCIA DO VENTO u t m s Uma vez que a turbul ncia um fen meno inerente ao escalonamento n o poss vel erradic lo e portanto um elemento determinante no c lculo da velocidade do vento O valor de turbul ncia dado pela vari ncia ao quadrado 6 2 2 Gy w x J fu D u dt 3 4 052 intensidade da turbul ncia Ty a 3 5 Ent o 3 4 Substituindo 107 3 6 Sendo 1 I gt ulZ a 3 7 zo Conclui se a oe mn 3 8 20 3 3 3 4 4 DENSIDADE DE PROBABILIDADE DA VELOCIDADE M DIA DO VENTO f u Visto a aplica o inform tica ter como um dos objectivos principais poder ser utilizado pelo mais comum dos Utilizadores ent o torna se necess rio adoptar os c lculos e a obten o dos mesmos da forma mais simplista poss vel Desta forma ser considerado para o c lculo do valor da densidade de probabilidade m dia de vento n o a normalmente utilizada pela distribui o de Weibull mas sim a reduzida distribui o uni param trica de Rayleigh Esta aplica o muito til da distribui o de Rayleigh ocorre na fase em que n o se disp e de dados experimentais e se pretende caracterizar sumariamente um local unicamente a
101. o Aquando da sua aplica o recomend vel que se implemente um sistema de amortiza o de for as vibrat rias que isola a turbina da estrutura do edif cio 82 diminuindo assim o risco de vibra o do edif cio ao mesmo tempo aumentando o tempo de vida til da pr pria turbina De uma forma mais concreta a escolha do local de implementa o da torre realiza se da seguinte forma 34 e Se existe um edif cio mais alto que o da instala o com uma altura x ent o a turbina ter de ser colocada a uma dist ncia horizontal deste de 3x e Seo edif cio de instala o tem uma altura h ent o a turbina ter de ser colocada a uma altura de 1 3 h isto no caso de edif cios de forma rectangular No caso de edif cios com telhado em v rtice ter o de ser instalados a uma altura de 1 5h medidos a partir do limite superior do edif cio Para se proceder a uma caracteriza o mais detalhada do local onde se pretende realizar a instala o ter o de ser realizadas medi es com o aux lio de anem metros e sensores de direc o 2 3 5 2 GERADOR A maioria das micro turbinas utiliza geradores de manes permanentes Este tipo de geradores s o os mais simples e mais robustos porque os geradores de manes permanentes usados pelos fabricantes t m a particularidade de serem montados invertidamente ou seja a carca a qual os manes est o unidos rodam por fora do est tor Esta conFigura o permite s p s serem ap
102. o e calcula se atrav s da seguinte express o 1 sin cos 56 sing cos HRA Azimute cos 1 Ecos ee cosa Em que HRA o ngulo hor rio local w A b 5 24 inverno N E DEC 21 JUN 21 AZIMUTH TRACKING ARC 117 AZIMUTH TRACKING ARC 242 Figura 11 Angulo Azimute e arcos dos ngulos de azimute de Inverno e Ver o 17 O ngulo azimute de extrema import ncia se necessitarmos de seguir a posi o do Sol na sua traject ria ao longo do dia Toma amplitude m xima no solst cio de Ver o e m nima no solst cio de Inverno 2 2 1 3 RADIA O SOLAR RECEBIDA NA TERRA radia o recebida na superf cie terrestre quantifica se conhecendo uma s rie de par metros Se pretendermos determinar a radia o recebida num painel fotovoltaico teremos em conta a radia o incidente no instante a rea do painel e a inclina o do mesmo 35 Painel Solar incidente Shorizontal 5 m dulo Plano Horizontal Figura 12 Radia o Incidente num painel 17 A radia o no plano horizontal pode ser calculada atrav s da seguinte express o Shorizontal x sin a 2 1 Para a radia o no painel a express o ser S n dulo x sin a 2 2 E deduzindo as duas express es anteriores Shorizontal x sin a f sina 2 3 Sendo assim a radia o solar recebida numa superf cie depende da
103. o consumo de pot ncia reactiva destes geradores obriga a um investimento adicional em sistemas de compensa o do factor de pot ncia aplica o do gerador ass ncrono n o recomendada para utiliza o em regime isolado da rede pois o controlo tens o frequ ncia dif cil No entanto quando ligado rede desde que o sistema de controlo seja eficaz n o apresenta problemas de maior 31 2 3 3 5 SISTEMAS DE CONTROLO DE VELOCIDADE Os sistemas de controlo de velocidade em turbinas e licas podem ser do tipo velocidade fixa ou ent o de velocidade vari vel Os sistemas de convers o de velocidade fixa s o equipados com um gerador de indu o com rotor em gaiola de esquilo directamente ligado rede pelo que a velocidade de rota o do gerador que por sua vez superior velocidade de sincronismo imposta pela frequ ncia fixa da rede tendo em conta o n mero de p los e o limite de varia o do deslizamento 1 a 2 Sendo a frequ ncia do rotor quase constante existe um nico ponto de opera o em torno do qual o rendimento de convers o m ximo De modo a aumentar a efici ncia alguns fabricantes adoptaram solu es que suportam a opera o do sistema a duas velocidades atrav s da utiliza o de dois geradores com um n mero diferente de p los ou de um sistema que permite a comuta o do n mero de p los no gerador Contudo o ajuste de velocidade n o 76 efectuado de forma cont nua implicando u
104. o m dulo fotovoltaico pr seleccionado considerando os valores apresentados na Tabela de caracter sticas disponibilizado pelo fabricante 3 3 3 6 TENS O M XIMA Vice Neste ponto o Utilizador ter de ser capaz de inserir o valor de tens o m xima de funcionamento do m dulo fotovoltaico pr seleccionado considerando os valores apresentados na Tabela de caracter sticas disponibilizado pelo fabricante 3 3 3 7 TENS O EM CIRCUITO ABERTO VA V Neste ponto o Utilizador ter de ser capaz de inserir o valor de tens o em circuito aberto do m dulo fotovoltaico pr seleccionado considerando os valores apresentados na Tabela de caracter sticas disponibilizado pelo fabricante 110 3 3 3 8 CORRENTE CURTO CIRCUITO A Neste ponto o Utilizador ter de ser capaz de inserir o valor de corrente de curto circuito do m dulo fotovoltaico pr seleccionado considerando os valores apresentados na Tabela de caracter sticas disponibilizado pelo fabricante 3 3 3 9 REA DO M DULO Neste ponto o Utilizador ter de ser capaz de inserir o valor da rea do m dulo fotovoltaico pr seleccionado considerando os valores apresentados na Tabela de caracter sticas disponibilizado pelo fabricante NOTA Normalmente o valor apresentado nas Tabelas de caracter sticas dos equipamentos vem sobre a seguinte forma Cumprimento x Largura x Profundidade pelo que ser necess rio que o Utilizador para inserir o valor da rea fa
105. o tipo 2 amp id 6583 14 R Castro Introdu o Energia Fotovoltaica Instituto Superior T cnico 2002 15 Solarterra Energia Alternativa Energia Fotovoltaica Guia Pr tico www solarterra com br 16 Santos Aplica o de Conversores Matriciais em Sistemas Fotovoltaicos Instituto Superior T cnico Setembro de 2007 17 J Morais Sistemas Fotovoltaicos da Teoria Pratica Weidmuller 2009 18 United Nations World Population Prospects 2002 Statics Canada 19 Concurso Solar Padre Himalaya Guia da Energia Solar 20 A Joyce Sistemas Fotovoltaicos Departamento de Energias Renov veis Instituto Nacional de Engenharia Tecnologia e Inova o 21 S Brito Energia Solar Princ pios e Aplica es Cresesb www cresesb cepel br 22 http re jrc ec europa eu pvgis 23 http forumdacasa com discussion 9038 radiacao solar mapa 24 http www lappgroup com fileadmin redaktion LappGroup Brasil Sistemas Fotovoltai cos pdf 25 http www nytimes com 2010 08 10 science earth 10portugal html r 2 131 26 http www windatlas dk 27 R Castro Introdu o Energia E lica Instituto Superior T cnico Mar o de 2008 28 Resende Tecnologias de convers o de energia e lica para grandes sistemas ligados rede Renov veis Magazine n 2 2 trimes
106. oda a gama espectral da radia o solar 11 38 Tabela 5 Reflect ncia de uma superf cie 17 Superf cie Albedo Relva Campos Lavrados Terra est ril Pedregulhos Bet o Liso Bet o c eros o Cimento Liso Asfalto Florestas reas de urzes e areal 2 2 1 7 RADIA O SOLAR EM PLANOS INCLINADOS radia o solar apresenta se maior numa rea perpendicular aos raios solares do que numa rea horizontal de dimens es iguais Assim a orienta o escolhida na instala o de paneis solares resulta em diferentes n veis de irradia o Em Portugal a orienta o ptima a escolher aquando da instala o dos pain is a direc o Sul e com um ngulo de 35 de inclina o A energia a produzir por um sistema ser maior quando o equipamento consegue seguir a direc o do Sol Podem se utilizar dispositivos de dois eixos ou dispositivos de um eixo para conseguir fazer este mesmo efeito Os mecanismos de dois eixos s o mais complexos do ponto de vista t cnico e podem focar o Sol sempre na melhor posi o seguindo a sua traject ria di ria bem como anual Como se subentende a utiliza o deste tipo de sistemas acarreta maiores custos pois necess rio um mastro regul vel e resistente s grandes press es do vento O controlo efectuado atrav s de um sistema termo hidr ulico ao qual tem como uma grande desvantagem o seu elevado tempo de resposta pois baseia se em aquecimento de l quidos e nas diferen a
107. ode auxiliar a percep o desta imagem Como se pode observar a turbul ncia completamente irregular e n o pode ser descrita de uma maneira determin stica sendo necess rio recorrer a t cnicas estat sticas Denote se que o interesse da turbul ncia n o esot rico ou seja a componente flutuante do vento pode conter energia significativa em frequ ncias pr ximas das frequ ncias de oscila o da estrutura da turbina e lica pelo que necess rio ter em aten o os esfor os mec nicos e el ctricos a que a turbina fica submetida reduzindo obviamente o seu per odo de vida til J que a turbul ncia um fen meno inerente ao escoamento n o poss vel erradic lo e portanto a solu o considerar a turbul ncia como um elemento essencial a ter em conta na elabora o do projecto 27 63 lt 535 Protite Result Unsteady Blade Bending and Power Figura 36 Turbul ncia do vento 27 2 3 1 1 3 VENTO DO MAR O comportamento do vento apresenta condi es particulares no mar offshore Este facto devido principalmente ao baixo valor de rugosidade que a superf cie mar tima apresenta provocando uma varia o da velocidade do vento pequena e portanto uma diminui o significativa no que respeita altura til das torres Contudo o vento no mar normalmente menos turbulento do que em terra o que tamb m beneficia o per odo de vida til dos equipamentos A aplica o de parques e licos em
108. oduzida estimada pelo m dulo fotovoltaico 3 3 3 11 17 Edest Erroest E 3 22 Caso o valor obtido seja maior do que zero trata se de um erro estimado por excesso caso contr rio trata se de um valor estimado por defeito Em que kWh ano ENERGIA PRODUZIDA 3 3 3 11 Eagst kWh ano ENERGIA PRODUZIDA ESTIMADA 3 3 3 11 17 3 3 4 SISTEMA HIBRIDO ISOLADO Partindo ponto 3 3 2 11 2 apresentado na folha do Interface com o Utilizador no caso de ser um sistema h brido isolado o c lculo da necessidade energ tica o valor para qual o dimensionamento tanto do sistema e lico como o do sistema fotovoltaico ter de respeitar 118 Tabela 15 Sistema Isolado PERDAS CABOS Kcab PERDAS DAS CONVERS ES Kconv ERDAS DO CONJ RADIA O SOLAR INCIDENTE a 1000 Wh m 2 NECESSIDADE DE POT NCIA kWp Como se pode observar nesta situa o o valor de necessidade de pot ncia ser um dado devidamente tratado pois al m de haver perdas provocadas pelas diversas conex es de todo o sistema tamb m teremos previamente de considerar um valor de radia o solar incidente que ir ser til para o dimensionamento do sistema fotovoltaico Assim em v rios artigos da especialidade todos eles apresentam para sistemas isolados uma radia o solar incidente de refer ncia a 1000 Wh m e por isso neste estudo esse valor de refer ncia tamb m ser assumido 3 3 4 1 EQUIPAMENTO E LICO DO SI
109. ondentes ao melhor funcionamento e tamb m convertem os resultantes de alimenta o da matriz PV para a tens o que exigida pela carga 42 90 2 4 2 3 3 5 CONTROLADOR REGULADOR Muito utilizado em sistemas h bridos especialmente os sistemas mais complexos Este controlador de supervis o serve para assegurar o bom funcionamento de todos os dispositivos dentro do sistema As fun es poss veis do controlador est o ilustradas na Figura 44 Baterias Equipamentos Grupo Gerador PV e E lico NS Cargas lt Supervis o Rectificador e opcionais Controlo Inversor By Pass 4 Cargas Cargas Passivas Figura 44 Esquema de fun es do Controlador Regulador 42 2 4 2 4 MODO DE FUNCIONAMENTO Os sistemas h bridos s o todos aqueles que utilizam diversas fontes de gera o de energia como por exemplo turbinas e licas gera o diesel m dulos fotovoltaicos mas todos t m o objectivo de fornecer electricidade a uma determinada carga ou conjunto de cargas de forma isolada garantindo maior fiabilidade Para isso necess rio um controlo de todas as fontes inerentes ao sistema para que haja m xima efici ncia na entrega da energia para as unidades consumidoras Estes sistemas h bridos requerem controladores de carga mais sofisticados que os sistemas simples ou conectados a rede mas a sua fiabilidade ter de ser no m nimo igual ou superior ao dos outros sistemas Estes sistemas devem ser capazes de defi
110. opera o no mar revela que o efeito dos obst culos em terra mesmo para dist ncias superiores a 20 km parece ser superior ao inicialmente previsto Por isso os resultados obtidos at actualidade indicam que o recurso e lico no mar poder ser superior s estimativas dispon veis em cerca de 5 a 10 2 3 1 2 EFEITOS 2 3 1 2 1 COMPORTAMENTO COM OBST CULOS Estruturas tais como edif cios rvores vegeta o forma es rochosas e ve culos t m uma influ ncia directa no que respeita velocidade do vento e provocam turbul ncia no seu redor pois o modo de escoamento afectado na rea envolvente do obst culo podendo verificar se que a zona turbulenta se pode estender at cerca de tr s vezes a 64 altura do obst culo sendo mais intensa na parte de tr s do que na parte da frente do obst culo 2 3 1 2 2 EFEITO ESTEIRA Quando uma turbina e lica produz energia atrav s da energia do vento incidente vento que percorre as p s da turbina tem um conte do energ tico muito inferior ao do vento que incidiu na turbina Este facto faz com que na parte de tr s da turbina se forma uma esteira de vento turbulento e com velocidade reduzida relativamente ao vento incidente por esta raz o que a coloca o das turbinas dentro de um parque e lico tem de ser efectuada de modo criterioso Por isso deve se espa ar as turbinas entre cinco a nove di metros na direc o preferencial do vento e entre tr s e cinco di m
111. partir da velocidade m dia anual que recorde se o dado disponibilizado pelo Instituto Nacional de Meteorologia e consta na Tabela denominada Base de Dados 3 3 1 Sendo assim a distribui o uni param trica de Rayleigh calcula se da seguinte forma 2 3 9 fam Fx Em que Uma t Velocidade do vento 3 3 3 4 1 Este valor ser substituido por intervalos de 1 m s designado por valor de classe de vento at que o valor de f u seja aproximadamente zero 0 Este c lculo de f u deve ser representado numa Tabela com a seguinte tipologia 108 Tabela 13 C lculo de f a i cae Valor de velocidade inicial de Vstart produ o de energia indicado na caracter stica da m quina Vstart 1 Valor anterior 1 Vstart 2 Valor anterior 2 Vstart N Valor anterior n Valor de velocidade m ximo de paragem de produ o de Voff energia indicado na caracter stica da m quina 3 3 3 1 MODELO FOTOVOLTAICO Este input tal como no ponto 3 3 3 1 inteiramente descrito pelo Utilizador em que este ter toda a liberdade para inserir o equipamento fotovoltaico que bem entender Tabela 14 Sistema Ligado Rede Equipamento Fotovoltaico MODELO e DE M DULOS APLICADOS OTENCIA NOMINAL W ENS O MPP UMPP V ORRENTE MPP Imax ref A ENSAO MAXIMA Vmax ref A ENSAO CIRC ABERTO ref V ORRE
112. portanto chamado de receptor de electr es ou rade dopante tipo p Um exemplo da dopagem de uma c lula Condutora Boro fotovoltaica mostrado na Figura 15 12 Figura 15 Exemplifica o de dopagem de uma c lula fotovoltaica 12 Numa placa com um fino filme de sil cio puro dopa se metade com boro e a outra metade com f sforo formando o que se conhece por jun o PN Assim os electr es livres do lado n passam para o lado p onde s o capturados por lacunas Isso gera uma acumula o de electr es no lado p tornando o carregado negativamente e uma redu o de electr es do lado n tornando o carregado positivamente Estas cargas geram um campo el ctrico permanente que serve de barreira passagem de mais electr es do lado n para o lado p O processo alcan a um equil brio quando o campo el ctrico capaz de barrar todos os electr es restantes do lado tens o total desta jun o cerca de 0 7 V e chamada tens o de difus o Quando uma jun o PN exposta luz solar ocorre a absor o de fot es fazendo com que os electr es se desloquem da banda de val ncia para a banda de condu o ou seja pares electr es lacuna s o gerados acelerando as cargas e dando origem a uma corrente el ctrica devido jun o Este deslocamento de cargas d origem a uma 41 diferen a de potencial chamado efeito fotovoltaico representado na Figura 16 e Figura 17 que a base para o funcionamento dos pain
113. quipamento em quest o denominado de rectificador Quando se est a converter DC AC o equipamento em quest o denominado de inversor O conversor rotativo consiste em duas m quinas el ctricas rotativas que est o directamente ligados entre si Uma delas uma m quina DC a outra uma m quina AC Qualquer um deles pode funcionar como um motor ou gerador dependendo da direc o do fluxo de energia m quina de AC pode ser uma m quina de indu o ou s ncrona o que ser utilizado depende dos requisitos do sistema Estes conversores rotativos t m a vantagem de utilizarem uma tecnologia robusta e madura sua desvantagem os seus custos elevados e valores de efici ncia inferiores comparativamente aos oferecidos pelos dispositivos electr nicos projectados para a mesma finalidade 37 88 2 4 2 3 2 CONDENSADOR S NCRONO Pode ser tamb m denominado por compensador e um motor s ncrono que n o est associado a nenhum outro equipamento Este equipamento controlado por um regulador de tens o que gera ou absorve pot ncia reactiva conforme a necessidade e serve assim para apoiar o sistema de tens o ou para manter o factor de pot ncia do sistema a um n vel espec fico Estes condensadores s ncronos s o utilizados em sistemas de energia h brida quando n o h nenhum outro sistema s ncrono conectado Isto frequentemente o caso dos sistemas que incluem geradores a diesel mas que se destinam a permitir que todos o
114. radia o incidente e da poca do ano bem como do ngulo de inclina o e rea do pr prio painel Pela express o 2 2 determina se a inclina o do painel na horizontal maior ngulo de incid ncia obtendo se os melhores resultados que com a coloca o vertical Contudo haver uma inclina o interm dia com maior efici ncia que estas duas ultimas hip teses Esse ngulo considerado o ngulo ptimo Para cada dia e em fun o da esta o do ano varia se o valor da radia o solar e o ngulo ptimo Nos sistemas fixos usa se um ngulo ptimo que ser o valor m dio anual Em caso de d vida de falta de meios ou de elementos para o c lculo comum utilizar se um ngulo de inclina o igual latitude Em todos os casos no hemisf rio Norte os pain is devem estar orientados a Sul e vice 36 versa no hemisf rio Sul 10 Contudo est o quantificados a n vel internacional os valores m dios da radia o recebida por local superf cie da Terra O mapa apresentado representa a radia o global resultante incidente em Portugal Continental Figura 13 Radia o Incidente em Portugal Continental 23 2 2 1 4 MASSA DE AR Outro elemento n o menos importante a massa de ar da atmosfera terrestre pois esta tem influ ncia directa no efeito da radia o solar O seu estudo importante na determina o da radia o solar na terra O ngulo de incid ncia dos raios solares atrav s da atmosfera
115. rev uma tarifa de refer ncia para a energia vendida rede de 650 MWh para os primeiros 10 MW de pot ncia instalada em microprodu o A cada 10 MW instalados a tarifa decresce 5 A pot ncia instalada tem um m ximo anual de 10 MW para o ano 2008 e este valor aumenta anual e sucessivamente em 20 A tarifa aplicada diferente para cada tipo de tecnologia de produ o sendo de 100 da tarifa de refer ncia para a solar fotovoltaica e 70 da tarifa de refer ncia para a e lica O Decreto Lei n 363 2007 de 2 de Novembro prev a possibilidade de instala o de sistemas de energia el ctrica atrav s da combina o de duas ou mais tecnologias cuja tarifa de venda aplicada t m uma f rmula especificada no Decreto Lei e est apresentada no ponto 1 5 2 2 deste trabalho Portanto neste caso concreto as tecnologias de produ o abordadas s o a solar fotovoltaica e a e lica formando assim os sistemas h bridos Com isto a procura deste tipo de equipamentos est numa fase emergente uma vez que a combina o de fontes tem a vantagem de mitigar a intermit ncia de produ o das unidades de microprodu o 126 portanto imperativo dotar o mercado de ferramentas que possam responder acompanhar o aumento da procura que estes equipamentos est o a provocar Sendo assim o desenvolvimento da aplica o inform tica Software de Apoio Implementa o de Sistemas H bridos de Produ o de Energia El ctrica Baseados em E
116. s de controlo que ficam em s rie com o gerador fotovoltaico Controla a carga da bateria pela an lise da tens o da mesma e interrompe o fornecimento carga externa quando atingido o limiar de profundidade de descarga m xima da bateria 2 2 8 3 2 REGULADOR EM PARALELO Neste tipo de aplica o um dos interruptores electr nicos de controlo fica em paralelo com o gerador fotovoltaico Controlam a carga da bateria curto circuitando momentaneamente o gerador fotovoltaico ou seja curto circuita o gerador fotovoltaico durante o per odo nocturno evitando as correntes inversas no mesmo 2 2 8 3 3 REGULADOR MPP Os reguladores apresentados anteriormente apresentam alguns problemas como por exemplo a tens o do gerador baixar devido diminui o da radia o incidente no 58 gerador fotovoltaico Os reguladores poder o n o permitir transformar a energia em produ o pois esta diminui o de radia o ir deslocar o ponto ptimo de funcionamento MPP o que por isso ficar automaticamente fora do alcance do regulador Para continuar a aproveitar essa energia necess rio um controlador que situe o funcionamento do sistema no ponto de m xima pot ncia MPP mantendo a tens o com um valor superior ao da bateria que esta carregue Em associa o ao regulador deve estar um conversor DC DC que regule a tens o e a pesquisa do MPP 2 3 SISTEMAS E LICOS 2 3 1 RECURSO F LICO 2 3 1 1 CARACTER STICAS DO VENTO
117. s de press o resultantes Existe tamb m sistemas de controlo el ctrico alimentado a energia el ctrica 39 produzida pelo pr prio painel facto este que obrigatoriamente diminui a efici ncia energ tica global do sistema Al m disto no caso de ocorr ncia de uma avaria que impossibilite o mecanismo de funcionar a radia o captada pelo sistema fotovoltaico diminui consideravelmente 10 2 2 2 TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA Os geradores fotovoltaicos convertem energia luminosa solar directamente em energia el ctrica O termo photo origina se do Grego phos significando luz e o termo Volt que est relacionado com a diferen a de potencial gerada vem do nome de Alessandro Volta 1745 1827 um pioneiro no estudo da electricidade Vulgarmente conhecidos como c lula solar os geradores fotovoltaicos j se fazem presentes em grande parte de nossas vidas sejam em sistemas extremamente simples fornecendo energia a pequenas calculadoras ou em sistemas mais complexos fornecendo electricidade para sistemas de bombagem de gua e equipamentos de telecomunica es e sinaliza o A efici ncia de convers o de uma c lula solar a raz o entre a energia el ctrica produzida e a energia luminosa incidente Esta uma das principais caracter sticas dos geradores fotovoltaicos sendo que ao melhorar esta efici ncia a energia fotovoltaica poder se tornar mais competitiva quando comparada com as fontes convencionais de energia 12
118. s fabricantes anunciam Para a realiza o do controlo de velocidade estas micro turbinas utilizam geralmente equipamentos auxiliares para medir a velocidade do mesmo Associado a isto est um mecanismo que regula a sua velocidade e aqui que os diferentes fabricantes se distinguem Na sua maioria usam uma articula o que faz com que o rotor gire em volta da sua cauda outras mudam o ngulo das p s e por fim existem outras que combinam estes dois m todos Com isto sempre que a velocidade do vento ultrapassa os valores admiss veis estipulados pelos pr prios fabricantes dependendo das caracter sticas do equipamento seleccionado estes giram sobre si at que o valor de velocidade seja aceit vel e voltando por isso sua posi o de trabalho 34 84 24 SISTEMAS H BRIDOS 2 4 1 NECESSIDADE OPORTUNIDADE Os sistemas h bridos surgiram no sentido de verificar e testar o potencial de utiliza o da gera o isolada de energia pois os sistemas h bridos s o sistemas que utilizam os recursos naturais dispon veis de v rias formas de gera o de energia el ctrica visando o aproveitamento desses mesmos recursos energ ticos dispon veis localmente maximizando a disponibilidade de electricidade atrav s da complementaridade dos recursos ou seja a utiliza o de v rios dispositivos de convers o de energia s o usados de forma conjunta para fornecer uma exig ncia de energia Estes sistemas s o adequados para aplica es iso
119. s geradores a diesel possam ser desligados em algumas circunst ncias 38 2 4 2 3 3 CONVERSORES ELECTR NICOS Desempenham fun es semelhantes s dos dispositivos electromec nicos descritos anteriormente mas t m uma s rie de vantagens como menor custo maior efici ncia e uma maior controlabilidade Estes dispositivos de maior interesse incluem Rectificadores Inversores Sistemas de By pass e Trackers MPPT 39 2 4 2 3 3 1 RECTIFICADOR Trata se de um dispositivo que converte AC DC e comummente usado para carregar baterias de uma fonte AC Os rectificadores monof sicos exigem um elevado poder de transforma o para que se possa realizar a transforma o para DC Portanto esses rectificadores s s o adequados para aplica es de baixa ou m dia pot ncia Para pot ncias superiores a 15kW deve se utilizar rectificadores trif sicos ou polif sicos 40 2 4 2 3 3 2 INVERSOR Um Inversor pode ser definido como um dispositivo que converte DC para AC usado para suprir cargas individuais AC a partir de uma fonte DC ou a partir de um banco de baterias Os elementos de comuta o prim rios s o rectificadores controlados de 89 sil cio SCR ou transistores de pot ncia IGBT s Estes est o dispostos em circuitos de ponte e s o ligados excepto no caso de trans stores de forma a processarem uma onda sinusoidalmente perfeita Alguns inversores operam em conjunto com outros dispositivos para estabelecerem o v
120. sejam muitas vezes baseadas num nico registo medido ao longo de apenas um ano por vezes erros destes comprometem logo desde inicio toda a rentabilidade econ mica de toda a opera o Estas medi es s o realizadas atrav s do recurso a equipamentos espec ficos tais como anem metros de copos anem metros s nicos e sensores de direc o essencial que estes instrumentos estejam bem expostos a todas as direc es do vento ou seja os obst culos devem estar situados a uma dist ncia de pelo menos dez vezes a sua altura 27 Figura 38 Anem metro de Direc o esquerda Anem metro de Copos centro e Anem metro S nico direita 27 66 2 3 2 TECNOLOGIA E LICA O aproveitamento da energia e lica remonta antiguidade convers o de energia do vento em energia mec nica atrav s da utiliza o dos moinhos de vento foi realizada desde muito cedo substituindo a for a humana e animal na industria da forjaria e na realiza o de actividades agr colas Mais recentemente no final do s culo XIX o r pido crescimento do consumo de electricidade motivou a aplica o dos princ pios b sicos de funcionamento dos moinhos de vento ao aproveitamento de energia e lica para a produ o de energia el ctrica primeira turbina e lica colocada em funcionamento por Charles Bush no Inverno de 1887 1888 possu a um rotor com 17 m de di metro e constitu do por cento e quarenta e quatro p s de madeira montado numa
121. smo quando carece de recursos energ ticos prim rios como a e lica ou solar ou seja caso seja necess rio o banco de baterias pode ser complementado com um gerador a diesel ou com uma c lula de combust vel para evitar interrup es de fornecimento de energia instala o Esta complementaridade tem como um dos seus objectivos aumentar a efici ncia do gerador e reduzir consumos de combust vel A unidade de armazenagem opera em paralelo com uma unidade geradora para satisfazer temporariamente picos mais 87 elevados de solicita o de carga Uma outra capacidade do sistema de baterias realizar um desfasamento el ctrico entre a carga e a fonte de energia renov vel facilitando o controlo e a opera o global do sistema suavizando as flutua es de carga e fazer um controlo das varia es sazonais das fontes renov veis 2 4 2 3 CONVERSORES DE POTENCIA Para que um sistema h brido de energia possa funcionar adequadamente comum que se utilize um ou mais equipamentos de convers o de pot ncia incorporados no sistema Estes equipamentos podem ser do tipo electromec nico ou do tipo electr nico No caso dos dispositivos que utilizam o princ pio electromec nico h pelo menos dois tipos distintos que s o utilizados em sistemas h bridos de energia que se apresentam de seguida 2 4 2 3 1 CONVERSOR ROTATIVO Trata se de um dispositivo electromec nico que converte AC DC ou vice versa Quando se est a converter AC DC o e
122. ta o que estas micro turbinas podem ter 2 3 5 COMPONENTES DE UM SISTEMA MINI EOLICO 2 3 5 1 MICRO TURBINAS DE EIXO HORIZONTAL E EIXO VERTICAL As Micro Turbinas de eixo de rota o Horizontal tem a denomina o de HAWT Horizontal Axis Wind Turbines e as Micro Turbinas de eixo de rota o Vertical VAWT Vertical Axis Wind Turbines Al m da evidente perpendicularidade da orienta o dos eixos de rota o a diferen a fundamental entre as duas classes de turbina consiste na possibilidade de optimiza o do posicionamento do perfil aerodin mico da p face ao escoamento incidente Tal facto efectuado custa da varia o do ngulo de posicionamento das p s ngulo de passo sendo poss vel construir uma estrat gia de controlo que mantenha as p s no ngulo ptimo de funcionamento ao longo da banda de varia o da velocidade do vento Situa o contr ria o caso das turbinas de eixo vertical em que os perfis aerodin micos que constituem as p s dos rotores modernos apresentam um funcionamento c clico e medida que as p s rodam em torno do eixo as for as motrizes essencialmente de sustenta o variam entre um valor m ximo e um valor m nimo passando por zero Portanto comum afirmar que este tipo de turbinas est sempre orientado direc o dominante do vento pese embora talvez fosse mais correcto referir que de facto dada a posi o dos seus perfis e o alinhamento do eixo de rota o estas
123. te ao Utilizador obter uma estimativa da rentabilidade econ mica da implementa o de um sistema H brido Fotovoltaico E lico Por favor click em INICIAR e insira correctamente os dados solicitados ae ponto mas sim com v rgula Figura 46 P gina Inicial da Aplica o Inform tica Ap s o click no bot o INICIAR o Interface com o Utilizador aparecer solicitando ao mesmo que insira os dados correctamente C lculo Sistemas H bridos Mar Calmo 71 13 8 EE 99 Figura 47 Interface Utilizador da Aplica o Inform tica A Figura 47 representa o Interface Utilizador com a utiliza o do VBA contudo para uma melhor descri o dos passos da aplica o a explica o ser realizada usando as folhas de c lculo em Excel que est o por de tr s da programa o em VBA que se apresenta no Anexo E Tabela 8 Interface Utilizador ume 5 ALTITUDE REF m ALTURA DA E DA INSTALA O m 5 TOC DE TERRENO ENVOLVENTE CIDADE VENTO REF m s POT NCIA CONTRATADA kVA 13 8 TIPO DE LIGA O ISOLADO REGIME REMUNERAT RIO 3 3 2 1 LOCAL DA INSTAL O O Utilizador ter de seleccionar mediante as op es dispon veis o local de instala o 3 3 2 2 LATITUDE Automaticamente o programa ir recorrer base de dados e mediante o local de instala o o valor de latitude do local ir ser apresentado 3
124. ter vari vel do vento incompat vel com o facto do gerador s ncrono ter de funcionar a uma velocidade constante Isto pressup e que apesar das varia es na velocidade do vento as p s da turbina t m de rodar sempre mesma velocidade pois est o directamente associadas ao veio do rotor da m quina Por m estes geradores t m uma boa aplicabilidade quando associados a sistemas de electr nica de pot ncia adequados o que inevitavelmente obrigar o sistema a produzir indesejados harm nicos Por outro lado os geradores s ncronos t m a vantagem de poder funcionar com qualquer ngulo de desfasamento entre a tens o e a corrente possuindo uma caracter stica de funcionamento ajust vel atrav s da excita o do gerador com excep o da frequ ncia Com isto a produ o de energia reactiva pode ser controlada evitando se flutua es de pot ncia Al m disso os aerogeradores s ncronos dado que est o ligados rede atrav s de uma unidade de rectifica o ondula o permitem que algumas flutua es do vento sejam filtradas No entanto devido a terem excita o independente no caso de ocorrer um curto circuito a excita o continua a alimentar a m quina e esta contribui para o aumento de intensidade de corrente em regime transit rio 31 2 3 3 4 2 GERADOR S NCRONO DE MANES PERMANENTES Um outro tipo de geradores utilizados nas turbinas e licas os geradores s ncronos de manes permanentes devido s suas
125. terrestre faz com que os raios tenham um trajecto com maior ou menor massa de ar atravessada variando esta com a inclina o da Terra face ao Sol 17 26 4 a 2 5 y 4 wile _ 1 h gt Se 9 19 E o 79 1 IE 2 cose Y comprimento da sombra 5 37 Figura 14 Massa de ar atravessada pela radia o solar 17 O valor de massa de ar AM ser igual a 1 se 0 Isto acontece na zona do equador ao meio dia nos dias de equin cio 2 2 1 5 EQUIPAMENTOS DE MEDI O DE RADIA O SOLAR Para a medi o da radia o solar existes alguns equipamentos mais ou menos desenvolvidos para tal efeito tais como Piran metro mede radia o global Acton grafo mede e regista a radia o global Heli grafo mede regista o n mero de horas de insola o Piroheli metro mede radia o directa normal Existem tamb m outros equipamentos que usam foto c lulas como elemento sensor que apesar de baratos apresentam a desvantagem de n o possu rem uma resposta espectral adequada 2 2 1 6 RADIA O DO ALBEDO A radia o de albedo a frac o do fluxo da radia o solar incidente directa ou difusa devolvida em todas as direc es por reflex o ou difus o na superf cie de recep o Este valor uma no o pr tica e que corresponde reflect ncia de uma superf cie em t
126. ticas do tipo densidade de probabilidade ou seja a probabilidade de a velocidade do vento ser igual a um determinado valor Com isto o 62 n mero de ocorr ncias de cada velocidade m dia hor ria contado e expresso em fun o do n mero total de horas do per odo estudado de forma a se obter a descri o estat stica do regime de ventos no local No entanto necess rio que o per odo em an lise seja prolongado o mais poss vel de modo a incluir as varia es registadas de ano para ano Sendo assim a densidade de probabilidade representa a probabilidade de a velocidade do vento estar compreendida entre dois valores O problema est em definir a largura da faixa delimitada por esses mesmos valores No caso de ser demasiado apertada poder se correr o risco de pesar excessivamente velocidades do vento que ocorrem poucas vezes Se for demasiado larga prov vel que n o se contabilizem valores que t m um peso significativo na distribui o de velocidades Sendo assim costume encontrar o valor de 1 m s para a largura desta banda designada habitualmente por classe de vento 27 2 3 1 1 2 VENTO TURBULENTO No caso de vento turbulento a situa o mais dif cil de se analisar pois a turbul ncia atmosf rica uma caracter stica do escoamento e n o do flu do ou seja visualizar uma s rie de turbilh es tridimensionais de diferentes tamanhos a serem transportados ao longo do escoamento m dio A Figura 36 p
127. to mais importante o valor de pot ncia contratada que ir influenciar directamente o valor da tarifa que o Utilizador paga entidade distribuidora de energia local Para que este c lculo fosse poss vel consideramos que o distribuidor de energia local seria a EDP e portanto apresenta se em Anexo F uma Tabela disponibilizada pela EDP com o valor do tarif rio praticado por esta entidade para o ano de 2010 para Clientes de Baixa Tens o Normal BTN pois para o ano 2011 data de execu o deste trabalho ainda n o 123 foi poss vel apresentar esses mesmos dados Com esta condicionante torna se deveras importante informar o Utilizador que ser sempre necess rio actualizar a seguinte Tabela com os pre os praticados pelo distribuidor de acordo com o ano que o Utilizador estar a utilizar esta aplica o inform tica Tabela 22 C lculo de Tarifa 0 007 0 136 6 0 014 0 142 3 3 6 CALCULO DO PAYBACK Para que o c lculo do Payback seja poss vel necess rio que se calcule primeiramente o Cashflow que esta instala o em conjunto constitui Este indicador de rentabilidade do projecto Payback definido pelo per odo de tempo que um projecto leva a recuperar o capital inicialmente investido A sua f rmula geral a seguinte Capital Investido Cp Payback 3 23 Cashflow por unidade de tempo Por m esta f rmula geral pode sofrer algumas adapta es no c lculo do Cashflow
128. toriedade de certifica o energ tica de edif cios foi implementada 2 Pa s pioneiro a n vel mundial na cria o de uma rede de abastecimento de ve culos el ctricos 25 Tabela 3 MW s Instalados de Tecnologia Renov vel em Portugal 1 TOTAL HIDRA LICA E LICA BIOMASSA COM CO GERA O BIOMASSA SEM CO GERA O RES DUOS S LIDOS URBANOS BIOG S FOTOVOLTAICO ONDAS TOTAL Estes indicadores e metas apresentadas levam a crer que Portugal um dos Pa ses mais empenhados neste mbito portanto o desenvolvimento de novas tecnologias m todos ou at mesmo produtos algo que em Portugal tem apoio incondicional das entidades envolvidas Como prova disso o Pa s foi dado como uns dos exemplos a n vel mundial na produ o de energias verdes pelo The New York Times Portugal Gives Itself a Clean Energy Makeover 25 comprovando e dando um maior incentivo e estimulo realiza o desta disserta o 1 4 ENQUADRAMENTO A Directiva Europeia CE 96 92 conferiu uma reestrutura o no sector el ctrico no inicio da d cada de 2000 Com isto as actividades de transporte e produ o de energia passaram a ser asseguradas por diferentes entidades tornando a rede de transporte gerida por um nico gestor designado pelo governo respectivo Promoveu se com esta abertura de mercado o desenvolvimento da produ o descentralizada seja esta produ o tradicional realizad
129. tre 2010 29 Dewi 2009 30 V Quasching Understanding Renewable Energy Systems Earthscan 2005 31 Ackermann Wind Power in Power Systems John Wiley amp Sons 2005 32 A Estanqueiro T Sim es Aproveitamento de energia e lica em ambiente urbano constru do Renov veis Magazine n 2 2 trimestre 2010 33 http www bornay com index en html 34 P Gipe Energia E lica Pr tica Progensa 2000 35 J F Manwell Hybrid energy systems im Encyclopedia of Energy J Cleveland Ed New York Elsevier 2004 pp 215 229 36 Storage Systems Integration of Alternative Sources of Energy John Wiley amp Sons 2006 37 E e A Braunstein loss of power supply probability as a technique for designing stand alone solar electrical photovoltaic systems Power Apparatus and Systems IEEE Transactions on Maio de 1983 38 H Yang L Lu W Zhou A novel optimization sizing model for hybrid solar wind power generation system Solar Energy 2007 132 39 R Belfkira Nichita Reghem Barakat Modeling and optimal sizing of hybrid renewable energy system Power Electronics and Motion Control Conference Setembro de 2008 40 Borowy e 7 Salameh Methodology for optimally sizing the combination of a battery bank and pv array in wind PV hybrid system En
130. tudo h que ter sempre em aten o o valor limite de 3 68kW ou seja para se estar abrangido por este regime existe necessidade de cumprimento de certas condi es Este regime prev uma tarifa de refer ncia para a energia vendida rede de 650 MWh para os primeiros 10 MW de pot ncia instalada em microprodu o A cada 10 MW instalados a tarifa decresce 5 A pot ncia instalada tem um m ximo anual de 10 MW para o ano 2008 e este valor aumenta anual e sucessivamente em 20 A tarifa aplicada diferente para cada tipo de tecnologia de produ o sendo apresentada na seguinte Tabela as tarifas e a percentagem a aplicar tarifa de refer ncia assim como a f rmula de aplica o para a tarifa de venda quando se utiliza um de tecnologias mencionada no Decreto Lei n 363 2007 7 29 Tabela 4 Tarifas e a percentagem a aplicar tarifa de refer ncia 7 Tecnologia a aplicar tarifa de Tarifa kWh refer ncia Solar 100 0 650 E lica 70 0 455 H drica 30 0 195 Cogera o e Biomassa 30 0 195 Ty 1 0 7 0 3 1 0 5 1 Em que Tarifa de venda Tarifa de refer ncia Pot ncia Solar Pot ncia E lica Pot ncia H drica Pg Pot ncia Biomassa Limite de Produ o Solar LMEpp Limite de Produ o das restantes produ
131. turbinas nunca se encontram num posicionamento ptimo tal facto condiciona o desempenho m ximo destas turbinas Este medido em termos do coeficiente de pot ncia o qual calculado pela raz o entre a pot ncia til e a pot ncia incidente do escoamento n o perturbado e verifica se assim que a pot ncia m xima de uma VAWT cerca de 80 80 a efici ncia de uma HAWT O projecto de uma turbina e lica independentemente da sua pot ncia normalmente efectuado de forma adimensional O par metro fundamental de projecto do rotor chamada a velocidade especifica na ponta da p representada por a qual consiste na raz o entre a velocidade de escoamento n o perturbado e a velocidade tangencial devida rota o sentida na extremidade desta As turbinas e licas modernas apresentam valores de pr ximos de sete Nas aplica es e licas em ambiente densamente constru do ou seja em ambiente urbano as VAWT t m sido alvo de grande aplicabilidade Tal deve se sua constante orienta o ao vento ou seja devido sua especificidade de funcionamento sub ptimo independente da direc o do vento Esta vantagem das VAWT foi recentemente descoberta e deve se s caracter sticas de escoamento atmosf rico em ambiente urbano as quais passam por uma turbul ncia muito elevada e com marcada tridimensionalidade do escoamento devido presen a e perturba o introduzida pelos edif cios Devido marcada tridimensional
132. u o de energia essencialmente para auto consumo havendo a capacidade de entregar a energia excedente rede p blica ou a terceiros contudo a pot ncia de entrega n o poderia ser superior a 150 kW e o consumo pr prio ou fornecimento a terceiros representar no m nimo 50 da energia el ctrica produzida Contudo verificou se que o n mero de unidades de microgera o a funcionar ao abrigo deste decreto n o atingiu um n mero expressivo 4 27 O decreto lei 312 2001 estabelecia as condi es que permitiam que os novos centros electroprodutores do SEI pudessem enviar e receber electricidade das redes SEP No entanto este DL n o elegia nenhum tipo de distin o perante a pot ncia nominal ou localiza o geogr fica dos sistemas electroprodutores focalizando se assim administra o dos processos de licenciamento de micro e pequena dimens o 5 Portanto da necessidade da simplifica o do regime de licenciamento existente surgiu a cria o do SRM uma plataforma electr nica onde pode ocorrer o relacionamento entre microprodutor e administra o bem como um simples sistema de factura o com isen o de facturas e acertos de IVA pelos particulares que se encontram substitu dos pelos comercializadores Assim a transac o de capital d se de uma s vez englobando o resultado l quido do total consumido e produzido pelo microprodutor Neste sistema s o distinguidos dois regimes remunerat rios o regime geral apl
133. ute e arcos dos ngulos de azimute de Inverno e Ver o 17 35 Figura 12 Radia o Incidente num painel 36 Figura 13 Radia o Incidente em Portugal Continental 23 37 Figura 14 Massa de ar atravessada pela radia o solar 17 38 Figura 15 Exemplifica o de dopagem de uma c lula fotovoltaica 12 41 Figura 16 Deslocamento dos electr es devido ao efeito fotovoltaico 2 22222444 42 Figura 17 Efeito fotovoltaico 19 42 Figura 18 Sil cio monocristallino m Si 9 pa 43 Figura 19 Sil cio policristalino p Si 21 43 Figura 20 Sil cio amorfo LOL a 44 Figura 21 Modelo equivalente da C lula Fotovoltaica 17 45 Figura 23 Curva caracter stica I U de uma C lula Fotovoltaica 17 46 Figura 23 Curva caracter stica I U de um M dulo Fotovoltaico 17 46 Figura 24 Curva caracter stica de pot ncia de um M dulo Fotovoltaico 17 47 Figura 25 Curvas caracter sticas de pot ncia em fun o da radia o 17 47 Figura 26 Curvas caracter sticas 1 0 em fun o da temperatura 17 48 Figura 27 Curva caracter stica I U em fun o da temperatura 17 48 Figura 28 Representa o de C lula Modulo e Painel 19 22242
134. zona de vazio espectral contendo muito pouca energia associada permite tratar separadamente as duas componentes caracter sticas do vento e encarar a turbul ncia como uma perturba o ao escoamento quase estacion rio caracterizado por uma velocidade m dia velocidade m dia calculada com base num per odo que caia dentro do vazio espectral tipicamente entre 20 minutos e 1 hora e representa o regime quase estacion rio de energia dispon vel para a turbina A turbul ncia tamb m afecta a energia dispon vel mas de forma indirecta pois a turbina n o reage a flutua es r pidas na velocidade ou na direc o do vento A turbul ncia atmosf rica prejudica a convers o de energia principalmente devido s varia es na direc o do vento contudo o seu impacto bastante mais significativo ao n vel dos esfor os mec nicos a que a turbina fica sujeita pelo que a turbul ncia considerada um factor fundamental na constitui o de um projecto de turbinas e licas A instabilidade do vento significa que a pot ncia el ctrica tamb m flutuante embora numa gama de frequ ncias mais estreita pois a turbina funciona como um filtro passa baixo O car cter incerto desta caracter stica do vento leva a que se utilize processos que descrevam estatisticamente essa varia o 27 2 3 1 1 1 VENTO QUASE ESTACION RIO No caso das varia es lentas do vento a dificuldade pode ser ultrapassada recorrendo a distribui es estat s

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