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SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Sua aplicação & Viabilidade económica

1. Designac o Qtde Modelo Peco Pre o Unit rio Total 1 Sistema FV dependente Pry 2700 Wp Prv liga o 2400 W a M dulos policristalinos S Energy 12 SM 225 Wp b Inversor dependente SMA 1 SB 3800 2 120 7 2 120 7 c Contador est tico ACE 1 SE 7000 d Descarregador de sobrevoltagem DC e Disjuntor diferencial com rearmamento o autom tico f Estrutura de fixac o em aco galvanizado g Jogo de conex es h Cabo solar de ligac o ao campo de o colectores 1 Liga es el ctricas em DC j Montagem do sistema Valor global mbito do fornecimento 12 437 23 Valor final IVA 13 14054 07 2 Gerador e lico PNom 1200 W a Aerogerador RWP FA 1 R 2 5 FA 2 571 75 p 2 571 75 b Torre de 12 m com cabos de fixa o 1 742 95 b 742 95 c Mensagem e instala o 600 600 Valor global 3914 7 Valor final IVA 13 4423 61 Custo total do sistema FV h brido 18477 68 Tabela F 3 Custo do sistema FV dependente h brido de 3 6 kW 3900 Wp proposto para regime bonificado Fonte Vimasol FF Solar Revez Solar 186 Anexo F Propostas de sistemas FVs Refer ncias de precos da FF Solar Portugal dispon vel no s t
2. iara ARC emiss o impress o e deferimento 222525 Total 2 275 00 2 Valor adicional para carga perigosa baterias 200 00 200 00 3 Despacho de exportac o 80 00 80 00 4 Seguro FOB lt 50 000 00 75 00 75 00 5 Valor total aduaneiro da mercadoria 2 630 00 1 280 Kz 2 5 7 Camionagem 1 km desloca o 4000 Kz 35 Se FOB gt 50 000 00 Seguro FOB 0 15 Tabela H 1 Custo do transporte mar timo de um contentor de 20 p s de mercadorias desde o porto de Leix0es Lisboa at ao porto de Luanda Fonte BURMESTER amp STUVE Lisglobal 8 Factor de convers o monetaria 1 114 29 Kz Abril 2010 Grupo Tricos Angola Grupo Desco Angola Angop Angola Press EDEL ENE Servi os Nacional das Alf ndegas de Angola Lisglobal 194 Anexo I Produ o de electricidade e gases de efeito de estufa Anexo I Produc o de electricidade e gases de efeito de estufa m CO2 m CH4 m N20 B CFCs CFxClx Figura I 1 Distribui o mundial dos gases de efeito de estufa em 2007 Fonte Adapt EIA G s natural Petr leo Restantes combust o fontes 2 energ ticas 1 Figura I 2 Emiss o mundial de CO2 antropog nico em 2007 a partir da produ o de energia el ctrica Fonte Adapt EIA 195 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Fermentac o ent rica intestinal bovina e caprina E G s n
3. em zonas rurais podem ser muito competitivos 9 S o desvantagens dos sistemas FVs independentes os seguintes factores gt O seu elevado custo para instala es em zonas urbanas ou n o rurais O gt A sua pouca efici ncia relativamente aos sistemas FVs dependentes sem baterias quando a rede el ctrica p blica regista poucas falhas ou avarias gt Os seus elevados custos de manuten o resultantes da utiliza o obrigat ria de baterias Refer ncias bibliogr ficas 1 KEMP WILLIAM H The Renewable Energy Handbook A Guide to Rural Energy Independence Off Grid and Sustainable Living Ontario ATZTEXT PRESS 2005 p g 239 2 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p g 1 figura 1 1 3 Chiras Dan Sagrillo Mick Woofenden lan Power from The Wind A Pratical Guide to Small Scale Energy Production Gabriola island New Society Publishers NSP 2009 p gs 53 71 46 Sistemas energ ticos solares directos 4 C Geyer DGS LV Berlin BRB Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p g 6 figuras 1 15 1 16 5 Solar Energy International SED Photovoltaics Design and Install
4. 6 THE SUN IS THE CENTER of our solar system The energy it releases warms our planet and powers all life on earth Adapt Ramlow e Nusz 2009 24 Aproveitamento solar pela ac o das for as gravitacionais Possui um di metro aproximado de 1 39 x 10 m uma massa aproximada de 1 989 x 10 kg e as temperaturas e press es no seu centro chegam a atingir n veis elevad ssimos de 15 6 x 10 K e 25 x 10 atm respectivamente A exist ncia destes elevados n veis de temperatura e press o no seu centro provoca a ocorr ncia de processos de fus o nuclear que basicamente s o processos reactivos fortes de jun o de n cleos que ocorrem no n cleo solar e provocam a transforma o de tomos de hidrog nio H em h lio He de forma maneira cont nua e sucessiva libertando grandes quantidades de energia M energia emitida pelo sol e que chega at a superf cie terrestre produzida no centro ou n cleo solar num processo que pode ser descrito simplificadamente da seguinte maneira gt No n cleo solar 7 x 10 kg de hidrog nio s o convertidos em 695 x 10 kg de h lio em cada segundo libertando 5 x 10 kg de energia sob a forma de raios gama 2 equivalentes a 3 86 x 10 J de energia os raios gama produzidos emitem frequ ncias elevadissimas da ordem de 1 x 10 Hz e comprimentos de onda A da ordem de 1 x 10 nm gt Os raios gama propagam se at a superf cie do sol
5. IVA 13 3 727 07 Valor total da proposta 32 396 83 Tabela F 4 Custo do sistema FV independente de 3 68 kW 4500 Wp proposto Fonte Vimasol Capacidade T 25 C Cuom 800 Ah 1 80 V C Cio 915 Ah 1 80 V C Cu 1063 2 Ah 1 83 V O Cso 1145 Ah 1 85 V C Cioo 1220 Ah 1 85 V C Custo 525 84 bateria 12620 16 24 baterias 14 260 78 24 baterias IVA 13 187 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Custo estimado de manuten o das baterias ao longo do seu ciclo de vida 1000 Portugal 2000 Angola Custo Sistema FV Portugal 32 396 83 450 287 06 1000 34 133 89 Designac o Qtde Modelo P U Total 1 Sistema FV dependente Pry 10080 Wp a M dulos policristalinos S Energy 48 SM 225 Wp b Inversor independente SMA Mini Central 2 5000 5000 A EES n 96 1 A ESS c Inversor independente SMA Sunny island 1 SI 5048 5048 n 95 3 kW lt Prvwom lt 100 Kw d Baterias Hoppecke 12 48 OpzS 1200 e Contador est tico Actaris 1 SL 7000 f Descarregador de sobrevoltagem DC g Disjuntor diferencial com rearmamento 1 autom tico h Estrutura de fixa o em a o galvanizado qq 1 Quadro el ctrico de
6. e Custo total de liga o 2459 67 14768 17228 12 20 Comparando o valor da ltima express o com o valor do custo total estimado do sistema FV independente que se encontra representado no anexo G que de 34133 06 chega se conclus o que a liga o rede el ctrica apresenta se como a melhor alternativa pois permite ao consumidor poupar 16905 O que confirma o que foi dito nos cap tulos iniciais desta disserta o em rela o pouca competitividade dos sistemas FVs independentes para instala es situadas a menos de meio quil metro das instala es da rede el ctrica p blica Aplica o de um gerador e lico A aplica o de um gerador e lico oferece a possibilidade de redu o do custo elevado do sistema FV resultante da exist ncia de um banco dispendioso de baterias no entanto como foi poss vel verificar no cap tulo anterior os aerogeradores n o garantem autonomia total rede el ctrica dom stica uma vez que o vento regista ainda que poucas vezes velocidades inferiores a 3 m s durante aproximadamente 10 horas globais di rias na regi o de Famalic o Portanto a aplica o de baterias para os sistemas FVs independentes sempre necess ria por m a inclus o de um gerador e lico permite instalar baterias de menor capacidade e consequentemente menos dispendiosas Para uma autonomia de 10 horas as baterias teriam de ter a seguinte capacidade Cio 2
7. o que torna a aplica o de diodos e rel s desnecess ria 8 7 6 Controladores de rasteio de ponto de pot ncia m xima PPM Como o pr prio nome indica estes controladores seguem o ponto de pot ncia m xima do gerador FV ao longo do dia com o objectivo de fornecer o m ximo poss vel de energia solar as baterias Estima se que as perdas energ ticas nos controladores sem rastreio de PPM possam situar se entre 10 a 40 U O princ pio de funcionamento de um controlador de rasteio de PPM MPPT Maximum Power Point Tracker pode ser 9 14 observado no esquema da figura 8 o MPPT basicamente consiste num conversor regulador de corrente cont nua DC DC que efectua o processo de regula o aproximadamente por cada cinco minutos ao longo da curva caracter stica I V do gerador 12 FV e determina a pot ncia no PPM posteriormente o conversor DC DC que 94 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga estatisticamente possui uma efici ncia compreendida entre 90 e 96 configurado de maneira a obter a pot ncia m xima ptima do gerador FV e ajustar este valor a tens o das baterias A aplica o de um MPPT s tem sentido t cnico econ mico para sistemas FVs com pot ncias de pico iguais ou superiores a 500 Wp pois para sistemas FVs de menor pot ncia as perdas de convers o registadas no inversor s o geralmente superiores aos ganhos que o controlador regist
8. Value Added Tax IV A VAWT Vertical Axis Wind Turbine Turbina e lica de eixo vertical VLD Vapour L quid Deposition Deposic o vapor l quido DVL W Watt Wh Watt hora z Altitude Wp Watt de pico ZnO xido de zinco ZW zettawatt 1x10 W ZWh zettawatt hora 1x10 Wh y ngulo de inclina o da radia o solar directa declina o solar A taxa de varia o anual di metro nrv efici ncia fotovoltaica ny efici ncia do inversor np efici ncia da bateria rg c efici ncia do regulador de carga comprimento de onda um micrometro 1 x 10 m p massa vol mica densidade relativa velocidade angular xxvli Cap tulo 1 Introduc o Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 1 Introduc o A utilizag o dos recursos energ ticos de maneira eficiente constitui a base do desenvolvimento industrial de qualquer pa s desenvolvido em vias de desenvolvimento ou mesmo subdesenvolvido Consideram se recursos energ ticos os recursos naturais ou artificiais que podem servir de fonte para a produ o energ tica A energia o sustento da sociedade moderna Sem energia a vida da y le sociedade moderna como se conhece seria praticamente imposs vel ou seja pode se dizer que a energia o cora o e o pulm o da sociedade moderna pois o desenvolvimento indus
9. 103 9 4 2 Inversores dependentes autocontrolados seen 103 9 5 Formas conceitos de instala o dos inversores ccccccnnonoooconnnnnnnnnnnnnannncnoncnnnnnnnnnns 104 95 1 Concerto de inversor central nee tbt as 104 9 5 2 Conceito de inversor s rie string e submatriz ooocccccnccnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnos 105 9 5 3 Conceito de inversor mestre escravo esseeeeeeeeeeeeeeeee nennen 105 9 6 Inversores independentes eie roter tte Inte nesecita 106 9 7 Inversores dependentes com baterias ems ii 106 9 8 Dimensionamento especifiCacdo ccccccnnnononcconnnonononnnanannnnnncncnnnanannnnnnnnnnnnnnnnnnnns 107 OSL Inversores independentes eec pese RERO pea IRR PRESE eb SEE bg C eni N eR Ee bet 107 9 8 2 Inversores dependentes com baterias cccccnnnnnooccccnononononnnanannnononcconananananannns 107 Refer ncias bibliogr ficas narnia ceara a tado 108 10 Sistemas enereeticos eOlicos ao oe or bd ende eee ad ee ees 110 10 1 Vantagens e desvantagens dos sistemas e lICOS ooooooococccnncccnononananncnnnononnnnnann nacos 110 10 2 Produ o de energia e lica e campos energ ticos e licos usus 111 10 2 1 Produ o eolica cestas inicia ge ua d Red oae tia Vache Se 111 10 2 2 Potencia eolica reali ed siso EHE a e E eio taies 111 10 5 CF VeRO tco iS AAA A E A EA RI 113 IAS ou c RT 113 10 3 2 Pontos regi es de disponibilidade de ventos 115 10 3 3 Ventos prejudiciai
10. concession ria da rede el ctrica p blica EDEL Empresa de Distribui o de Electricidade de Luanda EDP Empresa de Distribui o de Electricidade de Portugal ENE Empresa Nacional de Electricidade Angola ERSE Entidade Reguladora do Sector El ctrico Portugal EVA Etileno Vinil Acetato EW exawatt 1x10 W EWh exawatt hora 1x10 8 Wh f frequ ncia Fe Ferro FA for a de arrasto FET Field Effect Transistor transistor de efeito de campo FF Form Factor factor de forma xxi Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica FMI Fundo Monet rio Internacional FE fluxo de entrada de capitais FS fluxo de sa da de capitais FV s Fotovoltaico s Fotovoltaica s Ga G lio Gas gasolina GaAs arsenieto de g lio GHG GreenHouse Gases Gases de Efeito de Estufa GEE GW gigawatt 1x10 W GWh gigawatt hora 1x10 Wh h altitude altura solar hsm altura solar ao meio dia h altitude H Hidrog nio HAWT Horizontal Axis Wind Turbine turbina e lica de eixo horizontal He H lio Hub elemento central concentrador Hz Hertz in inch polegada in polegada quadrada in x in I intensidade de corrente el ctrica Ica intensidade de corrente el ctrica alternada Icc intensidade de corrente el ctrica de curto circuito Ip corrente do diodo semicondutor
11. oooooocnccccnnnnnnnnnononoccnnnnnnnnnnnnonocnnnnnnnnns 55 5 5 Aplica o de contactos frontais e traseiros renan 55 5 6 C lulas solares de pelicula TM iin cose ei eoo bs e ERR REPRISES ER ARE ENEEES RAE eg ind 56 5 6 1 C lulas solares de pel cula fina de sil cio amorfo esses 57 5 6 2 C lulas solares de disselenieto de cobre e ndio CLS 58 IX Sistemas fotovoltaicos sua aplicag o amp viabilidade econ mica 5 6 3 C lulas solares de pel cula fina de telurieto de c dmio CdTe 59 5 7 Propriedades el ctricas das c lulas solares comportamento el ctrico 60 5 7 1 Diagrama de circuito el ctrico equivalente das c lulas solares 60 5 7 2 Efeito da sensibilidade do espectro luminoso nas c lulas solares 60 5 7 3 Condi es de teste padr o CTP das c lulas solares eessssse 61 5 7 4 Depend ncia I V com a varia o da intensidade da radia o solar 62 5 7 5 O Efeito da temperatura nas c lulas solares i irei 62 5 7 6 Factor de forma das c lulas solares Dunia iia 63 5 7 7 Efici ncia el ctrica das c lulas m dulos solares sess 64 Referencias bIDIOPraliC as ooo A stu u CU E a A 64 Oc C mOUUO soa A A M uh e Eoi 68 6 1 Tipos de modulos VS apro essas saias pee eae RR DUE to EU pe Qu peau Oi pni 68 6 1
12. ou seja at finais do ano em curso os custos dos sistemas fotovoltaicos de pequena e grande escala decrescer o respectivamente 43 e 42 relativamente ao per odo de 1999 Para o per odo que vai de 2010 at 2020 prev se uma redu o total nos custos dos sistemas FVs de aproximadamente 50 Per odo ano Varia o total Custo do sistema FV k kW 1999 2010 2020 1999 2010 1999 2020 2010 2020 Pequena escala 2 6 kWp 7 2 4 1 2 1 43 71 5 50 Grande escala 592 kWp 5 0 2 9 1 5 42 70 0 48 Tabela 2 6 Estimativas de custos dos sistemas FVs de pequena e grande escala desde 2010 at 2020 Fonte Adapt Sustainable Energy Commission German Bundestag 2002 Na tabela 2 7 pode se verificar que relativamente aos periodos de 2004 e 2007 a capacidade fotovoltaica instalada mundial em 2008 teve respectivamente crescimentos 18 A energia no contexto mundial actual anuais de aproximadamente 47 e 69 Em rela o a capacidade instalada individual a Alemanha lidera seguida da Espanha e Jap o Portugal ocupa a nona posi o Capacidade instalada MW A 96 Quota Posic o Pa s Regi o 2004 2007 2008 2007 2008 2004 2008 2008 1 Alemanha 1044 3998 5498 37 5 51 5 40 9 2 Espanha 37 4 630 2 3291 2 422 206 24 5 3i Jap o 1132 1918 9 2148 9 12 0 17 4 16 0 eu Portugal 2 70 18 2 68 2 275 124 0 51 n To
13. por absor o e reemiss o a temperaturas sucessivamente mais baixas at atingirem a superf cie do sol sob a forma de luz vis vel emitindo frequ ncias mais moderadas da ordem de 1 x 10 Hz e maiores comprimentos de onda da ordem de 1 x 10 nm gt A energia emitida pelo sol e que chega superf cie terrestre sob a forma de radia o emitida em todas as direc es e depende fundamentalmente da dist ncia que vai desde a superf cie solar at a superf cie terrestre tamb m conhecida como unidade astron mica UA que apresenta um valor aproximado de 149 6 x 10 m ou seja 1 UA 149 5 x 10 m 1 495 x 10 km 2 A energia solar que chega a superf cie terrestre recebe o nome de radia o irradia o solar ou insola o solar e referenciada em W m A radia o solar m dia que chega no espa o exterior a atmosfera terrestre de aproximadamente 1367 W m mas quando atravessa as v rias camadas da atmosfera terrestre uma parte da luz vis vel e da radiag o perdem se por absorg o ou outros fen menos em regides espec ficas do espectro diminuindo consideravelmente a sua intensidade Na pr tica a UA n o tem um valor constante devido aos movimentos de translag o e rotag o que a terra efectua em torno do sol e do seu eixo logo o valor da radiag o solar tamb m n o constante Estima se que a 25 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp via
14. 110 Sistemas energ ticos e licos seu movimento de rota o tal lan amento pode representar perigo de les o para pessoas e ou animais ou danos em objectos que se encontram nas proximidades 10 2 Produ o de energia e lica e campos energ ticos e licos A quantidade de energia produzida pelos sistemas e licos depende em primeira inst ncia dos campos energ ticos e licos dispon veis que referem se a quantidade m dia m xima de velocidade ou disponibilidade ventosa que uma determinada regi o possui 10 2 1 Produ o e lica A energia de um sistema e lico depende da quantidade de energia produzida pela turbina do sistema que determinada a partir da express o Prurpina Proror Pe Y xp x A x v W 10 1 Onde p Massa vol mica do ar atmosf rico em kg m A rea varrida pelas p s do rotor em m v Velocidade do vento em m s 10 2 2 Pot ncia e lica real A express o 10 1 representa na verdade a quantidade de energia produzida a partir dos ventos a montante upstream ou na entrada da turbina e lica ou seja Par MONTANTE PE Y x px Ax y W A pot ncia e lica real e efectiva da turbina e lica fornecida pelo c lculo global ou soma alg brica das pot ncias dos ventos de entrada e dos ventos de sa da ou ventos a jusante downstream das turbinas Portanto Pe x px Ax v vo WO 10 2 Onde vo
15. 22 gt N mero de p s do rotor Duas p s Tr s pas gt Posicionamento do rotor em rela o ao vento Em direc o ao fluxo do vento upwind Em direc o contr ria ao fluxo do vento downwind gt Mecanismo de transmiss o de energia Transmiss o directa direct drive EE E A 22 Transmiss o por meio de caixa de velocidades mec nica gear drive 10 6 2 Eixo de rotac o do rotor Esta classifica o das turbinas e licas feita em fun o do eixo em que as p s do rotor efectuam o seu movimento de rota o e da posi o relativa das p s em rela o a direc o do fluxo do vento Neste crit rio as turbinas podem ser de eixo vertical ou de eixo horizontal por m nesta disserta o apenas ser o abordadas extensivamente as turbinas de eixo horizontal HAWTs ou aerogeradores Na turbina e lica de eixo vertical VAWT as p s do rotor efectuam o movimento de rota o em torno do eixo vertical As 122 Sistemas energ ticos e licos VAWTs sao caracterizadas pelos modelos Darrieus Savonius e o modelo h brido que p 5 z 22 uma combina o dos dois modelos anteriores Turbinas E licas de Eixo Horizontal Aerogeradores HAWTSs Nestas turbinas o eixo de rota o do rotor horizontal relativamente ao solo e paralelo em rela o ao fluxo dos ventos Nos aerogeradores o veio central do rotor e o gerador el ctrico est o localizados numa
16. 26 7 GJ Ton 75700 BTU Gallon 1 HHV High Heating Value 23 4 MJ L 84000 BTU Gallon 89 MJ Galon 1 t Bioetanol 0 64 toe 1 m Bioetanol 0 51 toe Biodiesel 1 Tonelada m trica 37 8 GJ Densidade media 0 88 g mL 1 LHV 33 3 MJ L 1 HHV 35 7 MJ L 1 t Biodiesel 0 86 toe 1 m Biodiesel 0 78 toe Diesel amp Gasolina 1 t Diesel 1 01 toe 1 m Diesel 0 98 toe 1 t Gasolina 1 05 toe 1 m Gasolina 0 86 toe M ltiplos e subm ltiplos deca da 1 x 10 198 Anexo J Factores de convers o de unidades e m ltiplos e subm ltiplos hecto h 1 x 10 quilo k 1 x 10 mega M 1 x 10 giga G 1 x 10 tera T 1 x 10 peta P 1 x 10 exa E 1 x 10 zeta zetta Z 1 x 10 iota yotta Y 1 x 10 deci d 1 x 107 centi c 1 x 10 mili m 1 x 10 micro n 1 x 10 nano n 1 x 10 pico p 1 x 10 fento femto f 1 x 107 ato a 1 x 1075 zepto z 1 x 10 yocto y 1 x 107 199 Anexo K Representa o de tabelas e respectivas f rmulas utilizadas para a sua execu o a partir do Microsoft Excel 2007 Anexo K Representac o de tabelas e respectivas f rmulas utilizadas para a sua execuc o a partir do Microsoft Excel 2007 Consumo TW Per odo Varia o anual Fonte energ tica_ 1980 Petr leo 558 dsa Hocaya fca aaa 100__ 04 S0 12 100 Carv o 38 AN 05 c5 2 2 1 100 CS B5 1 24 1 100 G
17. Actualmente a economia mundial tem como base os combust veis f sseis que s o formados pelo petr leo carv o e g s natural Estes combust veis preenchem as principais necessidades energ ticas mundiais como pode se observar atrav s dos dados apresentados na tabela 2 1 em que verifica se o seguinte os combust veis f sseis representaram mais de 80 do total energ tico consumido em 2006 sendo o petr leo o mais representativo com aproximadamente 36 seguido do carv o com aproximadamente 27 e o g s natural com aproximadamente 23 tamb m f cil de ver nesta tabela que os recursos energ ticos alternativos foram os recursos energ ticos que registaram a maior taxa de crescimento anual com aproximadamente 9 2 entre 2004 e 2006 contudo com menor representatividade com apenas aproximadamente 1 ainda importante referir a import ncia da energia hidroel ctrica que em 2006 representou quase 90 do total de consumo das energias renov veis que por sua vez representaram 7 3 do total do consumo energ tico mundial 2 1 1 Fontes prim rias de energia As fontes energ ticas s o geralmente classificadas em prim rias e n o prim rias ou secund rias segundo dois crit rios de classifica o crit rio da sustentabilidade e crit rio da deriva o ou autonomia Crit rio da sustentabilidade As fontes energ ticas prim rias possuem a capacidade de satisfazer as necessidades energ tica
18. UNIVERSIDADE LUS ADA DE VILA NOVA DE FAMALICAO FACULDADE DE ENGENHARIA TECNOLOGIAS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Sua aplicac o amp Viabilidade econ mica Mandume Licumbi Peliganga Disserta o submetida para a obten o do Grau de Mestre em Engenharia e Gest o Industrial Vila Nova de Famalic o Novembro de 2010 Universidade Lus ada de Vila Nova de Famalic o Faculdade de Engenharia amp Tecnologias SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Sua aplicac o amp Viabilidade econ mica Mandume Licumbi Peliganga Dissertac o submetida para a obtenc o do Grau de Mestre em Engenharia e Gest o Industrial Orientadores Professor Doutor Rui Gabriel Ara jo de Azevedo Silva Professor Doutor Jos Manuel Santos Cruz Vila Nova de Famalic o Novembro de 2010 Dedicat ria Dedico esta dissertag o ao meu pai Ludg rio De Jesus Florentino Peliganga e a minha m e Em lia Licumbi Abra o por me terem apoiado incondicionalmente ao longo desta etapa acad mica com muito amor e carinho 111 Agradecimentos Em primeiro lugar gostaria de agradecer Universidade Lus ada de Vila Nova de Famalic o por me ter dado a oportunidade de realizar esta dissertag o com sucesso Gostaria tamb m de agradecer aos meus orientadores Professor Doutor Rui Gabriel Ara jo de Azevedo Silva e Professor Doutor Jos Manuel Santos Cruz por terem efectuado uma orientac o exemplar indo para al m da obrigatoriedade profissional com
19. gt Introdu o assim sendo a pesquisa e investiga o de sistemas fotovoltaicos e e licos assume uma import ncia fulcral para o seu desenvolvimento energ tico industrial e econ mico 1 2 Objectivos S o objectivos desta disserta o gt O estudo e an lise da viabilidade econ mica da aplica o dos sistemas fotovoltaicos em Angola e a sua compara o com os geradores el ctricos que representam actualmente a sua maior fonte energ tica m vel tanto em sistemas el ctricos dom sticos dependentes como em sistemas el ctricos dom sticos independentes Uma vez que o estudo de viabilidade econ mica da aplica o dos sistemas fotovoltaicos em Angola ser feito com base na performance destes sistemas em Famalic o o estudo da viabilidade econ mica dos sistemas fotovoltaicos tanto dependentes como independentes nesta regi o tamb m assume particular import ncia mas neste caso ao inv s dos geradores el ctricos a compara o ser feita com a rede el ctrica p blica gt A descri o detalhada dos dispositivos e equipamentos mais importantes que comp em os sistemas fotovoltaicos seja qual for a an lise econ mica a ser realizada sobre um projecto investimento exige se o conhecimento das especificac es deste projecto investimento ou seja as suas caracter sticas intr nsecas No caso de projectos de engenharia ou t cnicos como o caso dos sistemas fotovoltaicos uma vez que representa
20. A e a sua tens o m xima que a tens o em circuito aberto possui um valor compreendido entre 0 5 a 0 6 V B 61 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 5 7 4 Depend ncia I V com a variac o da intensidade da radiac o solar A radia o solar tem uma rela o de proporcionalidade directa com a intensidade de corrente da c lula solar isto quanto maior for o valor da intensidade de radiac o solar maior ser o valor da corrente el ctrica de sa da da c lula No caso da tens o da c lula n o se verificam varia es consider veis com a varia o da intensidade de radia o solar Uma vez que por defini o a pot ncia el ctrica de um circuito el ctrico directamente proporcional a sua tens o e corrente isto P Ux I ent o a pot ncia el ctrica produzida por uma c lula FV tamb m ser directamente proporcional a sua tens o e corrente e tendo em conta que a corrente el ctrica da c lula varia directamente com a intensidade de radia o solar a pot ncia el ctrica produzida pela c lula tamb m variar na mesma raz o com a intensidade de radia o solar 5 7 5 O Efeito da temperatura nas c lulas solares A corrente el ctrica de uma c lula FV varia directamente com a sua temperatura we 1 enquanto a sua tensao inversamente sg Ou seja se a temperatura da superf cie de uma c lula sofrer um incremento AT a Icc desta c lula sofrer um acr scimo dire
21. AM como pode se observar na figura 3 2 que apresenta as varia es dos valores da radia o solar antes e depois de atravessar a atmosfera terrestre ou seja AMO e AM gt 0 respectivamente Nesta figura o gr fico em preto escuro corresponde s varia es da radia o solar ao longo do espa o ou no exterior da atmosfera isto ao espectro AMO enquanto o gr fico em preto claro corresponde s varia es da radia o solar no interior da superf cie terrestre AM gt 0 mais precisamente em regi es do espectro AM 1 5 no interior da superf cie terrestre AM gt 0 o menor AM ocorre quando a altitude solar perpendicular superf cie terrestre que se verifica no equador figura 3 3 O portanto no equador verifica se AM 1 sin 90 1 AMI 3 12 AMI corresponde a altitude solar no equador durante o per odo nocturno do Outono ou Primavera O 30 Aproveitamento solar 1000 3000 4000 Comprimento de onda nm E e nel N E pa we o a o o ay o o ec Figura 3 2 Espectro solar no exterior AMO e no interior AM gt 0 da atmosfera terrestre Fonte Adapt Krebs Frederik C Radiag o solar no equador Como consequ ncia das varia es do AMO e da UA o valor da constante solar m xima tamb m varia mas anualmente apresenta um valor m dio Considera se como valor m dio da radiag o solar o valor da constante solar sujeito percentagem m xima de absor o quand
22. FVs produziram as seguintes pot ncias el ctricas 1 M dulo gerador FV monocristalino gt Pot ncia W M dia 10 24 M xima 28 68 Minima 0 2 M dulo gerador FV policristalino gt Pot ncia W M dia 7 54 M xima 21 68 M nima 0 41 136 Desempenho dos sistemas FVs 11 2 1 Quantidades energ ticas reais produzidas pelos m dulos geradores FVs Com base nos valores de pot ncia determinados no ponto anterior ser o produzidas as seguintes quantidades energ ticas a EMONOCRISTALINO 0 029 kW x 3 2 h dia x 0 749 0 07 kWh dia 25 4 kWh ano b EPOLICRISTALINO 0 022 kW x 3 2 h dia x 0 749 0 053 kWh dia 19 2 kWh ano Ou seja os m dulos monocristalinos e policristalinos ir o produzir respectivamente aproximadamente menos 67 e menos 74 de energia 11 2 2 Rendimento e efici ncia real dos m dulos FVs Com base nos dos do PVGIS sabe se que para o m s de Novembro a radiac o solar di ria na regi o de Famalic o com pain is geradores FVs cristalinos com uma 2 2 e um valor m dio de inclinag o fixa de 35 possui um valor m ximo de 496 W m 355 459 W m logo os geradores FVs do sistema FV h brido em estudo caso estejam a funcionar eficientemente dever o produzir as seguintes pot ncias el ctricas nominais a M dulo gerador FV monocristalino Prymax 0 165 x 496 W m x 0 547 m 44 77 W Prym nra 0 165 x 355 459 W m x 0 547 m 32
23. SnO di xido de estanho SCR Sillicon Controlled Rectifiers Rectificadores controlados de sil cio SEFV Safety Extra Low Voltage XXV Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica STC Standard Test Conditions Condi es de Teste Padr o CTP T temperatura absoluta na escala Kelvin TCO Transparent Condutive Oxide Oxido Condutor Transparente OCT Tor tempo de funcionamento em horas dos geradores el ctricos Ti Tit nio TiO di xido de tit nio titania TIR Taxa Interna de Retorno Rentabilidade tu coeficiente de nebulosidade da radia o solar difusa TW terawatt 1x10 W TWh terawatt hora 1x10 Wh UA Unidade Astron mica Upstream correntes de ar a montante ventos de entrada Upwind alinhamento posicionamento com a direc o do fluxo do vento USD United States Dollar d lar dos EUA UV ultravioleta V Volt v velocidade Vca tens o em corrente alternada Vp tens o no diodo semicondutor V pigs volume de combust vel consumido pelo gerador el ctrico a gas leo V pc tens o em corrente cont nua VAL Valor Actual L quido Veas volume de combust vel consumido pelo gerador el ctrico a gasolina xxvi Lista de s mbolos acr nimos e abreviaturas R receitas em euros ganhas com o payback do investimento em sistemas FVs Voc tens o em circuito aberto VAT
24. Tendo em conta que Ca depende das dimens es dos objectos ent o para uma mesma intensidade ventosa quanto maiores forem as dimens es dos objectos maior ser a intensidade das turbul ncias amp Na tabela 10 1 est o representados valores para o coeficiente de atrito superficial das superf cies mais importantes e nela constata se que as superf cies dos lagos e oceanos apresentam o menor coeficiente de atrito enquanto as superf cies das zonas citadinas ou urbanas o maior Tipo de superf cie Terreno Valor do coeficiente de atrito superficial a Lagos oceanos solos lisos 0 1 Relva alta 0 15 Planta es altas e arbustos 0 2 Campo com muitas rvores 0 25 Vila com algumas rvores e arbustos 0 3 reas urbanas com pr dios 0 4 Tabela 10 1 Coeficientes de atrito superficial das principais superf cies Fonte White Frank 10 3 5 Medi o da intensidade dos ventos A medi o da intensidade dos ventos pode ser efectuada directamente atrav s de medi es directas no local ou indirectamente atrav s de dados colhidos nas esta es meteorol gicas regionais aeroportos ou aer dromos locais mapas de ventos pr elaborados ou ainda atrav s da utiliza o de servi os dispon veis em tempo real online 2 Na pr tica as medi es directas s o de longe o m todo mais eficiente e preciso para obten o de dados dos ventos de uma determinada regi o 117 Sistemas fotovoltai
25. Wh NC n mero de ciclos NOCT Nominal Operating Cell Temperature temperature nominal de funcionamento de uma c lula FV NPV Net Present Value VAL O Oxig nio Os ozono OECD Organization for Economic Co operation and Development organiza o para co opera o econ mica e desenvolvimento OC Open Circuit circuito aberto P F sforo P pot ncia el ctrica Pry pot ncia el ctrica produzida pelo gerador FV Pg pot ncia el ctrica produzida pelo gerador e lico aerogerador Payback prazo per odo de recupera o Pt Platina PH hidreto de f sforo fosfina fosfano PTFE politetrafluoretileno Teflon xxiv Lista de s mbolos acr nimos e abreviaturas PW petawatt 21x 10 W PWh petawatt hora 1x10 Wh PVB Polivinil Butiral Polivinil Butino QE quadro de entrada de circuitos el ctricos ou alimenta o el ctrica QG quadro geral de distribuig o de circuitos el ctricos Qc quantidade de carga Qp quantidade de descarga rpm rota es por minuto Ri resist ncia interna Rp resist ncia em paralelo RTIEBT Regras T cnicas de Instala es El ctricas em Baixa Tens o R resist ncia em s rie S Enxofre Seg segundo Se Sel nio Si Sil cio SiN nitreto de sil cio SiO xido de sil cio silica metal rgica SiO di xido de sil cio s lica industrial Sn Estanho
26. controladores s rie ssse 93 8 7 4 Controladores desviadores eit da dt 94 8 7 5 Controlares de carga de pulso com largura modulada PWM 94 8 7 6 Controladores de rasteio de ponto de pot ncia m xima PPM 94 8 7 7 Controladores de redu o de Tens o eene 95 8 8 Especifica o dimensionamento dos controladores de carga 96 8 8 1 Controlador de carga Convencional essere 96 8 5 2 Controlador MPPT eroi ie ep Ha ER ON e dite i E neis 96 Referencias DIDROSTATICAS till 96 EM ncc e UT 100 9 1 Caracter sticas gerais dos inversores oococonooocccnononannnnnnonannnnnnnnnnncnnnnnnnnnnnnnnannnnnnnnass 100 9 2 Tipos de INC ESOTES id D ote e A datu AA 100 9 3 Inversores quanto a forma de Onda nics iS ias 101 9 3 1 Inversores de onda quadrada eor PERIERE Eee II sepndenegedsguaaneassesgse 101 9 3 2 Inversores de onda quadrada modificada esses 101 9 3 3 Inversores de ondas sinusoidais ooocnnnoocccnnnnonnnnnononnnnnnnnnonnnnnonannnnnnnnnnnnncnnnnnnnos 101 xi Sistemas fotovoltaicos sua aplicag o amp viabilidade econ mica 9 3 4 Inversores de ondas sinusoidais modificadas eese 102 9 4 Inversores dependentes s eode t ste E as 102 9 4 1 Inversores dependentes controlados pela rede el ctrica
27. desactivag o do gerador FV quando as baterias atingem um valor m ximo pr estabelecido que se designa por ponto de encerramento de carga CTSP Charge Termination Set Point O gerador FV automaticamente reconectado assim que baterias atingem um valor m nimo pr estabelecido designado por ponto de retoma de carga CRSP Charge Resumption Set Point Estes controladores ao inv s de utilizarem um diodo bloqueador para interromper o circuito e evitar a ocorr ncia da corrente de sentido inverso utilizam um rel ou trans stor 9 Os controladores s ries possuem uma locomo o ptima resultante das suas pequenas dimens es e s o muito econ micos para al m disso possuem uma maior capacidade de suportar cargas que os controladores paralelo e n o necessitam de muita ventila o gt contudo registam perdas energ ticas permanentes no sentido directo e possuem um estado oscilat rio resultante das constantes opera es de desactiva o e activa o nos pontos de CTSP e CRSP 1 Gerador FV 2 Regulador de carga 3 Baterias Figura 8 8 Princ pio de funcionamento de um regulador de carga s rie Fonte Adapt Quascining V 93 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 8 7 4 Controladores desviadores Este tipo de controlador de carga regula automaticamente a corrente de carga em fun o do SOC das baterias atrav s do desvio da carga excessiva para uma carga resisti
28. entre si nestas liga es cada electr o de val ncia de um tomo de sil cio liga se quimicamente ao electr o de val ncia do tomo vizinho formando assim um par electr nico com o objectivo de poder atingir a estrutura de um g s nobre e tornar se quimicamente inerte pois os gases nobres possuem oito electr es na sua ltima camada e n o reagem quimicamente ou seja s o quimicamente inertes 0 contudo sob a acc o do calor proveniente da luz solar os pares electr nicos s o desfeitos o que provoca a movimenta o livre de um dos electr es que deixar um espa o vazio na estrutura da rede cristalino este processo denomina se condutibilidade intr nseca ou autocondu o 6 por m n o suficiente para gerar electricidade O Para que o sil cio possa gerar electricidade s o lhe introduzidas de forma deliberada impurezas ou tomos de inclus o contamina o de boro B e f sforo P na sua estrutura cristalina O que actuam como agentes de ligac o do sil cio isto o Boro pertence ao grupo IIIA da tabela peri dica 6 logo possui tr s electr es de val ncia e o f sforo ao grupo VA isto possui cinco electr es de val ncia Portanto quando os tomos de inclus o s o introduzidos na rede cristalina do sil cio ligam se quimicamente com os tomos deste para atingir oito electr es e obter a estrutura de um g s nobre nestas liga es haver sempre um vazio para cada tomo de boro e um
29. es com boa 76 Sistemas de montagem dos geradores FVs disponibilidade de radia o solar a aplica o de um sistema FV rastreador pode n o ser muito rent vel pois o ganho energ tico solar pode n o ser significativo e logo n o justificar o elevado custo que um sistema FV seguidor geralmente possul 7 3 Associac es externas em coberturas planas As coberturas planas oferecem por ventura a possibilidade de instalac o de sistemas FVs associados externos com melhor efici ncia pois para al m de possu rem maior facilidade de instala o tamb m podem orientar se com maior precis o para o sol uma vez que possibilitam a instala o de sistemas FVs seguidores de um eixo e ou de dois eixos obtendo assim um maior campo energ tico 7 3 1 Tipos de associac es externas Na montagem das armag es os sistemas FVs associados externos em coberturas planas s o montados segundo tr s principais sistemas de montagem gt Sistemas de montagem em poste instala es independentes gt Sistema de montagem em balastro instala es independentes gt Sistema de montagem em ncora instala es fixas gt Sistema de montagem de fixa o na cobertura Sistemas de montagem em poste Este sistema de montagem exactamente igual ao sistema de montagem utilizado nos sistemas FVs independentes livres Sistemas de montagem em balastro Neste tipo de sistemas FVs associados os geradores FVs s
30. gt 120 V pc n o ocorre uma corrente muito elevada e consequentemente a sec o dos condutores menor no entanto est o sujeitos ao sombreamento longo que pode ser minimizado com a montagem horizontal dos m dulos EZA Figura 9 3 Conceito de inversor central para baixas tens es Fonte Adapt Solarpraxis 104 Inversores 9 5 2 Conceito de inversor s rie string e submatriz Para o caso de sistemas FVs de m dia escala 2 lt Pry lt 5 kW D recomenda se outros tipos de montagem de inversores que n o os centrais Para melhor aproveitamento e garantia que o sistema n o entre em colapso em caso de redu es bruscas da intensidade de radiac o solar os inversores s o geralmente montados individualmente em grupos de s ries modulares figura 9 4 O atrav s do chamado inversor s rie ou em conjuntos de submatrizes FVs atrav s do conceito submatriz Actualmente est o dispon veis no mercado inversores s rie com pot ncias compreendidas entre 500 a 3000 W Figura 9 4 Conceito de inversor s rie string Fonte Adapt Solarpraxis 9 5 3 Conceito de inversor mestre escravo Em sistemas FVs de m dia larga e larga escala Pry gt 5 kW geralmente utiliza se O conceito de inversor mestre escravo master slave figura 9 5 0 que uma forma modificada do conceito de inversor central em que ao inv s de um s o utilizados dois ou mais inversores centrais um dos inversores funciona com
31. intensidade no rotor do alternador que constitu do por um conjunto de manes permanentes dispostos paralelamente e ligados electricamente entre si 2 Atrav s da indu o electromagn tica provocada pela circula o dos manes permanentes em torno dos fios enrolamentos condutores magn ticos que constituem a bobine do estator que a pe a fixa do alternador produz se a electricidade em CA 4 3 Seguidamente o estator transmite a electricidade para umas escovas que localizam se nos terminais dos fios condutores que se ligam a bobine do estator e as escovas transmitem esta electricidade para uns an is met licos an is colectores que se encontram localizados nas proximidades do ponto de ligac o entre a turbina nacela e a torre es O mecanismo de transmiss o directa apresenta a vantagem de ser mais econ mico por m o de transmiss o indirecta permite aumentar a velocidade de rota o do alternador o que faz com que o alternador tenha uma pot ncia de sa da consideravelmente superior a 124 Sistemas energ ticos e licos pot ncia do alternador do aerogerador com transmiss o directa nesta perspectiva para aplica es em sistemas de microgerac o Pr lt 2 kW mais pr tica a utiliza o de aerogeradores de transmiss o directa pois s o sistemas que n o justificam um investimento muito elevado enquanto para sistemas mais robustos Pr gt 2kW a aplica o m z 2 de aerogerad
32. licos ou de bet o e possuem uma estrutura tubular ou treligada Este tipo de estrutura oferece os maiores ndices de seguranga e resist ncia estrutural de todos tipos de estruturas das torres dos microaerogeradores e s o esteticamente mais apelativos por m possuem um elevado custo especialmente as estruturas treligadas Estrutura com cabos de sustentac o fixos Neste tipo de estrutura as torres s o sustentadas por cabos met licos e resistentes que s o montados no solo de forma fixa Estas estruturas s o mais econ micas que todas e E 27 outras estruturas contudo possuem menor grau de resist ncia e seguran a en Estrutura sustentada por cabos de fixa o m veis Estas torres possuem custos globais maiores que as torres com cabos de fixa o fixos mas apresentam a caracter stica nica de possu rem um dos seus pontos de fixa o montado de forma m vel o que possibilita que as torres possam ser facilmente baixadas e i adas em casos de manuten o e repara o l Estrutura tubular 2 Estrutura treli ada Figura 10 9Torres com estrutura auto sustentada 1 Forma tubular 2 Forma treli ada Fonte Adapt Anil Rao 127 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 1 Estrutura trelicada 2 Estrutura tubular Figura 10 10 Torres com estrutura sustentada por cabos de fixa o fixos 1 Treligada 2 Tubular Fonte Adapt Anil Rao 1 Estrutura trelicada
33. m dulo gerador FV monocristalino e um m dulo gerador FV policristalino 139 Tabela 12 1 Payback do investimento num sistema FV de 4 kWp em regime bonificado para um periodo de 7 anos acto asad sia tee sis les Sio FED ast ee Ste asda 146 Tabela 12 2 Payback descontado do investimento num sistema FV de 4 kWp em regime bonificado para um per odo de 20 anos serrana 149 xvil Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Lista de s mbolos acr nimos e abreviaturas a Coeficiente de absor o solar superficial ab albedo da superf cie terrestre a Si sil cio amorfo A ampere Aroror rea varrida pelo rotor de um aerogerador A rea de superficie Ah ampere hora ATE Ag ncia Internacional de Energia IEA International Energy Agency AM Air Mass massa de ar AR Anti Reflective anti reflectora Atm atmosfera B Boro B5Hs diborano BSF Back Surface Field campo regi amp o de superf cie traseira CST RST BP British Petroleum BRICS Brasil Russia India China and South Africa BRICA BTU British Thermal Unit unidade t rmica brit nica C Coulomb C grau C lsius Ca coeficiente de arrasto CpigsgL custo associado ao consumo de combust vel de um gerador el ctrico a gas leo xvili Lista de s mbolos acr nimos e abreviaturas Coas custo associado ao consumo
34. ncia das c lulas As camadas AR das c lulas FVs cristalinas s o geralmente constitu das por nitreto de sil cio Si3N4 ou di xido de tit nio TiO UT SiN ainda tem a propriedade de inactivar os defeitos cristalinos na superf cie em que 4 T 3 10 aplicado evitando assim a recombina o dos pares carregados soltos 9 5 5 Aplica o de contactos frontais e traseiros Os contactos met licos frontal e traseiro s o os elementos que permitem estabelecer e completar o circuito el ctrico nas c lulas solares 55 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Contactos frontais Estes contactos permitem reduzir o m ximo poss vel a rea das sombras nas superf cies frontais das c lulas S o geralmente formados por pastas prateadas que formam malhas finas e s o aplicadas na chapa de sil cio atrav s de um processo de impress o de tela screen printing process 00 As linhas de contacto das malhas s o atravessadas perpendicularmente por dois colectores de linhas de contacto e para completar o circuito el ctrico das c lulas os colectores de linhas de contacto s o ligados 2 2 10 em s rie com os contactos traseiros da c lula seguinte 9 Contactos traseiros Com vista a optimizar a efici ncia energ tica das c lulas solares Ihes aplicada ao longo de toda extens o das suas superf cies traseiras uma camada de alum nio entre os contactos i
35. o em que a unidade produtora de energia um sistema FV com uma pot ncia m xima de ligac o de 3 68 kW ou seja 4 kWp e que permite vender concession ria da rede el ctrica p blica toda energia produzida pelo sistema FV Os pontos principais deste regime encontram se no Anexo D no entanto para simplificag o de c lculo considere se que a moradia integrada num condom nio do detentor do sistema FV ou seja o estudante angolano esteja conforme as exig ncias do regime Quantidade de energia produzida pelo sistema FV Segundo os dados do anexo C e partir das express es definidas no cap tulo anterior e uma vez que o inversor do sistema FV em quest o possui uma efici ncia de 95 o sistema FV produzir a seguinte quantidade energ tica Erv 5300 kWh ano x 0 95 0 90 5594 kWh ano 15 3 kWh dia 12 1 Consumo energ tico pago concession ria da rede el ctrica p blica Com base nos dados do anexo D no pre o unit rio de kWh de electricidade Tg que de 0 1285 no consumo energ tico anual m dio Ecqw pio que de 2760 kWh ano e no valor do IVA referente a 2010 em Portugal para a electricidade que 143 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica de 5 a taxa fixa contratual anual Tp e o consumo energ tico pago concession ria da rede el ctrica p blica ter o os seguintes valores respectivos Tr Pc Tg 67 02
36. sticas el ctricas Pot ncia m xima Pmax 87 W Tens o no ponto de pot ncia m xima Vppm 17 4 V Corrente no ponto de pot ncia m xima Ippm 5 02 A Tens o em circuito aberto Voc 21 7 V Corrente de curto circuito Icc 5 34 A Tens o m xima do sistema Efici ncia te rica dos m dulos 14 5 N mero de c lulas 32 Tempo de vida performance CTP 12 anos com uma pot ncia de sa da de 9096 25 anos com uma pot ncia de sa da de 80 191 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Figura G 4 Vistas frontal e traseira do gerador FV painel FV constitu do por um m dulo monocristalino SunConnex SC SPR 90 e um m dulo policristalino Kyocera KC85T 1 5 Gerador e lico miroaerogerador ultraleve Marca RWP Modelo R2 4 ZW600 Caracter sticas el ctricas Pot ncia m xima Pmax 650 W Pot ncia nominal 600 W Tens o nominal 24 V Caracter sticas f sicas Di metro do rotor 2 4 m N mero de p s do rotor 3 Peso sem torre 35 kg Altura m nima da torre 9 m Velocidade de arranque do vento wind speed ignition 3 m s Velocidade de vento para regula o 14 m s Figura G 5 Gerador e lico microaerogerador ultraleve RWP R2 4 ZW 600 192 Anexo H Propostas de geradores el ctricos para aplica es em Angola custo de combust vel e electricidade e taxas de transporte mar timo e alfandeg rias praticadas em Angol
37. 1 M dulos FVs cristalinos convencionais errar 68 6 1 2 M dulos EVSs ESPECIAS conoscan cid diana 69 6 1 3 Modulos EVs feitos medida ii A eda dete Ae eee 69 6 2 Propriedades el ctricas dos m dulos FVS ooooooccccccnnooooooconoccnccnnnnnaannnnnncnnonnnanannnnnnos 69 6 2 1 Temperatura nominal de opera o das c lulas solares esssss 69 6 2 2 Depend ncia entre I V e a radia o SOlaT ooocnnnoocccnnonoccccnononannnnnnanancnnnnannnnnnnnns 70 6 2 3 Depend ncia entre I V e a temperatura rea 70 6 3 4 Pontos sobreaquecidos e sombreamento esses 70 Refer ncias bibliografici ai Oe as 12 7 Sistemas de montagem dos geradores PVS us aen te GH 74 7 1 Montagem dos m dulos solares 56 cciccseesanndcscccdevescoacateacscaccdaesdendsaancascdvessentaansaasece 74 7 2 Sistemas FVs estruturais livres independentes ii 75 7 2 1 Sistemas FVs estruturais livres fixos lencia 75 7 2 2 Sistemas FVs estruturais livres e m veis seguidores rastreadores 75 7 3 Associa es externas em coberturas planas esee 77 Ted LIDOS dedssoclacoes externas bu dete AG padre Ae usu datio due aule ian TI Referencias BIDIIOSr lieas us ione om tote Heb a 78 8 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga cocoooooccccnccccccnnnnanaannnnnnnononanannnnnnos 8l 8 1 Tipos de sistemas de armazenamento energ tico ooooooccc
38. 11 apresentam se em cinzento escuro ou preto ca 58 A c lula solar FV Luz solar camada de contacto Figura 5 5 Composig o de uma c lula FV CIS Fonte Adapt Solarpraxis 5 6 3 C lulas solares de pel cula fina de telurieto de c dmio CdTe As c lulas de telurieto de c dmio CdTe t m como materiais semicondutores activos o c dmio Cd e o tel rio Te Estas c lulas sao fabricadas num substrato de vidro colocado sobre uma camada de OCT que normalmente feita de OIE e que tamb m serve de contacto frontal como ilustra o desenho da figura 5 6 12 A camada de OCT previamente revestida com uma camada negativa e de espessura muito fina de sulfito de c dmio CdS n antes de ser revestida com a camada positiva absorvente de telurieto de c dmio CdTe p O contacto traseiro met lico o principal ponto fraco das Z Z Z 11 c lulas de CdTe pois o grande respons vel pelo seu envelhecimento precoce gt O fabrico das c lulas de CdTe possui os menores custos de produ o de todas 11 tecnologias de c lulas solares de pel cula fina As c lulas de CdTe apresentam as seguintes propriedades ie AL 11 gt Efici ncia possuem uma efici ncia modular compreendida entre 7 a 8 5 1 gt Dimens es rea m dulo padr o standard 1 2 m x 0 6 m espessura 3 mm no substrato vidro n o endurecido com 5um de camada de revestimento gt Apar n
39. 17 07 2003 24h 3 33 13 87 5 14 Valor m dio 4 99 14 98 4 16 9 71 Tabela C 2 Disponibilidade ventosa da regi o do Minho entre 2003 a 2004 Fonte UMINHO V M dia velocidade m dia V Max velocidade m xima 173 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica E i W n 0 orientation 0 y 3 28 4 a y 3 ta m 0 42 E m a a u 7 E ll Ea EE z Mar a Ape f aa May TS Tun aes Da 1 64 La 1 51 Ex 9 v al ho h oe as Yearly average Total for vear Tabela C 3 Energia produzida por um sistema FV dependente simples fixo com pot ncia nominal de 0 354 kWp em Famalic o Fonte FVGIS Fixed system inclination 34 orientation O0O imum at given orientation Month saat N pas W m ke eb m M ha a he Apr Z E I EH 6 80 7 55 10 50 10 50 11 60 Tan 12 40 ai 12 30 12 60 1130 EN 6 69 N m o 1 6 6 523 3 o 5 83 342 380 392 7 E rt m m W m o tdi uj o J ati jul N m so so o Tabela C 4 Energia produzida por um sistema FV dependente simples fixo com pot ncia nominal de 2400 W 2700 Wp em Famalic o Fonte FVGIS 174 Anexo C Campos energ ticos e produ o energ tica dos sistemas FVs
40. 75 lt FF lt 0 85 M dulos Solares de CIS 0 64 lt FF lt 0 70 M dulos Solares de Sil cio Amorfo a Si 0 56 FF 0 61 M dulos Solares de CdTe 0 47 lt FF lt 0 64 Tabela 5 1 Factor de forma dos m dulos solares cristalinos e de pel cula fina Fonte Manufactures s especifications measured data LEE TISO TUV and ECN 5 7 7 Efici ncia el ctrica das c lulas m dulos solares A efici ncia das c lulas m dulos solares nry relaciona a pot ncia produzida pelas c lulas m dulos e o valor da radia o solar que sobre elas incide calculada em fun o do valor da pot ncia real m xima ponto de pot ncia m xima PPM da radia o irradia o solar nas CTP E 1000 W m e da rea ocupada pelas c lulas m dulos em m ou seja por defini o nev Peu En x A C 5 6 Mas sabe se que Ppmm FF Voc x Icc ent o nev FF Voc x Ic E x A 5 7 Desta ltima express o pode se tirar a express o para a pot ncia el ctrica nominal produzida pelos m dulos solares que a pot ncia do ponto de pot ncia m xima ou seja Pu puLo Peum nry x En x A 5 8 A varia o da efici ncia el ctrica dos m dulos cristalinos devido varia o de temperatura nas suas superf cies pode ser calculada por c lculo aproximado atrav s da express o Anv 0 045 x 25 C Tm nuLo 5 9 Onde Tw puro a temperatura da superf cie do m dulo Refer ncias bibliogr f
41. Capacidade nominal Cnom C120 668 Ah Tens o 24 V e Efici ncia do inversor 95 Quantidade energ tica e pot ncia nominal do sistema FV hibrido Com base nas caracter sticas descritas acima tem se Pry 90 W x 2 87 W x 2 354 W A quantidade energ tica produzida pelo sistema FV h brido depender dos campos energ ticos solar e e lico m dios medidos ao longo do dia O campo energ tico solar ser obtido de maneira indirecta com o aux lio do PVGIS dispon vel em http re jre ec europa eu pvgis que para a regi o de Famalic o apresenta um valor de Ecs 4 86 kWh Portanto quer isto dizer que durante 4 86 horas a radia o solar global que incide sobre Famalic o igual a 1000 W m Para o campo energ tico e lico foram utilizados os valores experimentais da regi o do Minho obtidos experimentalmente pelo 132 Desempenho dos sistemas FVs departamento de mec nica dos fluidos da Universidade do Minho durante o per odo de 2003 a 2004 que se encontram representados no anexo C Quantidade energ tica produzida pelo sistema gerador FV A quantidade energ tica produzida pelo sistema FV pode ser determinada analiticamente atrav s de f rmulas de defini o ou por interm dio do PVGIS No c lculo anal tico para al m de E s dever o tamb m ser levadas em conta as perdas energ ticas totais que ocorrem no sistema FV O PVGIS distribui por estimativa essas perdas da seguinte
42. I V e a radiac o solar Sendo os m dulos FVs constituidos por associagdes de c lulas FVs o seu comportamento el ctrico pode ser perfeitamente definido atrav s do comportamento el ctrico das c lulas FVs definido no cap tulo anterior 6 2 3 Depend ncia entre I V e a temperatura M dulos de pel cula fina Devido ao seu elevado espacamento de bandas os m dulos FVs de pel cula fina n o s o muito afectados com o aumento da temperatura das suas superf cies o que faz com que n o sofram muitas perdas de pot ncia a altas temperaturas pois em compara o com os m dulos cristalinos o seu decr scimo de pot ncia por cada incremento de grau c lsius inferior a 0 3 para o caso dos m dulos de CdTe e 0 4 no caso dos m dulos amorfos No caso espec fico dos m dulos amorfos a sua pot ncia el ctrica produzida quando sujeitos a temperaturas superiores a temperatura de CTP pode ser inclusive superior a pot ncia el ctrica dos m dulos nas CTP Nos m dulos cristalinos o coeficiente de temperatura para todos n veis de intensidade de radia o solar negativo 6 3 4 Pontos sobreaquecidos e sombreamento Os pontos sobreaquecidos hot spots resultam do sombreamento localizado nos m dulos solares devido exist ncia de um obst culo na superf cie frontal dos mesmos Estes pontos s o geralmente produzidos pela corrente inversa do m dulo que geralmente ocorre a quedas de tens o compreendidas e
43. Ipc intensidade de corrente el ctrica cont nua xxii Lista de s mbolos acr nimos e abreviaturas IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor transistor de porta bipolar isolada In ndio IEC International Electrotechnical Comission comiss o internacional de electrotecnia IMF International Monetary Fund FMI IRR Internal Rate of Return TIR IRSE Instituto Regulador do Sector El ctrico Angola IPCC International Panel For Climate Change painel internacional para as mudan as clim ticas ITO Indium Tin Oxide xido de ndio e estanho OIE IVA Imposto de Valor Acrescentado IRS Imposto de Rendimentos Singulares J Joule k coeficiente de altitude kg quilograma 1x10 g kHz quilohertz 1x10 Hz kJ quilojoule 1 x10 J km quil metro 1x10 m km quil metro quadrado km x km kW quilowatt 1 x 10 W kWh quilowatt hora 1 x 10 Wh log logaritmo decimal m metro M massa de um corpo m metro quadrado m x m xxili Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica ma Massa de ar atravessada pela radia o solar mm mil metro 1x10 m MJ megajoule 1x10 J MOSFET Metal Oxide Field Effect Transistor transistor de efeito de campo de xido met lico MPP Maximum Power Point Ponto de Pot ncia M xima PPM MW megawatt 1x10 W MWh megawatt hora 1x10
44. Manual T cnico do Instalador 50 kVA Lisboa AECOPS 2009 p gs 5 35 Minea s d Legislac o energ tica p gina consultada a 21 06 2010 http www minea gv ao index php option com_content amp view article amp id 106 amp Itemid 149 gt Renov veis na hora s d Regime Bonificado de Microgerac o Dom stica de Sistemas Fotovoltaicos e E licos p gina consultada a 21 06 2010 21 06 2010 lt http www renovaveisnahora pt c document_library get_file folderld 15654 amp name DLFE 4403 pdf gt http www dstrenovaveis com content asp startAt 2 amp categoryID 497 p gina consultada a 21 06 2010 Mitha Omar Andlise de projectos de investimentos Lisboa Escolar Editora 2008 pags 51 71 http www cantinhodoemprego com index php legislacao financas irs 612 irs 2010 todas as informacoes simuladores e tabelas html pagina consultada a 13 07 2010 ERSE s d Simulador de Pot ncia Contratada pagina consultada a 13 07 2010 lt http www erse pt pt electricidade regulamentos relacoescomercia is Documents SubRegulamenta C3 A7 C3 A30 20070511_ Ligacoes Subr egulamentacao Resumo pdf gt Vimasol s d servi os comerciais Revez Solar servi os comerciais consultado em 22 08 2010 Google s d Distance Calculator p gina consultada a 22 08 2010 lt http www portalsaofrancisco com br alfa angola benguela php http translate google com translate hl pt BR
45. O 3 2 Para uma superf cie de orienta o arbitr ria a radia o solar directa por unidade de rea e tempo obtida da seguinte forma Eq a x Eax sin y Sm 3 3 Onde a o coeficiente de absor o da superf cie y o ngulo de incid ncia da radia o solar directa na superf cie e Eg o valor da radia o solar directa 9 4 Radia o solar difusa A varia o di ria da radia o solar difusa Ey que uma superf cie horizontal recebe pode ser determinada com aproxima o a partir do seu valor m ximo Eumax segundo a express o Eu Eum x X sin n tu hnas hpor hipo 3 4 Onde hnas hpor s o respectivamente a altitude altura solar ao nascer e ao p r do sol e tu Um coeficiente que exprime a influ ncia da nebulosidade e que determinado segundo a express o tu sin hm 5 ka x log Es EY 3 5 Onde hm Eam s o respectivamente a altura solar e a radiac o solar directa ao meio dia E a radiac o solar global total e ka um coeficiente que depende da altitude do local considerado que determinado atrav s da seguinte express o ka 1 0 112 100 Y 3 6 Onde z a altitude do local considerado 28 Aproveitamento solar Para uma superficie que fa a um ngulo f com o plano horizontal verifica se Eug Eu x 1 cos B 2 3 7 Radia o Solar Reflectida A percentagem da radiag o solar que reflectida pela
46. W x 20 horas dia x 365 dias 1 ano 752 92 kWh ano 11 5 E portanto En sripO Erv Eg 1256 kWh ano 3 44 kWh dia 11 6 Quantidade energia produzida pelo sistema FV h brido com armazenamento Como foi poss vel ver no cap tulo 8 a capacidade das baterias de um sistema FV pode ser determinada atrav s do r cio entre o produto do dobro da reserva destas ou consumo energ tico da instala o el ctrica dom stica que o sistema FV ir alimentar e os dias de autonomia em horas que as baterias poder o ser descarregadas sucessivamente 134 Desempenho dos sistemas FVs tens o correspondente do sistema FV em volts ou seja CDESCARGA DIAS DE AUTONOMIA 2 x reserva Ec x dias de autonomia tens o do sistema FV No entanto viu se tamb m no capitulo 8 que para a regi o de Famalic o ou Portugal continental em geral pode se utilizar em m dia 2 5 dias de autonomia isto 60 horas de autonomia de que resulta C60 2 x Ec x 2 5 V pc FV 4 5 x Eo V pc FV 1 1 7 De acordo com as caracter sticas das baterias que se encontram representadas no anexo G verifica se Cipr niA 668 Ah 120 h x 24 h 1dia 133 6 Ah dia 11 8 E uma vez que elas possuem uma tens o de 24 V disponibilizar o diariamente a seguinte quantidade energ tica Epp 133 6 x 24 V x h dia 3 2 x 10 Wh dia 3 2 kWh dia 11 9 No entanto para melhor desempenho e rapidez de carregamento das bate
47. a simples e nobre inteng o de me ver acabar o trabalho de forma correcta e em tempo certo Um agradecimento ao professor Eng Pedro Reis ao meu parceiro de trabalho Eng Rui Ribeiro que trabalhou comigo afincadamente na parte experimental desta disserta o tendo se revelado sem sombra de d vidas uma mais valia e ao Eng Miguel Martins t cnico especializado de sistemas fotovoltaicos da Vimasol pela grande ajuda prestada na elabora o de propostas de sistemas fotovoltaicos utilizados nesta dissertag o Um agradecimento especial ao amigo Eng Paulo Jacques pelas sugest es e por se ter mostrado incondicionalmente dispon vel perante as solicita es que lhe dirigi Bem hajam lv Resumo A procura e desenvolvimento de solu es energ ticas alternativas de produ o de energia el ctrica vi veis e sustent veis assumem vital import ncia na agenda actual das na es desenvolvidas Considera se que uma solu o energ tica alternativa vi vel e sustent vel quando permite suprir as necessidades de consumo energ tico mundial sem danificar o meio ambiente e com custos razo veis De todas as solu es energ ticas renov veis e alternativas de microgera o de energia el ctrica as energias fotovoltaica e e lica ocupam lugar de destaque pois quando associadas entre si formam os sistemas energ ticos renov veis e alternativos mais completos e competitivos Nesta disserta o r
48. a capacidade de i l Mie 0 idad direccionar a corrente el ctrica para as cargas cr ticas Capacidade para operar em paralelo e ou s rie Leveza facilita a sua montagem e manuten o em qualquer local 9 2 Tipos de inversores Os inversores podem ser classificados da seguinte maneira De acordo ao sistema FV a que se destinam Inversores ligados rede el ctrica normal dependentes Inversores ligados rede el ctrica e com baterias Inversores independentes De acordo ao tipo forma de onda que produzem Inversores de onda quadrada Inversores de onda quadrada modificada Inversores de onda sinusoidal 7 alternating current and direct current are by nature fundamentally incompatible SEI 2009 100 Inversores 9 3 Inversores quanto a forma de onda Cada forma de onda identifica e projecta o inversor para uma aplica o espec fica ou seja pode se perfeitamente identificar o inversor a utilizar em determinado sistema FV atrav s da sua onda produzida 9 3 1 Inversores de onda quadrada Os inversores de onda quadrada transformam a corrente cont nua de entrada Igpc para uma corrente alternada de sa da Isca com uma fun o passo figura 9 1 Estes inversores s o muito econ micos e dispon veis no mercado no entanto possuem um controlo muito fraco da tens o de sa da uma capacidade muito limitada contra sobretens o e uma distorg o harm nic
49. amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 232 figura 6 91 79 Cap tulo 8 Sistemas de armazenamento reguladores de carga 80 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga 8 Sistemas de armazenamento controladores de carga Os sistemas de armazenamento tamb m s o elementos fundamentais dos sistemas FVs especialmente para os sistemas FVs independentes pois garantem a continuidade de fornecimento energ tico as redes el ctricas dom sticas 8 1 Tipos de sistemas de armazenamento energ tico Actualmente os principais sistemas de armazenamento existentes s o gt Baterias electroqu micas Sistemas de ar comprimido Flywheel gt Bobinas supercondutoras Por m como j foi dito em cap tulos anteriores ao longo desta disserta o e como futura refer ncia Os sistemas de armazenamento dos sistemas FVs e e licos terrestres s o representados pelas baterias electroqu micas 8 2 Baterias electroqu micas As baterias electroqu micas ou simplesmente baterias s o dispositivos electroqu micos constitu dos por solu es e elementos qu micos que t m a capacidade de converter a energia qu mica em electricidade e vice versa As baterias podem ser subdivididas em dois grupos gt Baterias prim rias convertem a energia qu mica em energ
50. as microturbinas actuais conseguem produzir at 10 kW de pot ncia com facilidade o que permite implementar pequenas ou minicentrais el ctricas e licas que permitem fornecer energia el ctrica as populag es rurais destas regides enquanto um sistema fotovoltaico com a mesma pot ncia seria muito mais dispendioso Capacidade instalada MW Aa Quota Posi o Pa s Regi o 2004 2007 2008 2007 2008 2004 2008 2008 1 EUA 6750 16879 25237 49 5 39 1 20 7 2 Alemanha 16649 22277 23933 7 43 9 50 19 6 3 Espanha 8263 14714 16543 12 4 19 0 13 5 10 Portugal 585 2150 2829 31 6 48 3 2 32 Total Mundial 47912 94005 122158 29 9 26 4 100 Tabela 2 9 Capacidade instalada acumulada mundial de energia e lica em 2009 Fonte Adapt BP Refer ncias bibliogr ficas 1 EIA s d Forms Of Energy Energy p gina consultada a 18 11 2009 lt http www eia doe gov gt Krebs Frederik C Polymer Photovoltaics A Pratical Aproach Washington Society of Photo Optical Instrumentation Engineers SPIE 2008 pags 1 3 Leonard Grigsby L Electric Power Generation Transmission and Distribution New York CRS Press Taylor amp Francis Group 2007 pags 1 1 1 7 http www ren21 net globalstatusreport download RE_GSR_2006_Update pdf Apud Krebs Frederik C Polymer Photovoltaics A Pratical Aproach Washington Society of Ph
51. associa es das c lulas FVs isto associam se os m dulos FVs em s rie quando se pretende apenas um aumento de tens o no sistema FV em paralelo quando se pretende apenas um aumento de corrente no sistema FV e em associa o mista quando se pretende um aumento tanto na tens o como na corrente do sistema FV Por conveni ncia t cnica TS E ae APT z 2 2 classificam se de pain is FVs as associa es de at quatro m dulos FVs ou seja dois pain is FVs Painel FV vs painel solar Painel solar uma designac o generalizada atribu da erradamente aos pain is FVs dever sempre se ter em aten o que para al m dos sistemas energ ticos solares FVs existem os sistemas energ ticos solares t rmicos que tamb m fazem uso de placas ou pain is t rmicos para converter a energia radiante do sol em energia t rmica contudo a 49 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica ind stria solar aceita a designa o de painel solar para o painel FV e colector solar para o painel t rmico Portanto ao longo desta disserta o e como futura refer ncia os termos c lula solar m dulo solar e painel solar tamb m servir o para designar respectivamente a c lula FV o m dulo FV e o painel FV Matriz solar FV O termo matriz solar FV aplicado na ind stria solar para designar a associa o de um grupo de at dois pain is FVs ou seja de quatro m dulos F
52. cio amorfo c lulas de disselenieto de cobre e ndio CIS c lulas de telurieto de c dmio CdTe c lulas de banho sensitivizado 3 C lulas h bridas HCI HIT As c lulas cristalinas e de pel cula fina ser o o objecto de estudo desta dissertac o As c lulas cristalinas podem ser de cristal singular ou monocristalinas ou policristalinas isto com varios cristais 5 3 1 C lulas de sil cio monocristalino cristal singular nico As c lulas monocristalinas s o obtidas pelo processo de extracg o do sil cio granular a partir de um cadinho ou processo Czochralski representado no anexo B que foi estabelecido como processo padr o de fabrica o destas c lulas Elas apresentam as seguintes propriedades gt Possuem uma efici ncia energ tica compreendida entre os 15 e os 18 sil cio de Czochralski 09 ou 16 5 em m dia Podem apresentar se com formas quadradas semicirculares e circulares As c lulas circulares s o menos dispendiosas mas devido a dificuldade que apresentam em termos de gest o de espa o s o geralmente preteridas 9 Colora o e apar ncia colora o azul escuro ou preto com aplica o da camada AR e cinza sem aplica o AR Apar ncia uniforme 0 gt Dimens es rea de superficie total superf cie frontal e superf cie traseira 10 cm e 10 cm ou seja 4 inch de lado 12 5 cm e 12 5 em ou seja 5 inch de lado 15
53. com baterias Com base nos dados do anexo H e recorrendo s express es desenvolvidas no ponto anterior obt m se o seguinte a Sistema FV 4050 Wp Va 32396 83 14260 78 2630 20743 Ta 0 I C 0 E 2 Vay LS 0 5 Va ST 0 Da 2 5 Va 518 58 Custo Transportel Da Va 20743 518 58 21262 Vaz 14260 78 2630 16891 Ta 5 Vas I C 10 Vaz E 2 Va LS 0 5 Vaz ST 0 Da 17 5 Va 2955 92 Custo Transporte2 Da Va 19847 e portanto Custo Total Transporte Custo Transportel Custo Transporte2 41103 Ent o com base na express o 12 25 vem 156 Estudos de casos Custo Total Luanda Custo Sistema FV Luanda Custo Total Transporte 43900 Custo Total Huambo Custo Sistema FV Huambo Custo Total Transporte 44575 12 26 b Sistema FV 10080 Wp Utilizando o procedimento anterior vem Va 70425 73 19483 55 2555 180 53677 18 e Da 2 5 Va 1341 93 Custo Transportel 55019 Vaz 22218 55 e Daz 17 5 Vaz 3888 25 Custo Transporte2 26107 Custo Total Transporte 79784 e portanto Custo Total Luanda 83081 e Custo Sistema FV Huambo 83756 Sistemas dependentes Nestes sistemas ao realizar o estudo comparativo deve se ter em conta que apesar das cidades de Luanda e Huambo registarem regularmente falhas de energia el
54. ctrica as mesmas registam se ao longo do ano durante um per odo m dio inferior a 24 horas Pot ncia nominal lt 5 kW Tenha se como exemplo pr tico o gerador el ctrico de marca Honda que encontra se representado no anexo H Segundo os dados destes anexo o gerador possui uma pot ncia nominal de 4 3 kW um consumo de combust vel de 2 61 L h e um custo estimado equivalente em euros de aproximadamente 3062 38 j com os custos de instala o e montagem e IVA I C inclu dos e um custo de manuten o anual de 188 12 Com base no consumo energ tico m ximo da moradia do estudante angolano em Angola que de 16100 Wh dia e nas defini es do cap tulo anterior tem se C36 1 5 dias x 2 x 16100 Wh dia 48 V 1006 Ah 12 27 E do anexo F C24 8 OpzS Hoppecke 800 1063 Ah gt C36 1006 Ah Portanto o tipo de bateria ajusta se ao consumo energ tico da moradia Considerando a autonomia maxima das baterias que de 4 dias ou 100 horas a energia total disponivel nas baterias sera de 14 kWh dia e uma vez que a intensidade de radia o solar regista valores consider veis 157 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 9 durante um per odo m dio aproximado de 10 horas significa que as baterias de um sistema FV em Luanda e Huambo t m de funcionar em m dia durante 14 horas logo verifica se Epp 14 kWh dia Eg 14 24 x 14 kWh dia 8 1
55. da pot ncia de liga o registada para um dado ano tenha sido atingido s ter o acesso ao regime geral 3 2 Tarifa de venda de refer ncia no ano de 2008 A tarifa de venda de refer ncia a aplicar no ano de 2008 fun o da tecnologia tipo de energia utilizada ou da combina o de tecnologias utilizadas possuindo os seguinte valores gt Solar 0 6500 k Wh gt E lica 0 4550 k Wh gt H drica 0 1950 kWh gt Cogera o a biomassa 0 1950 kWh 178 Anexo D Tarifas de electricidade praticadas em Portugal gt Pilhas de combust vel a tarifa aplic vel tecnologia renov vel utilizada na produ o de hidrog nio 3 3 Evolu o 3 3 1 Ano da instala o ee Para efeitos de c lculo a interpreta o a dar express o no ano de instala o no contexto do n 1 do Artigo 11 do DL n 363 2007 de 2 de Novembro corresponde precisamente data e hora do registo da instalag o efectuada pelo candidato a Microprodutor a quando da respectiva candidatura registo provis rio previsto no n 2 do Art 13 g p p Para efeitos de contagem do tempo em que se garante a tarifa nica de ee refer ncia o ano da instala o ano zero o ano em que a Unidade de Microprodug o foi ligada rede el ctrica p blica A tarifa de refer ncia Tr aplic vel aos primeiros 10 MW de pot ncia de liga o registada a nivel nacional Continente e Regi es Aut nomas
56. de chumbo possui uma camada protectora individual os var es de chumbo da placa plana possuem uma camada protectora colectiva o que permite que as placas possam ser fabricadas com maior facilidade e menores custos relativamente s placas tubulares 9 As baterias OGi apresentam as seguintes vantagens gt Elevada fiabilidade podem operar continuamente e durante um per odo longo sem falhas gt Elevada resili ncia c clica NC 75 1300 ciclos NC 30 4500 ciclos gt Elevada efici ncia conseguem alcan ar no processo de recarga efici ncias compreendidas entre 95 e 98 gt Manuten o reduzida devido s largas quantidades de cido no seu empacotamento elas requerem pouca manuten o de cada 3 a 5 anos Dados operacionais e de descarga carga DOD igual a bateria de placa tubular 49 Tempo de vida aproximadamente 16 anos a 20 C do Tempo de carga 6 horas com 1 5 x I10 da corrente inicial 50 de C3 e 2 23 V c lula 9 Autodescarregamento igual a bateria de placa tubular 1 Temperatura de funcionamento igual a bateria de placa tubular 09 Relativamente s baterias solares estas baterias apresentam tamb m como principal desvantagem o seu elevado custo mas ainda assim chegam a ser menos dispendiosas que as baterias de placa tubular 88 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga Material Camada protectora activo Var e
57. de 0 65 kWh 3 3 2 Por cada 10 MW adicionais de pot ncia de liga o registada a nivel nacional a tarifa de refer ncia sucessivamente reduzida de 5 3 3 3 No ano de liga o da instala o ano zero e nos cinco anos civis seguintes garantida ao produtor a tarifa de refer ncia em vigor na data de ligac o 3 3 4 Ap s os primeiros cinco anos civis excluindo o ano zero de aplica o da tarifa garantida ao produtor a tarifa de refer ncia a aplicar no per odo adicional de dez anos ser a tarifa de refer ncia que vigorar a 1 de Janeiro de cada ano para as novas instala es a ligar rede 3 3 5 Findo o per odo adicional de 10 anos referido no n mero anterior aplica se a tarifa do regime geral em vigor 3 3 6 A evolu o da tarifa de venda considerando que a pot ncia de liga o m xima atingida anualmente a seguinte Ano 0 5 0 65 kWh gt Ano 6 0 40 kWh Ano 7 0 41 kWh Ano 8 0 35 kWh Ano 9 0 23 kWh Ano 10 0 18 kWh Ano 11 0 13 kWh Ano 12 15 0 10 kWh Ano 16 20 179 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 0 10 kWh no entanto o valor desta ltima tarifa nunca dever ser inferior tarifa de regime geral 3 4 C lculo da tarifa de venda de energia 3 4 1 Defini o a f rmula de c lculo da tarifa de venda de energia do produtor ao comercializador EDP tem por base a m dia ponderada das
58. de aumentar a corrente Fonte Adapt SEI Figura B 6 Associac o mista de 4 m dulos FVs de 12 Vdc e 3A com vista aumentar a tens o e a corrente Fonte Adapt SEI 172 Anexo C Campos energ ticos e produ o energ tica dos sistemas FVs em Famalic o Anexo C Campos energ ticos e produc o energ tica dos sistemas FVs em Famalic o Jan 1920 2 3200 Es 1920 63 96 241 Feb 2540 3620 2540 4 10 4 4100 5180 4100 44 12 8 122 Apr 4910 5260 4910 26 13 6 125 May 6020 5860 6020 16 16 0 40 Jun 6870 6380 6870 S 194 4 6660 6660 0 Year Tabela C 1 Campo erts solar da regi o de Fanatico Fonte PVGIS Per odo de medi o Dura o V M dia V M x N de Horas com V lt 3 m s m s m s Inicio fim M dia M ximo 17 05 2004 07 06 2004 24h 5 52 15 34 4 15 06 05 2004 20 05 2004 24h 4 95 14 71 4 12 15 04 2004 04 05 2004 24h 5 55 15 56 4 12 27 03 2004 15 04 2004 24h 5 09 14 84 4 10 08 03 2004 27 03 2004 24h 5 04 15 18 4 8 18 02 2004 08 03 2004 24h 6 22 13 72 3 6 06 02 2004 20 02 2004 24h 2 74 11 79 5 7 18 01 2004 06 02 2004 24h 4 67 14 32 4 8 26 12 2003 14 01 2004 24h 6 43 19 83 3 8 07 12 2003 26 12 2003 24h 4 94 14 34 4 8 01 11 2003 20 11 2003 24h 5 82 15 53 4 7 13 10 2003 01 11 2003 24h 5 94 17 68 4 8 17 07 2003 05 08 2003 24h 3 61 12 96 5 13 28 06 2003
59. de combust vel de um gerador el ctrico a gasolina Cp roTor coeficiente de pot ncia do rotor de um aerogerador ca CC Curto Circuito cm cent metro 1x10m cm cent metro quadrado cm x cm Cd C dmio CdS sulfito de c dmio CF cash flow fluxo de capital CFA fluxo de capital acumulado CFD fluxo de capital com taxa de desconto de capital fluxo de capital descontado CFDA fluxo de capital descontado acumulado CdTe telurieto de c dmio CIGS disselenietos de cobre ndio e g lio CIS disselenieto de cobre e ndio CO mon xido de carbono CO di xido de carbono Cu Cobre CTP Condi es de Teste Padr o CRSP Charge Resumption Set Point ponto de reinicia o de carga CTSP Charge Termination Set Point ponto de encerramento de carga Droror di metro do rotor de um aerogerador xix Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Downwind alinhamento posicionamento na direcg o contr ria ao fluxo do vento DC Direct Current corrente continua Diesel gas leo DOD Depth Of Descharge profundidade de descarga Downstream correntes de ar a jusante ventos de sa da Eo radia o irradia o insola o solar no exterior da superf cie terrestre Eq radia o solar directa Ean radia o solar directa em superf cie horizontal plana Eam radia o solar directa ao meio dia Eam
60. dulos no ponto de pot ncia m xima PPM e um melhor desempenho dos m dulos monocristalinos relativamente aos m dulos policristalino o que era previs vel no entanto a dimens o da amostra isto o n mero de dias em que se efectuou a colheita de dados demasiado pequena para chegar a uma conclus o real ou seja mais realista 138 Desempenho dos sistemas FVs Gerador FV Monocristalino Policristalino Data Hora VDC I A PW VDC I A P W 12 00 55 12 86 0 38 4 89 12 87 0 29 3 73 12 31 05 13 25 1 11 14 71 13 25 0 83 11 00 13 01 14 13 27 1 05 13 93 13 28 0 78 10 36 13 31 24 13 05 0 43 5 61 13 06 0 33 4 31 14 01 33 13 1 0 54 7 07 13 11 0 40 5 24 15 01 52 12 96 0 26 3 37 13 04 0 29 3 78 15 32 02 12 95 0 27 3 50 12 97 0 20 2 59 16 02 11 12 92 0 20 2 58 12 96 0 21 2 72 16 32 21 12 86 0 07 0 90 12 93 0 15 1 94 17 02 30 12 65 0 00 0 00 12 83 0 06 0 77 16 11 10 08 07 15 12 84 0 33 4 24 12 85 0 25 3 21 08 37 25 13 24 2 19 29 00 13 11 0 42 5 51 09 07 34 13 9 3 23 44 90 13 9 2 48 34 47 09 37 44 14 02 3 41 47 81 1402 2 69 37 71 10 07 53 14 10 3 53 49 77 14 09 2 73 38 47 10 38 03 13 08 0 22 2 88 13 1 0 18 2 36 11 08 12 14 11 3 29 46 42 14 09 2 51 35 37 11 38 22 13 34 0 82 10 94 13 35 0 62 8 28 1
61. e as condi es de acesso a este regime s o as seguintes 177 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 2 1 Pot ncia m xima de liga o est limitada a 50 da pot ncia contratada com um m ximo de 5 75 kW no caso de instala es n o integradas em condom nios 2 2 Instala es de microprodu o integradas num condom nio onde n o foi realizada auditoria energ tica ou n o foram implementadas as medidas de efici ncia energ tica identificadas na auditoria 2 3 Restantes instala es onde n o foram instalados colectores solares t rmicos para aquecimento de gua na instala o de consumo com uma rea m nima de 2 m da rea de colector caso n o esteja prevista a instala o de cogera o a biomassa que a existir dever estar integrada no aquecimento do edif cio 2 4 Produ o de energia por cogera o com base em energia renov vel 2 5 A tarifa de venda aplic vel coincidente com a tarifa aplicada na instala o de consumo Regime remunerat rio bonificado As condi es de acesso ao regime bonificado aplicam se a todas entidades nas seguintes condi es 3 1 Limite anual de pot ncia de liga o 3 1 1 A pot ncia de liga o registada sujeita a um limite anual que no ano de 2008 de 10 MW 3 1 2 O valor anual da pot ncia de liga o registada acrescido anual e sucessivamente em 20 3 1 3 As instala es registadas a partir da data em que o limite
62. electr o em excesso para cada tomo de f sforo ent o para tentar estabilizar a estrutura da rede cristalina os electr es dos tomos de sil cio tentar o preencher o vazio deixado por cada tomo de boro e cada electr o em excesso de cada tomo de f sforo se movimentar no sentido de preencher o vazio deixado pelo electr o deslocado do tomo de sil cio como pode se observar na figura 5 2 Este processo denominado condutibilidade extr nseca e permite transportar carga el ctrica O Semicondutor P Semicondutor n P Si Sil cio B Boro P F sforo 1 Vazio 2 Electr o em excesso Figura 5 2 Condutibilidade extr nseca num processo de inclus o p n de sil cio Fonte Adapt Quaschning V 51 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica O efeito fotovoltaico Quando uma c lula FV que constitu da por um elemento semicondutor positivo e um elemento semicondutor negativo exposta luz solar os fot es emitidos pela luz solar s o absorvidos pelos electr es dos semicondutores o que provoca a quebra da ligac o qu mica entre os electr es de val ncia e os electr es libertados s o atra dos de volta para regi o negativa enquanto os vazios criados emigrar o para a regi o positiva Este processo global recebe o nome de efeito FV A difus o das cargas carregadas atrav s do contacto el ctrico provoca uma queda de tens o na c lula FV e em circuito aberto ou
63. elevado contudo respondem lentamente e com pouca e OS Sensores precis o em caso de medi es curtas em c us parcialmente nebulosos fotovoltaicos figura 3 5 D possuem uma c lula fotovoltaica geralmente cristalina que fornece uma corrente directamente proporcional a radia o solar e possuem um grau de precis o compreendido entre 2 a 596 ou seja s o menos precisos que os pir metros 32 Aproveitamento solar Na medig o indirecta da intensidade da luz solar geralmente utilizam se os dados colhidos nas imagens dos sat lites terrestres ou ainda mapas nacionais e ou regionais pr elaborados Figura 3 4 Ilustrac o de um pir metro Fonte Kipp and Zonen Lambrecht Gottingen Figura 3 5 Sensor FV Fonte IKS Solarc Unidades de pot ncia e consumo da radiag o solar Fd A pot ncia da radia o irradia o solar expressa pela intensidade de radia o solar E e a sua unidade no sistema SI o W m ou seja s m A unidade de refer ncia do consumo energ tico da radia o solar no sistema SI o kWh m 1000 W x 3600 s m por m pode se utilizar em alternativa as seguintes unidades J m MJ m Langley 85 93 cal em xmin BTU ft 9 3 3 Sistemas energ ticos solares Chamam se sistemas energ ticos solares os sistemas energ ticos que tiram proveito directo da energia solar para a produ o de energia Os sistemas energ ticos solares podem ser subdivididos nos seguintes tr s
64. explorado por qualquer pessoa uma vez que n o propriedade privada de ningu m ou seja em termos econ micos um bem livre e como tal est dispon vel para ser utilizado e explorado por toda e qualquer pessoa em qualquer momento Contudo os sistemas e licos tamb m apresentam desvantagens S o considerados como desvantagens dos sistemas e licos os seguintes factores gt A variabilidade do vento gt 2 este factor dever ser tido em conta nos Influ ncia na mortalidade das aves sistemas e licos de m dia m dia grande e grande escala pois s o constitu dos por turbinas e licas de grande porte que podem atingir com fatalidade as aves durante o seu processo migrat rio um factor com pouca relev ncia nas microturbinas 2 Interfer ncia com as comunica es tal como o factor anterior ocorre maioritariamente nas turbinas de grande porte Est tica e perturba o sonora ao contr rio dos dois factores anteriores s o mais afectados pelas microturbinas Lan amento de gelo ocorre frequentemente em sistemas e licos instalados em regi es frias e com frequentes quedas de neve devido ao seguinte em virtude das p s das turbinas estarem sujeitas acg o do vento durante os per odos de neve a acumulag o de camadas de gelo nas suas p s inevit vel e quando o sol nasce e a temperatura sobe as p s t m a tend ncia de langar as part culas de gelo durante o
65. inversores e os restantes elementos do sistema FV contra sobrecargas de corrente e sobretens es Inv lucro a prova de gua DO princ pio de funcionamento dos inversores dependentes modernos pode ser observado e compreendido atrav s do esquema da figura 9 2 o gerador FV produz corrente el ctrica em DC cuja curva da tens o linear seguidamente esta corrente entra para o inversor e transformada em CA cuja curva da tens o sinusoidal Os inversores dependentes s o projectados para fornecer o m ximo de pot ncia el ctrica poss vel rede el ctrica p blica e para garantir que isto aconte a devem operar sempre no ponto de pot ncia m xima do gerador FV Os inversores dependentes subdividem se em inversores controlados ou comutados pela rede el ctrica e inversores autocontrolados ou autocomutados 102 Inversores Dispositivo de protec o Figura 9 2 Princ pio de funcionamento de um inversor dependente Fonte Adapt Haselhuhn R 9 4 1 Inversores dependentes controlados pela rede el ctrica O princ pio b sico de funcionamento de um inversor controlado pela rede el ctrica um circuito el ctrico ou ponte com tiristores O Este tipo de inversor tem larga e particular utiliza o em sistemas FVs de m dia larga e larga escala Para al m da tecnologia dos tiristores estes inversores tamb m podem funcionar segundo o princ pio de funcionamento do transistor bipolar de porta isol
66. l draia 0 3276 1030 o eaer eid 0 4823 138 icem dise 0 6369 17 232 s nunal RES 0 7915 2077 Sess sette 0 9462 Custo do kWh 0 0991 0 0991 0 1285 Tabela D 1 Tarifas regulamentadas pela ERSE para IEBT Fonte Valores sujeitos a IVA de 5 b Nova liga o rede el ctrica gt Encargos com o elemento de liga o de uso exclusivo v lidos para um comprimento m ximo de 30 m gt Encargos com a constru o do elemento de liga o partilhado 6 44 m para rede a rea e 17 48 m para rede subterr nea gt Encargos com a participa o na constru o dos refor os da rede 0 174 KVA Venda de electricidade em regime bonificado A venda de electricidade concession ria da rede el ctrica p blica por parte de um detentor de um sistema energ tico renov vel de microgerac o feita segundo os pontos estabelecidos no DL n 363 2007 de 2 de Novembro para venda de energia em regime bonificado de microgera o de sistemas energ ticos renov veis que apresenta os seguintes pontos principais 176 Anexo D Tarifas de electricidade praticadas em Portugal 1 Siglas e defini es 1 1 Instala o el ctrica de microprodu o corresponde a uma instala o de produ o de electricidade monof sica em Baixa Tens o BT com pot ncia de liga o at 5 75 kW 1 2 Pot ncia de ligag o a pot ncia m xima em quilowatt kW que um produtor de uma instala o de micropr
67. o seguinte VAL VAL CFDA 1769 lt 0 Portanto para um periodo de 20 anos e uma taxa de desconto de capital de 10 o investimento deve ser rejeitado Aplicac o da taxa interna de retorno TIR A taxa interna de retorno representa a taxa de custo de capital que anula o valor do VAL isto VAL CFo 1 TIR CE A TIR CFy 1 TI 20 12 10 Uma vez que o horizontal temporal inflexivel ou seja o prazo de vida estimado dos componentes do sistema FV dependente nao pode nem deve ser alternado a taxa de custo de capital a que corresponde a TIR nica vari vel que pode ser alterada com o objectivo de determinar as condi es em que o investimento no sistema FV pode eventualmente ser aceite Partindo da sua express o de defini o representada pela equa o 12 8 observa se que o VAL possui uma rela o de proporcionalidade inversa com a taxa de capital isto quanto maior for o VAL menor ser a taxa de custo de capital Portanto para obter um VAL positivo a taxa de custo de capital deve ser reduzida Considerando uma taxa de custo de capital de 5 ao longo dos 20 anos conforme pode se verificar a partir dos valores do anexo K um VAL de 1840 148 Estudos de casos Quer isto dizer que algures num ponto qualquer entre a taxa de custo de capital de 5 e a taxa de custo de capital de 10 existe um valor para a taxa de custo de capital para o qu
68. objectos que circulam ao longo da superf cie da terra que tem como consequ ncia o desvio ou altera o completa do curso ou traject ria normal dos objectos ao longo da superf cie terrestre Portanto as forma es e movimenta es dos ventos de larga escala s o na pr tica muito mais confusas e complexas que o modelo idealizado das zonas t rmicas descrito acima todavia as zonas PS a 4 A i 4 de ocorr ncia dos ventos n o diferem muito das zonas do modelo idealizado 10 3 2 Pontos regides de disponibilidade de ventos Com base nos dados do ponto anterior pode se concluir que as zonas tropicais da superf cie terrestre representam as regi es com menor disponibilidade ventosa global e as zonas polares as regi es com maior disponibilidade ventosa 10 3 3 Ventos prejudiciais aos sistemas e licos ventos irregulares Os dois principais tipos de ventos irregulares s o Ventos das tempestades Ventos das turbul ncias Ventos das tempestades Os ventos das tempestades s o de elevad ssima intensidade e possuem um tempo de dura o muito curto e indeterminado O que torna os prejudiciais ao funcionamento normal das turbinas e licas Portanto n o recomend vel a projec o dos sistemas e licos com base no aproveitamento do campo e lico dos ventos das tempestades por m os sistemas e licos devem ser projectados prevendo se a ocorr ncia destes ventos 115 Sistemas foto
69. pags 103 119 Haselhuhn R Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 104 figuras 2 91 29255 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pags 153 158 108 Cap tulo 10 Sistemas energ ticos e licos Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 10 Sistemas energ ticos e licos Chamam se sistemas e licos os sistemas energ ticos que aproveitam a energia proveniente dos ventos para a produg o de energia Como foi poss vel ver em cap tulos anteriores desta disserta o os sistemas energ ticos e licos destinam se essencialmente a produ o de energia el ctrica 10 1 Vantagens e desvantagens dos sistemas e licos A energia e lica das energias renov veis a que possui o maior potencial de crescimento para uma estimativa de curto e m dio prazo especialmente para os sistemas energ ticos de m dia larga e larga escala ainda que possua um potencial t cnico inferior ao das energias solar e geot rmica A disponibilidade mundial da sua fonte energ tica outra vantagem bvia dos sistemas e licos pois quando o vento est dispon vel pode ser
70. passagem de corrente Numa c lula t pica cristalina R varia entre 0 05 e 0 10 O e R entre 200 e 300 Q 4D A efici ncia de convers o energ tica da c lula cristalina independente de Ry mas tem uma pequena rer es e 21 T sensibilidade em rela o s varia es de R 9 verificando se o seguinte gt Um incremento de Rs pode provocar um decr scimo de V 15 gt Um decr scimo de R pode provocar um aumento de R Figura 5 7 Diagrama completo estendido do circuito el ctrico equivalente de uma c lula FV iluminada Fonte Adapt Haselhuhn R 5 7 2 Efeito da sensibilidade do espectro luminoso nas c lulas solares A varia o da intensidade da luz solar com a varia o das diferentes gamas do seu espectro tem influ ncia directa na efici ncia das c lulas FVs para um espectro solar AM 1 5 as c lulas cristalinas s o mais sens veis aos comprimentos de onda longos ALonco gt 60 A c lula solar FV 800 nm ou seja na regi o infravermelha do espectro luminoso solar enquanto as c lulas de pel cula fina registam maior sensibilidade nos comprimentos de onda situados na regi o vis vel do espectro luminoso solar as c lulas de sil cio amorfo absorvem melhor a luz de comprimento de onda curto Acurro lt 500 nm enquanto as c lulas CdTe e CIS apresentam melhor efici ncia nas regi es de comprimento de onda m dio 500 nm lt Am pio 800 nm P 5 7 3 Condic es de teste pad
71. que permitem montar outras c lulas numa estrutura c lula sobre c lula ou c lulas multi jun es de forma a captar a energia solar em v rios comprimentos de onda do espectro luminoso Esta sobreposi o permite alcan ar maiores efici ncias uma vez que cada parte de cada c lula do conjunto pode ser optimizada para os tr s comprimentos de onda OCT 1 Elementos met licos Contactos Figura 5 4 Composig o de uma c lula FV amorfa Fonte Adapt Solarpraxis 57 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica As c lulas solares de sil cio amorfo apresentam as seguintes caracter sticas gt Efici ncia possuem uma efici ncia modular entre 5 e 7 estabilizadas gt Dimens es m dulo padr o m ximo 0 79 m x 2 44 m m dulos especiais 2 m x 3 m espessura entre 1 e 3 mm no substrato vidro ou metal e ocasionalmente 0 05 mm pl stico com aproximadamente lum 0 001 mm de revestimento dos quais 0 3 um 0 0003 mm s o de sil cio amorfo ap gt Apar ncia estrutura e colora o apar ncia estrutura uniforme colora o 11 apresentam se em castanho avermelhado azul ou ainda azul violeta aD gt Forma apresentam se em formato rectangular 5 6 2 C lulas solares de disselenieto de cobre e ndio CIS Estas c lulas t m como material semicondutor activo um composto de cobre Cu ndio In e sel nio Se ou CIS Copper Indium Selenium sendo q
72. resultantes das circulac es globais de ar anuais na superficie terrestre circula o atmosf rica devido ac o do efeito do movimento de rota o da terra ou efeito Coriolis e o seu processo de forma o ac o e movimento divide de forma idealizada a terra em tr s diferentes zonas clim ticas ou zonas t rmicas gt Zonas intertropicais ou tropicais referem se as regi es que est o situadas entre os dois tr picos tr pico de capric rnio e tr pico de c ncer e estendem se a 30 N S de latitude a partir do equador Anualmente recebem uma quantidade de luz solar consideravelmente superior s demais zonas t rmicas 114 Sistemas energ ticos e licos gt Zonas temperadas est o localizadas entre os tr picos e os c rculos polares entre os 30 e 60 N S de latitude Estas zonas s o consideravelmente mais frias que as zonas tr picas pois recebem anualmente menores quantidades de energia solar 4 gt Zonas polares s o as regi es t rmicas que menor quantidade de energia solar recebem anualmente e ou seja s o as zonas mais frias da superf cie terrestre Ent o a circula o atmosf rica realiza se com a movimenta o do ar quente e menos denso do equador para as zonas polares e do ar frio mais denso das zonas polares para o equador para preencherem o vazio deixado pelo ar quente deslocado no entanto o efeito Coriolis provoca a deflex o dos
73. seja no estado descarregado provoca um aumento de tens o na c lula e caso o circuito seja fechado ser percorrido por uma corrente el ctrica Os electr es dos tomos do semicondutor que n o entram em contacto com os fot es e voltam a ligar se com os electr es em falta formam o chamado processo de recombina o s 5 2 1 Funcionamento da c lula solar de sil cio cristalino A c lula solar de sil cio cristalino constitu da por duas camadas ou superf cies de tomos de inclus o contamina o tamb m chamadas de superf cies de contamina o uma camada de contamina o negativa de f sforo orientada para o sol e uma camada de contamina o positiva de boro como base da c lula Na camada limite de separa o entre as duas superf cies de contamina o forma se um campo el ctrico que provoca a separa o das cargas carregadas libertadas pelos fot es Para que a c lula possa produzir electricidade necess rio aplicar lhe contactos met licos nas suas partes frontal e traseira e para este efeito s o geralmente utilizadas telas de impress o O A superf cie traseira da c lula deve ser coberta para n o deixar passar a luz solar enquanto a sua superf cie frontal deve estar completamente descoberta para absorver o m ximo poss vel de luz solar Para cobrir a superf cie traseira da c lula geralmente utilizam se pastas prateadas ligas de pratas ou de alum nio ligas de alum nio que permitem
74. sistema FV da figura 4 4 como pode se observar na figura 4 5 Ent o neste caso a sa da das baterias ser bifurcada ter um ponto 6 que representa a cablagem da liga o entre as baterias e o QG dos circuitos em DC e o ponto 6 que continuar a representar a cablagem da liga o entre as baterias e o inversor Os restantes elementos mant m as suas fun es Figura 4 5 Esquema de um sistema FV dependente simples com armazenamento que tamb m alimenta circuitos em DC Vantagens e desvantagens Relativamente aos sistemas FVs dependentes sem baterias os sistemas FVs dependentes com baterias apresentam mais desvantagens do que vantagens Apresentam como principal e talvez nica vantagem a capacidade de garantir o fornecimento cont nuo de electricidade rede el ctrica dom stica mas apresentam as seguintes desvantagens gt S o mais dispendiosos a introdu o de baterias implica despesas de manuten o mais componentes e um inversor mais sofisticado o que torna o sistema mais caro gt S o pouco eficientes as baterias t m de estar sempre carregadas n vel de carga ptimo e t m a caracter stica de descarregarem mesmo sem alimentarem nenhuma carga ou seja no estado inactivo o que implica que uma percentagem consider vel entre 15 a 30 ou 22 5 em m dia do total de energia produzido pelo sistema FV ser canalizada para as baterias e como consequ ncia o sistema fornecer
75. x 10167 Wh dia x 10 24 dia 48 V 176 5 Ah 12 21 153 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Esta capacidade permite que as baterias produzam 8 47 kWh dia que uma quantidade superior ao consumo energ tico di rio de 7 56 kWh e assim sendo o conjunto de 24 baterias Hoppecke 8 OPzS 800 que tem um custo total de 14260 78 pode ser substitu do por um conjunto de 24 baterias Hoppecke 4 OPzS 200 com um custo estimado de 5203 78 Desta substitui o resulta uma diferen a de 9065 que um valor superior ao custo total do sistema e lico estimado em 4423 61 Portanto consegue se economizar com a aplica o do sistema e lico mas durante um per odo aproximado de 10 horas a rede el ctrica dom stica ter uma menor pot ncia el ctrica dispon vel 12 4 Simula o de aplica es de sistemas FV em Angola Ser o utilizados como objectos destes estudos as moradias que o mesmo estudante angolano e um dos seus parentes possuem em Angola que de acordo com uma an lise efectuada por eles sobre as facturas do ltimo ano apresentam as seguintes caracter sticas 1 Moradia do estudante em Angola Consumo energ tico anual m dio de 365 kWh m s ou 12 kWh dia e consumo energ tico m ximo de 483 kWh m s ou 16 1 kWh dia Tarifa de pot ncia contratada dom stica de 3 3 kW Pot ncia de liga o contratada de 9 6 kW Consumo energ tico m dio anual de 1098 6 kWh m s ou
76. xiii Sistemas fotovoltaicos sua aplicac o amp viabilidade econ mica Anexo C Campos energ ticos e produc o energ tica dos sistemas FVs em Famalic o 173 Anexo D Tarifas de electricidade praticadas em Portugal sees 176 Anexo E Campos energ ticos e produ o energ tica dos sistemas FVs em Luanda e no Huambo si TT 182 Anexo G Componentes do sistema FV h brido para o estudo experimental 189 Anexo H Propostas de geradores el ctricos para aplica es em Angola custo de combust vel e electricidade e taxas de transporte mar timo e alfandeg rias praticadas em Anexo I Produ o de electricidade e gases de efeito de estufa oooooooccccnnncccnoconacaccnnnonon 195 Anexo J Factores de convers o de unidades m ltiplos e subm ltiplos e conjunto de f rm las e Express es utili ada lia 198 Anexo K Representa o de tabelas e respectivas f rmulas utilizadas para a sua execu o a parirdo Microsoft Excel 2007 5 stent t e nd 200 xiv ndice de figuras ndice de Figuras Figura 3 1 Componentes da radia o solar oooooccccccnnnnooocaccnococononnnnnnnnonnnccnnnnnnnnnnncnnnncnnnn 27 Figura 3 2 Espectro solar no exterior AM0 e no interior AM gt 0 da atmosfera terrestre AO 31 Figura 3 3 Pico de radia o solar da superf cie terrestre ococcccnnnnocccconnnnnononananananoncnnnnn 31 Figuras 3 4 3 5 Ilustra es de um pir metro e de um sens
77. 08 W b M dulo gerador FV policristalino Prvmax 0 133 x 496 W m x 0 647 m 42 68 W Prvm pia 0 133 x 355 459 W m x 0 547 m 25 86 W Ent o com base nos valores experimentais m ximos e m dios de pot ncia el ctricas dos m dulos FVs determinados anteriormente e uma vez que por definig o o rendimento de um gerador energ tico representa o r cio entre a sua pot ncia real e a sua pot ncia nominal isto rendimento Prear PnominaL X100 obt m se 1 M dulo gerador FV monocristalino Rendimento M DIO 10 24 32 08 x 100 31 9 Rendimento M X 28 68 44 77 x 100 64 1 2 M dulo gerador FV policristalino Rendimento M DIO 7 54 25 86 x 100 29 2 Rendimento M X 21 68 42 68 x 100 50 8 Efici ncia real Com base nos dados de radia o solar di ria de Famalic o definidos anteriormente neste ponto s o obtidas as seguintes efici ncias 137 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica l M dulo gerador FV monocristalino nmono 28 68 W 496 W m x 0 547 m 0 106 ou 10 6 2 M dulo gerador FV policristalino por 21 68 W 496 W m x 0 657 m x 100 6 70 x 10 0u 6 70 Portanto com base nos valores respectivos de pot ncias produzidas os m dulos monocristalinos e policristalinos ter o respectivamente aproximadamente menos 36 e menos 50 de efici ncia Os dados acima demonstram um melhor rendimento dos m
78. 13 04 0 13 1 70 13 05 0 11 1 44 14 19 51 13 03 0 15 1 95 13 05 0 12 1 57 14 50 01 13 05 0 17 2 22 3 06 0 14 0 43 15 20 10 13 13 0 29 3 81 13 14 0 22 2 89 15 50 20 13 11 0 21 2 75 13 12 0 17 2 23 16 20 29 13 04 0 12 1 56 13 06 0 1 1 31 16 50 39 12 9 0 02 0 26 13 58 0 03 0 41 18 11 10 da ne 0 00 0 00 da 0 00 0 00 Valor m dio 13 25 0 46 6 16 12 78 0 35 4 60 Valor m ximo 13 91 1 55 21 56 13 89 1 12 15 56 Valor m nimo 12 9 0 02 0 258 3 06 0 03 0 41 Tabela 11 1 Continua o Refer ncias bibliogr ficas 1 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pags 317 329 JRC s d Photovoltaic Geographical Information System PVGIS pagina consultada a 05 06 2010 lt http re jrc ec europa eu pvgis apps3 MRcalc php UMINHO Dados de Disponibilidade Ventosa do Minho Guimar es UMINHO JRC s d Photovoltaic Geographical Information System PVGIS pagina consultada a 05 06 2010 lt http re jrc ec europa eu pvgis apps4 DRcalc php gt 140 Cap tulo 12 Estudos de casos Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 12 Estudos de casos Como estudos de casos desta dissertac o ser o feitas an lises de vi
79. 2 Estrutura tubular Figura 10 11 Torres com estrutura sustentada por cabos de fixa o m veis e inclinados 1 Treligada 2 Tubular Fonte Adapt Anil Rao Refer ncias bibliogr ficas 1 Samuelson Paul A Nordhaus William D Economia 14 Edi o Lisboa McGraw Hill 1993 p g 34 2 Chiras Dan Sagrillo Mick Woofenden lan Power from The Wind A Pratical Guide To Small Scale Energy Production Gabriola Island New Society Publishers 2009 p gs 8 18 3 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edi o New York CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 p gs 25 33 128 Sistemas energ ticos e licos 10 11 12 13 14 15 16 17 Chiras Dan Sagrillo Mick Woofenden Ian Power from The Wind A Pratical Guide To Small Scale Energy Production Gabriola Island New Society Publishers 2009 p gs 26 39 Weather Vaughan Lake Sea breeze char Weather amp Climate Apud Wikipedia 2006 p gina consultada a 04 04 2010 http en wikipedia org wiki File LAKE BREEZE gif Porto Editora Dicion rio Ingl s Portugu s Novo Acordo Ortogr fico 5 Edi o Porto Porto Editora 2009 p g 1163 Kidsgeo s d Mountain And Valley Breezes p gina consultada a 04 06 2010 lt http www kidsgeo com images mountain valle y breezes jpg gt Porto Editora Dicion rio Ingl s Portugu s Novo Acordo Ortog
80. 2 08 31 13 95 2 44 34 04 13 94 1 84 25 65 12 38 41 13 26 0 48 6 36 13 27 0 36 4 78 13 08 50 13 67 1 52 20 78 13 67 1 14 15 58 13 39 00 13 21 0 49 6 47 13 22 0 39 5 16 14 09 09 13 23 0 46 6 09 13 24 0 36 4 77 14 39 19 13 34 0 48 6 40 13 34 0 37 4 94 15 09 28 13 20 0 41 5 41 13 26 0 35 4 64 15 39 38 13 25 0 45 5 96 13 20 0 31 4 09 16 09 47 13 06 0 17 2 22 13 07 0 14 1 83 17 11 10 3 0 00 0 00 iii As 0 00 Valor m dio 13 28 1 05 14 31 13 30 0 77 10 49 Valor m ximo 14 11 3 53 49 77 14 09 2 73 38 47 Valor m nimo 12 65 0 0 12 83 0 06 0 77 Tabela 11 1 Valores experimentais da tens o intensidade de corrente e pot ncia de um m dulo gerador FV monocristalino e um m dulo gerador FV policristalino 139 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 8 14 51 13 09 0 50 6 55 13 09 0 41 5 37 8 45 01 12 99 0 22 2 86 13 0 18 2 34 9 15 11 13 13 0 34 4 46 13 13 0 28 3 68 9 45 20 13 29 0 57 7 58 13 29 0 45 5 98 10 15 30 13 54 0 96 13 00 13 52 0 72 9 73 10 45 39 13 36 0 57 7 62 13 36 0 43 5 74 11 15 49 13 60 1 00 13 60 13 58 0 73 9 91 11 45 58 13 91 1 55 21 56 13 89 1 12 15 56 12 04 23 13 61 0 99 13 47 13 6 0 72 9 79 12 14 52 13 50 0 79 10 67 13 49 0 58 7 82 12 19 13 13 45 0 69 9 28 13 44 0 51 6 85 12 49 23 13 20 0 29 3 83 13 21 0 22 2 91 13 19 32 13 01 0 05 0 65 13 03 0 05 0 65 13 49 42
81. 2008 2004 2008 Alemanha 1044 3998 5498 EXD3 UT D 100 E3 C3 1 4 1 100 E3E 7 100 Portugal 27 Que 82 EGO UD 00 Total Mundial 28612 9574 134449 _ E7D7 1 1 1 100_ E7 C7 1 9 1 100 Tabela K 3 Ilustrac o das f rmulas utilizadas para a execuc o da tabela 2 7 a partir do Microsoft Excel 200 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica DIE F 1 y Capacidade instalada MW Aa Quota PasRegio 2004 2007 2007 2008 2004 2008 16879 25237 F3E3 1 1 100 F3 DA 1 4 1 100 F3SFS7 100 O Portal 585 2150 28 FOES 1 1 1 100 F6IDG 1 4 1 100 Total Mundial 47912 94005 122158 FTETY 1 1 1 4100 E71D7 114 1 100 FSFS7 100 Tabela K 4 Ilustrac o das f rmulas utilizadas para a execuc o da tabela 2 9 a partir do Microsoft Excel 1 18205 73 18205 73 1 05 3989 62 3799 638 k 1 103 3193 62 2896 707 E 1 158 3193 62 2758 769 1 21 3193 62 2627 399 E 1 27 3193 62 2502 285 3620 931 e 1 34 185095 1381 207 62 1515 29 1076 888 1162 836 o p o Oo Oo Oo BO ON AUB win ie o Wp Up Ur A un Un a N 10 o so N N y y or jo or o un o ojo m e 1179 62 798 413 364 423 i 843 95 54A 179 595 Un ojo ojo t Uh UA Ole 1 62 6 3 1 71 166 347 1 188 146 432 1 98 139 459 UA o o 5 o 153 754 146
82. 2009 p g 54 13 BP 2009 BP Statistical Review Of World Energy Full Report p gina consultada a 14 03 2010 lt http www bp com gt 14 Sustainable Energy Commission German Bundestag 2002 Apud Earthscan Planning Installing Photovoltaic Systems A guide for Installers architects and engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 332 15 OECD Apud IEA 2007 IEA World Energy Outlook p gina consultada a 14 03 2009 lt http www iea org gt 16 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operations 2 Edi o New York Taylor amp Francis Group 2006 pag 26 22 Cap tulo 3 Aproveitamento solar Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 3 Aproveitamento solar O aproveitamento solar refere se a montagem de sistemas energ ticos que t m como fonte energ tica prim ria o sol 3 1 Energia solar a energia emitida pelo sol e que chega superf cie terrestre sob a forma de ondas electromagn ticas radia o que se propagam transversalmente no espa o O sol o centro do sistema solar terrestre A energia que o sol liberta aquece o planeta terra e d vida a todos os seus elementos Ou seja a import ncia que sol tem para o planeta terra em termos energ ticos quase imensur vel pois com excepg o da energia nuclear todos os recursos energ t
83. 36 118 kWh dia e consumo energ tico m ximo mensal de 1525 kWh ou 50 83 kWh dia Verificaram ainda que aproximadamente 60 de ambos os consumos se registam durante o per odo nocturno Quantidades energ ticas produzidas pelos sistemas FVs dependentes simples De acordo com anexo E o sistema FV produz em Luanda e no Huambo as seguintes quantidades energ ticas Ery Luanda 0 95 0 9 x 6540 kWh ano 6903 kWh ano 18 9 kWh dia Ery Huambo 0 95 0 9 x 7370 kWh ano 7779 kWh ano 21 3 kWh dia Estes valores foram calculados com base numa factor total de perdas energ ticas de 22 9 e em geradores FVs de pel cula fina com uma pot ncia equivalente aos geradores FVs cristalinos pois como foi poss vel ver no cap tulo 6 desta disserta o os m dulos FVs de pel cula fina devido sua capacidade de suportar grandes cargas t rmicas s o muito mais adequados para as aplica es em regi es quentes 12 4 1 Aplica o do sistema FV dependente simples em Angola Custo do sistemas FV dependente simples em Angola 154 Estudos de casos Com base nos custos do frete mar timo e seguro do transporte mar timo e no valor das taxas aduaneiras praticadas em Angola que encontram se representados no anexo H e tendo em conta que nem a Vimasol nem a Revez Solar fazem parte da rede comercial de reembolso de IVA ou VAT refund os sistemas FVs ter o os seguintes custos equivalentes em euros Va valor f
84. 4 ano 12 2 EpaGA LivrE Ecmenio X Tg Tr 12 3 EPAGA LIVRE Q760 kWh ano x 0 1285 k Wh 67 024 ano 421 684 ano EpaGa 421 684 421 684 x 0 05 442 7682 ano Energia vendida concession ria da rede el ctrica p blica A quantidade de energia vendida concession ria da rede el ctrica p blica depender da quantidade de energia produzida pelo sistema FV e da tarifa de venda em regime bonificado em vigor Portanto considerando para efeitos de c lculo que o sistema FV em quest o produza em m dia aproximadamente a mesma quantidade energ tica ao longo do seu ciclo de vida verifica se Ev Erv x Tv 5594 kWh ano x Tv 12 4 E a varia o de energia paga ou ganha dada pela diferen a entre a energia vendida rede el ctrica p blica e a energia paga rede el ctrica p blica considerando que a tarifa geral de electricidade da rede el ctrica p blica permane a constante ao longo do ciclo de vida do sistema FV ou seja Ev GLOBAL Ey EpaGa 5594 kWh ano x Ty z 442 7682 ano 12 5 Prazo de recupera o payback Para a determina o do prazo de recupera o ou payback do sistema FV ser o considerados dois per odos um per odo de sete anos por ser o per odo em que um projecto de investimento de natureza n o p blica poder ser considerado como economicamente 1 vi vel pois se um investimento imobilizar o capital de uma emp
85. 4 5 O contador el ctrico O QE que liga rede el ctrica p blica e claro a linha de fornecimento da rede el ctrica p blica sendo o sistema FV independente da rede el ctrica p blica obviamente que a linha da rede el ctrica p blica 43 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica n o pode estar representada neste esquema o mesmo aplica se para ao QE Quanto ao contador el ctrico uma vez que o sistema FV n o estar conectado rede el ctrica p blica n o existe a obrigatoriedade de ser instalado no entanto aconselha se que consumidor instale um para poder n o s dimensionar correctamente o sistema FV como tamb m detectar se o mesmo est a funcionar de maneira correcta e eficiente Com alimenta o apenas de cargas em CA No caso de um sistema FV independente simples projectado para abastecer apenas cargas em CA bastava retirar o elemento 5 do esquema da figura 4 7 Figura 4 7 Esquema de um sistema FV independente simples 4 3 2 Sistemas FVs independentes h bridos A aplicag o de uma fonte energ tica alternativa aos sistemas FVs independentes faz todo sentido especialmente em casos de consumo energ tico consider vel em que a instala o de um banco de baterias de grande capacidade pode n o ser uma alternativa economicamente vi vel Como pode se observar no esquema da figura 4 8 para formar um sistema FV independente h brido basta adicionar um gerador e lico ao sist
86. 432 un o o i Uh so i a 207 132 818 26 4 2 292 120 470 2 407 114 734 2 527 05 270 2 653 104 067 23 Payback 1840 Tabela K 5 Payback descontado do investimento num sistema FV de regime bonificado para uma taxa de actualizac o de 5 em Famalic o 94 N H 00 w A A A Ur in w e oe eo o 0 o jo o jo 5 sU 201 Anexo K Representa o de tabelas e respectivas f rmulas utilizadas para a sua execu o a partir do Microsoft Excel 2007 202 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 203
87. 45 0 304 0 521 0 628 4 00 7 2 9 3 Total mundial 3 42 4 07 5 67 6 72 2 85 100 0 100 0 Tabela 2 5 Previs es da produ o mundial de electricidade a partir dos diversos recursos energ ticos renov veis desde 2010 at 2030 Fonte Adapt EIA World Energy Projections Plus 2 4 Impactos ambientais Dos factores adjacentes produ o de energia el ctrica os ambientais s o com certeza os mais importantes pois tamb m afectam os factores pol ticos e s cio culturais e por esta raz o as sociedades desenvolvidas lutam para tentar desenvolver meios tecnol gicos e cient ficos que lhes permitam produzir quantidades ptimas de energia el ctrica com o m nimo poss vel de polui o ambiental Dos diversos impactos ambientais que a produ o massiva de energia el ctrica causa o aquecimento global terrestre apresenta se como o mais importante e perigoso contudo os restantes fen menos ambientais como a diminui o da camada de ozono a chuva cida e o nevoeiro fotoqu mico n o devem ser ignorados 2 4 1 Aquecimento global global warming Z O Aquecimento global terrestre um fen meno ambiental que refere se ao aumento da temperatura m dia dos oceanos e do ar que se encontra mais pr ximo da superf cie terrestre e vem se verificando desde meados do s culo 20 O IPCC estima que a temperatura m dia da superf cie terrestre durante o in cio e final do s culo 20 1901 2000 cresceu em aproxim
88. 6 174 16 Manufacture s specifications measured data LEE TISO TUV and ECN Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 93 tab 2 3 66 Cap tulo 6 O m dulo solar FV Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 6 O m dulo solar FV O m dulo solar FV resulta das combina es directas das c lulas solares e portanto tamb m um elemento fundamental dos sistemas FVs 6 1 Tipos de m dulos FVs Os m dulos solares podem ser classificados segundo v rios crit rios Um dos crit rios de classifica o mais utilizados a classifica o segundo a aplica o a que se destinam neste crit rio eles classificam se em convencionais standard especiais e feitos medida 9 6 1 1 M dulos FVs cristalinos convencionais Os m dulos FVs cristalinos convencionais s o fabricados e disponibilizados no mercado com o nico e simples objectivo de aproveitar ao m ximo a energia solar e produzir o m ximo poss vel de electricidade com o m nimo de custos poss vel Estes m dulos n o s o adapt veis s aplica es as aplica es que s o adaptadas a eles A maioria dos m dulos cristalinos convencionais s o constitu dos por substratos de vidro pel cula Tedlar s o laminados com EVA e possuem uma moldura
89. 6 kWh dia Err 0 95 x 8 16 kWh dia 7 8 kWh dia Egg 0 6 x 12 kWh dia 6 kWh dia 12 28 A quantidade indicada na ltima equag o da express o 12 28 poder ser suportada pelo gerador FV durante o seu per odo de funcionamento uma vez que o mesmo pode produzir uma quantidade energ tica di ria de 18 9 kWh dia e uma vez que Egr C100 lt 60 e Ecry gt 30 Err o sistema FV produzir as seguintes quantidades energ ticas Erv Luanda 4 10 x 18 9 kWh dia 6 10 x 18 9 kWh dia 7 8 kWh dia 14 2 kWh dia ErvT Luanda 22 kWh dia e Ervr22 5 Luanda 17 kWh dia 6205 kWh ano Erv Huambo 4 10 x 21 3 kWh dia 6 10 x 21 3 kWh dia 7 8 kWh 16 6 kWh dia Ervr Huambo 24 4 kWh dia e Ervr22 5 Huambo 18 9 kWh dia 6908 kWh ano 12 29 Aplicac o do sistema FV em Luanda Uma vez que o gerador possui uma pot ncia nominal de 4 3 kW para produzir a mesma quantidade energ tica do sistema FV dever funcionar aproximadamente durante o seguinte per odo Tor Erv 4 3 kW 3 96 h dia 1445 h ano 12 30 Ent o anualmente o gerador el ctrico consumir a seguinte quantidade de combust vel 158 Estudos de casos Veas 1449 h ano x 2 61 L h 3771 L ano 12 31 Do anexo H sabe se que custo equivalente em euros do litro de gasolina em Angola de 0 35 ent o anualmente ser o verificados os seguintes custos Coas 3771 L ano x 0 35 L 1320 C
90. 7 5 0 16 16 Noruega 6 9 7 7 8 8 3 3 75 3 82 4 73 0 06 17 Su cia 3 9 4 8 6 2 7 9 27 4 28 3 19 3 0 06 18 Finl ndia 3 7 4 1 4 4 4 9 11 4 9 32 7 28 0 0 19 Dinamarca 2 3 2 9 3 1 3 2 3 23 5 05 8 61 0 0 20 Israel 0 9 1 3 1 8 2 3 27 8 33 0 26 4 0 0 Angola 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Brasil 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 China 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 R ssia 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Total Europa 1259 4 3220 4 4999 6 9614 9 92 3 72 8 66 2 71 5 Total Asia 1193 7 1814 9 2080 8 2603 3 25 1 19 8 21 5 19 4 Total Am rica 408 1 664 2 877 1226 7 39 9 35 9 31 7 9 12 Total AIE SEFV 2861 2 5699 5 7957 4 134449 69 0 53 6 47 2 100 Tabela A 1 Top 20 mundial em termos de capacidade instalada de energia fotovoltaica Fonte Adapt AIE SEFV IEA PVPS AEIFV EPIA 169 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Capacidade Instalada MW Aa Quota Posic o Pa s 2004 2006 2007 2008 07 08 06 08 04 08 2008 1 EUA 6750 11635 16879 25237 49 5 47 3 39 1 20 7 2 Alemanha 16649 20652 22227 23933 7 68 7 65 9 50 19 6 3 Espanha 8263 11614 14714 16543 12 4 19 3 19 0 13 5 4 China 769 2588 5875 12121 106 116 99 3 9 92 5 ndia 3000 6228 7845 9655 23 1 24 5 33 9 7 90 6 It lia 1261 2118 2721 3731 37 1 32 7 31 2 3 05 7 Fra
91. 8 e potenciais t cnicos e te ricos das energias iC AT EE 13 Tabela 2 3 Canaliza o dos recursos energ ticos renov veis mundiais em 2008 13 Tabela 2 4 Previs es da produg o mundial de electricidade a partir dos diversos recursos energ ticos desde 2010 at 2030 vecinita did 14 Tabela 2 5 Previs es da produg o mundial de electricidade a partir dos diversos recursos energ ticos renov veis desde 2010 at 2030 oooccnnnnncoccconnccnononanaonannnnncnnnnnnnnanacnnnnccnnnns 15 Tabela 2 6 Estimativas de custos dos sistemas FVs de pequena e grande escala desde 2010 ate 2020 scc tete rim a tici tnt E d Ku Mer Sea Arun e pU EEUU 18 Tabela 2 7 Capacidade instalada acumulada fotovoltaica mundial em 2000 19 Tabela 2 8 Acesso electricidade em frica e a nivel mundial em 2006 20 Tabela 2 9 Capacidade instalada acumulada mundial de energia e lica em 2009 21 Tabela 3 1 Valores para os albedos de diversas SUperf CIES oooooccccnnnoccncnononancnnnnonnnnnnnnn nooo 29 Tabela 3 2 Depend ncia da radia o solar com o seu ngulo de eleva o 32 Tabela 5 1 Factor de forma dos m dulos solares cristalinos e de pel cula fina 64 Tabela 10 1 Coeficientes de atrito superficial das principais superf cies 117 Tabela 11 1 Valores experimentais da tens o intensidade de corrente e pot ncia de um
92. Curva preta Baterias solares Curva castanha Baterias de chumbo cido de gel Curva azul Baterias de chumbo cido estacion rias em bloco Curva verde Baterias de chumbo cido estacion rias de placa tubular Pode se observar neste gr fico que para uma descarga de 70 as baterias solares possuem uma dura o aproximada de 200 ciclos verifica se ainda que para uma descarga de 50 elas possuem uma dura o de vida consideravelmente superior chegando a atingir um n mero de ciclos igual ou ligeiramente superior a 400 A para uma descarga de 20 o n mero de ciclos aumento em mais do dobro ou seja chega a 1000 ciclos e para uma descarga ainda menor at 10 o n mero de ciclos atinge os 1500 A dura o m xima das baterias para uma descarga ligeiramente inferior a 1096 estimada aproximadamente em um n mero de ciclos igual ou ligeiramente superior a 2000 Para uma temperatura m dia de 25 C 100 ciclos de dura o de vida das baterias correspondem por aproxima o a um per odo a equivalente em anos de 0 6 anos ou seja 1000 ciclos de vida de uma bateria 84 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga correspondem a aproximadamente 6 anos logo as baterias solares ter o uma esperanca de vida aproximada para uma descarga de 10 de 9 anos portanto s o recomend veis para aplica es simples e espor dicas 8 5 Baterias d
93. Eps 1220 Ah x 48 V 100 horas x 24 horas 1 dia 14 kWh dia 12 14 E uma vez que os geradores FVs funcionam eficientemente em Famalic o durante um per odo m dio de 8 horas Ep 16 24 x Epp 12 15 Ou Egg 0 95 x Eg 8 9 kWh dia dispon veis para rede el ctrica dom stica contudo a quantidade energ tica que efectivamente ser extra da das baterias depende apenas do consumo registado no per odo nocturno ou de passividade do gerador FV isto 151 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Egg EC NOCTURNO 0 70 x 7 561 kWh dia 5 3 kWh dia 12 16 Tal quantidade poder ser suportada pelo gerador FV durante o seu per odo de funcionamento uma vez que este pode produzir uma quantidade energ tica di ria de 15 3 kWh que um valor que supera em mais de 30 a quantidade energ tica que as baterias disponibilizam para rede el ctrica dom stica que por sua vez corresponde a menos de 60 da capacidade inicial das baterias e nestas condi es como foi poss vel ver no cap tulo 7 as baterias precisar o de aproximadamente 6 horas em m dia para reporem a sua carga extra da Ent o o sistema FV produzir a seguinte quantidade energ tica Ervr Erv Egr Ery 2 8 x 15 3 kWh dia 6 8 x 15 3 kWh dia 8 9 kWh dia 8 6 kWh dia Ervr 17 5 kWh dia 6388 kWh ano 12 17 Por m como foi possivel ver em capitulos anteriores
94. GE 3062 38 1320 188 12 x 20 33225 12 32 Aplicando as tarifas de electricidade praticadas em Angola que se encontram representadas no anexo H nas express es 12 3 e 12 4 tem se ao longo dos 20 anos e para garantir a autonomia energ tica da rede el ctrica dom stica moradia Ec Luanda 20 03 horas x 12 kWh 24 horas 10 kWh dia 3650 kWh ano 12 33 Portanto EpAGA 20 ANOS 2271 Isto a utiliza o do gerador el ctrico acarretar um custo total de Crorat c p Luanda 35496 e uma vez que o sistema FV de 4 KWp possui em Luanda um custo estimado de 43900 o gerador el ctrico apresenta se como uma alternativa mais vi vel Aplicac o do sistema FV no Huambo Utilizando o mesmo procedimento Vaas 4194 L ano Coas 1468 Cio 36179 Epaca 20 anos 2226 e Crorar c p Huambo 38406 Portanto uma vez que o sistema FV possui no Huambo um custo estimado de 44575 o gerador el ctrico tamb m apresenta se como uma solug o mais vi vel pois permite ao consumidor poupar aproximadamente 6000 Pot ncia nominal 5 kW Nos anexos H e I apresentam se propostas de um sistema FV de 10 08 kW e um gerador el ctrico de 10 7 kW de marca Perkins a gas leo com um consumo de combust vel de 4 1 L h que servir o de objectos para esta an lise 159 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viab
95. Lo X Es crp Recorrendo s caracter sticas respectivas el ctricas e f sicas dos m dulos monocristalino e policristalino que se encontram representadas no anexo G s o obtidas as seguintes efici ncias modulares a M dulo monocristalino nmono 90 27 W 1000 W m x 0 547 m 0 165 ou 16 5 b M dulo policristalino npoi 87 348 W 1000 W m x 0 657 m 0 133 ou 13 3 11 1 2 Quantidades energ ticas nominais produzidas pelos m dulos geradores FVs Com base nos campos energ ticos solares de Famalic o referentes a Novembro representados no anexo C tem se para cada m dulo a EMONOCRISTALINO 0 09 kW x 3 2 h dia x 0 749 0 216 kWh dia 78 8 kWh ano b EPOLICRISTALINO 0 087 kW x 3 2 h dia x 0 749 0 209 kWh dia 76 1 kWh ano 11 2 Desempenho real dos m dulos geradores FVs Foram recolhidos dados referentes a cada um dos m dulos FVs ou seja um m dulo FV monocristalino correspondente a um dos dois geradores FVs monocristalinos e um m dulo policristalino correspondente a um dos geradores FVs policristalinos Os dados colhidos que se encontram representados na tabela 11 1 abaixo s o referentes a apenas tr s dias de colheita e consideram apenas os per odos de actividade dos geradores FVs ou seja exist ncia de corrente no circuito dos geradores FVs portanto produ o de pot ncia Conforme pode se observar nos dados representados na tabela 11 1 os sistemas
96. V rede el ctrica dom stica Este ponto tamb m representa a cablagem da ligac o ao inversor 3 Inversor 4 Cablagem de ligac o do inversor ao disjuntor de protec o dos circuitos em CA Este ponto tamb m inclui a cablagem da ligac o da sa da do inversor ao quadro geral de distribuig o QG da rede 38 Sistemas energ ticos solares directos el ctrica interna 5 QG de todos os circuitos em CA 6 Cablagem da liga o do QG aos contadores el ctricos da rede 7 Contadores el ctricos da rede Este ponto tamb m inclui a liga o da rede el ctrica dom stica interna rede el ctrica dom stica externa ou seja a liga o rede el ctrica p blica se gt a oa Inversor 1 R el ctrica g eig Gerador Ss Z 4 P blica FV Q G CA C el ctrico Figura 4 3 Ilustrac o de um sistema FV dependente simples sem armazenamento para circuitos CA Fonte SET Vantagens e Desvantagens Os sistemas FVs dependentes simples sem armazenamento apresentam as seguintes vantagens gt S o econ micos possuem uma estrutura relativamente simples isto s o simples de montar e desmontar e logo menos dispendiosos Manuteng o quase inexistente a inexist ncia de sistemas de armazenamento baterias na sua estrutura elimina a necessidade de manutenc o e substituig o de um dos componentes mais dispendiosos dos sistemas FVs gt Armazenamentos de quantidade ilimitada de electricida
97. Vs Matriz FV Figura 5 1 Esquema da composig o de uma matriz FV Fonte Adapt SEI 5 2 Ci ncia das c lulas solares As c lulas solares s o constitu das por materiais semicondutores semimetais como sil cio Si arsenieto de g lio GaAs telurieto de c dmio CdTe ou ainda disselenietos de cobre ndio e g lio CIGS As c lulas solares de sil cio cristalino c lulas FVs cristalinas representam a maior percentagem das c lulas FVs tendo representado em 2006 aproximadamente 95 do total do mercado das c lulas FVs As c lulas FVs cristalinas s o geralmente utilizadas como refer ncia para descrever o modo de funcionamento das c lulas FVs Caracterizac o das c lulas cristalinas O elemento fundamental das c lulas cristalinas o sil cio que um elemento pertencente ao grupo IVA da tabela peri dica e aparece geralmente combinado com oxig nio em compostos como argila areia feldspatos granito e quartzo sob a forma de di xido de sil cio SiO2 ou s lica O sil cio extra do destes compostos por meio de processos mec nicos seguidos por v rios processos qu micos de refinamento de forma a eliminar a maior quantidade poss vel de impurezas e poder ser utilizado para o fabrico das c lulas FVs 50 A c lula solar FV Uma vez que o sil cio pertence ao grupo IVA da tabela peri dica significa que cada tomo seu possui quatro electr es de val ncia dispostos a ligarem se quimicamente
98. a 2 o que torna os extremamente dispendiosos e praticamente invi veis em rela o aos demais controladores 1 Gerador FV 2 Regulador de carga 3 Baterias 4 Conversor DC DC Figura 8 9 princ pio de funcionamento de um controlador de carga com seguidor do PPM Fonte Adapt Haselhuhn R 8 7 7 Controladores de redu o de Tens o Estes controladores s o uma variante mais evolu da dos MPPT que possuem a capacidade de ligar se a geradores FVs com tens es superiores as tens es das baterias 2 0 como pode observar se no exemplo da figura 8 1 em que liga se um gerador FV com uma tens o de 48 Vpc a uma bateria de 12 V pc Esta caracter stica permite dimensiona los para cabos de menor dimens o na cablagem que liga o gerador FV ao controlador de 13 carga de que resultam menores custos globais para o sistema FV Para al m disso precisam de um menor n mero de m dulos ligados em s rie e permitem a expans o do gerador FV sem no entanto aumentar as dimens es das sec es dos condutores e ou condutas 1 1 Gerador FV 1kW 45V 2D 53A 2 Regulador de carga 3 Bateria 1kW 12vV Figura 8 12 Controlador de carga de redu o de tens o Fonte Adapt Patel Mukund R 95 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 8 8 Especifica o dimensionamento dos controladores de carga Tal como os restantes elementos dos sistemas FVs os regulado
99. a Anexo H Propostas de geradores el ctricos para aplicac es em Angola custo de combust vel e electricidade e taxas de transporte mar timo e alfandeg rias praticadas em Angola 1 VON ON Y 2 3 4 5 6 Gerador el ctrico Honda EG 5000 com pot ncia nominal de 4 3 kW Pot ncia Pot ncia m xima 5 kVA Pot ncia nominal 4 3 kW Consumo de combust vel 2 6 L h Tens o de sa da V 120 240 Custos Prego valor aproximado 180 000 00 Kz Instalac o e montagem 70 000 00 Kz Custos de manuten o 13 000 Kz ano manuten o b sica 17 000 Kz por cada 2 anos manuten o geral 21500 Kz 188 12 Custo total 350 000 00 Kz 1 C inclu do 3062 38 IVA inclu do P Gerador el ctrico Perkins 403D 15G com pot ncia nominal de 10 7 kW Pot ncia m xima 12 kV A Pot ncia nominal 11 kVA 10 7 kW Consumo de combust vel 4 1 L h Custos Prego valor approximado 850 000 00 Kz Instalac o e montagem 90 000 00 Kz Custos de manuten o 23 500 Kz ano 34 000 Kz 2 anos 40 500 Kz 354 36 ano Custo total 940 000 00 Kz 8224 69 IVA inclu do Custo do combust vel em Angola Abril 2010 gt Gasolina 40 Kz L 0 35 L gt Gas leo 29 Kz L 0 254 L d Custo de electricidade Janeiro 2009 Fevereiro 2010 Baixa Tens o Dom stica monof sica P 3 35 kW Tarifa fixa aluguer do contador Tr 11 7 Kz m s x 1 114 29 Kz 0 103 m s x 12
100. a a partir do ponto de carga completa A taxa de carga e descarga das baterias referenciada em termos da sua capacidade Ah e o estado de carga SOC State Of Charge A das baterias em qualquer per odo definido atrav s da seguinte express o SOC capacidade restante na bateria Ah capacidade nominal da bateria Ah 8 1 8 2 2 Tipos de baterias recarreg veis As baterias recarreg veis podem ser agrupadas nos seguintes grupos gt Baterias de chumbo cido gt Baterias alcalinas Baterias de n quel e c dmio Ni Cd Baterias de n quel e hidreto met lico Ni MH gt Baterias de l tio Baterias de i es de l tio Li i es Baterias de l tio e pol mero Li poli gt Baterias de zinco e ar Zn Ar Contudo como j foi dito em cap tulos anteriores as baterias de chumbo cido ser o o objecto de estudo desta disserta o 8 3 Baterias de chumbo cido Estas baterias possuem a maior percentagem de utiliza o de todos tipos de baterias em aplica es de sistemas FVs e e licos terrestres pois apesar de possu rem a 82 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga menor densidade energ tica por peso e volume de todas baterias possuem maior A PT 2 2 maturidade energ tica e melhor r cio performance custo 8 3 1 Funcionamento das baterias de chumbo cido As baterias de chumbo cido podem ser descritas como sendo pe
101. a al m da rede el ctrica p blica t m somente o gerador FV como fonte de energia A aplicac o deste sistema FV adequada para regi es em que a rede el ctrica p blica n o sofre muitas falhas ou avarias Sem armazenamento Gried Tied Batteryless Fotovoltaic Systems Na figura 4 2 apresenta se um exemplo de um sistema FV dependente simples e sem armazenamento Os elementos deste sistema FV podem ser descritos por ordem crescente da seguinte maneira 1 Gerador FV 2 Quadro de entrada que liga o gerador FV a rede el ctrica dom stica 3 Cablagem para os circuitos em DC 4 Disjuntor principal para os circuitos em DC este disjuntor tem como objectivos a protec o dos circuitos el ctricos em DC das sobrecargas ou curto circuito CC 5 Inversor permite transformar em CA a DC produzida pelos m dulos solares gerador FV de forma a alimentar os circuitos em CA 6 Cablagem para os circuitos em CA 7 Contadores el ctricos ligados a rede el ctrica publica atrav s do quadro el ctrico de entrada QE Figura 4 2 Princ pio de funcionamento de um sistema FV dependente simples Fonte Adapt Geyer C DGS LV Berlin BRB Sem cargas em DC Na figura 4 3 est representado um sistema FV dependente simples que alimenta apenas circuitos em CA Este tipo de sistema FV do mais simples e econ mico que existe e o seu princ pio de funcionamento descreve se da seguinte forma 1 Gerador FV 2 Cablagem da ligac o do gerador F
102. a alg brica dos tr s tipos de radia o solar segundo a express o E a x Ea x sin y Eu 1 cos B 2 E 1 cos B 2 Y 3 10 29 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 3 2 2 Ponto de radia o solar m xima A quantidade m xima de radia o que chega superf cie terrestre depende da quantidade ou massa de ar atmosf rica que tem de ser atravessada vulgarmente designada por massa de ar AM Air Mass ou a e representada pela express o AM a MEax sin y O 3 11 O espectro luminoso obtido ap s a luz solar ter atravessado a massa de ar geralmente indicado pela sigla AM seguido de uma grandeza num rica que indica qual a quantidade de massa de luz solar que efectivamente atravessou a atmosfera terrestre quando a luz solar n o sofre a ac o da atmosfera terrestre ou seja quando encontra se no espa o o seu espectro referenciado como AMO o n mero 0 indica que nenhuma massa de luz solar atravessou efectivamente a atmosfera terrestre O valor de 1367 W n da constante solar referenciado para o espectro AMO a partir do momento em que a luz solar atravessa a atmosfera terrestre a constante solar ter obrigatoriamente um valor menor O espectro da luz solar AM depende fundamentalmente da altura ou altitude solar y e varia na raz o inversa com esta ou seja quanto maior for o ngulo de inclina o da altitude solar menor ser
103. a elevada podendo inclusive queimar os motores dos equipamentos dos sistemas em que se encontram conectados Portanto a utilizac o destes inversores adequada para pequenas cargas resistivas e pequenos aparelhos 9 3 2 Inversores de onda quadrada modificada Estes inversores utilizam os trans stores de efeito de campo FET ou rectificadores controlados de sil cio SCR para inverterem a corrente cont nua Ipc em corrente alternada Ica e conseguem suportar surtos de sobretens o e produzir uma tens o de sa da Vca com muito menos distor o harm nica que os controladores de onda quadrada MD o que lhes permite operar eficientemente em sistemas que alimentam motores el ctricos todos tipos de luzes e alguns equipamentos electr nicos simples como televisores e aparelhos de som contudo podem n o operar eficientemente em aparelhos electr nicos complexos 9 3 3 Inversores de ondas sinusoidais Os inversores de ondas sinusoidais operam segundo o funcionamento da modula o de largura espa amento de pulso que uma caracter stica distinta das ondas sinusoidais Estes inversores apresentam como principais desvantagens relativamente aos inversores de onda quadrada modificada o seu elevado pre o e os seus circuitos complexos pois de uma maneira geral apresentam mais vantagens Produzem uma tens o de sa da com pouca distor o harmonica permite lhes operar eficientemente mesmo com aparelhos electr n
104. abilidade econ mica na perspectiva vertente microecon mica empresarial privada e individual das aplica es de sistemas fotovoltaicos em duas regi es espec ficas de Angola na cidade prov ncia de Luanda e na cidade prov ncia do Huambo a partir de simula es feitas segundo as aplicag es dos mesmos sistemas em Portugal na regi o de Famalic o Portanto no total ser o feitos seis estudos para tr s diferentes regides isto Famalic o Luanda e Huambo e para dois tipos de instalac o el ctrica dom stica ou seja dependente e independente As an lises comparativas te ricas dos sistemas FVs ser o feitas com base nas tarifas de electricidade praticadas pelas concession rias locais e segundo as normas de dimensionamento de redes el ctricas dom sticas das mesmas Quanto viabilidade econ mica financeira da aplica o destes sistemas FVs ser o aplicados o prazo de recupera o ou payback o valor actual l quido VAL e a taxa interna de retorno TIR como crit rios de avalia o de investimentos 12 1 Caracter sticas t cnicas do sistema el ctrico dom stico As simula es dos sistemas FVs em Famalic o ser o feitas de acordo com as normas e regulamentos definidos pelo ERSE e de acordo as tarifas de electricidade praticadas pela EDP sendo que para o caso do sistema FV dependente o estudo ser feito de acordo com as normas estabelecidas pela ERSE para a microgera o de energias re
105. abilidade econ mica do sistema FV dependente mas com base nos custos totais dos sistemas FVs de 3 68 kW e no prego base equivalente em euros do kWh que de aproximadamente 0 029 prev se que dificilmente um investimento neste sistema FV dependente possa ser rent vel todavia como foi dito nos cap tulos introdut rios desta dissertac o estas duas cidades semelhanga da maioria sen o todas cidades de Angola registam muitas falhas el ctricas e como tal uma boa parte dos seus cidad os possui geradores el ctricos como fonte de energia el ctrica alternativa a rede el ctrica p blica neste contexto a viabilidade dos sistemas FVs dependentes e independentes pode ser analisada indirectamente atrav s de um estudo comparativo com o investimento em geradores el ctricos que se encontram representados no anexo H 12 4 2 Sistemas FVs vs geradores el ctricos em termos de viabilidade econ mica Os sistemas FVs independentes propostos de 3 68 kWp 4050 Wp e 9 6 kW 10080 Wp que se encontram representados no anexo F servem perfeitamente para as an lises comparativas dos sistemas FVs dependentes e independentes pois est o munidos de um inversor SMA SB de liga o rede el ctrica p blica ou dependente e ainda um conjunto de baterias e um inversor independente SMA SI bastante robusto que tamb m funciona eficientemente como regulador ou carregador de carga das baterias Custo dos sistemas FVs
106. acturado do sistema FV frete mar timo seguro 17468 67 2630 20098 12 22 Com base na pauta aduaneira de Angola actualizada em Janeiro de 2010 sabe se que os componentes e equipamentos electro electr nicos gen ricos nao sao sobretaxados nem est o sujeitos ao imposto de consumo conforme pode se verificar no anexo H ou seja Ta 0 LC 0 ST 0 e E 2 Va LS 0 5 Va Da Ta I C E I S ST 2 5 Va 12 23 Com base na ltima express o obt m se Custo Transporte Da Va 20098 502 45 20600 12 24 Adicionado esta express o os valores dos custos equivalentes em euros da extens o de instala o e registo do sistema FV e tendo em conta que as moradias do estudante angolano e do seu parente ficam situadas uma dist ncia m xima percorrida por estrada de aproximadamente 10 km em rela o ao porto de Luanda e aproximadamente 280 km O desde o porto do Lobito at a cidade do Huambo o sistema FV ter os seguintes custos totais associados em Angola Custo Sistema FV Luanda 20600 450 287 06 10 km x 2 5 km 35 21397 Custo Sistema FV Huambo 20600 450 287 06 280 km x 2 5 km 35 22072 12 25 155 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica An lise de viabilidade econ mica N o se disp e de dados suficientes para a realiza o de uma an lise de vi
107. ada IGBT 9 4 2 Inversores dependentes autocontrolados Os inversores dependentes autocontrolados ou autocomutados t m um controlo ou comuta o independente ou seja n o s o controlados pela rede el ctrica p blica Neste tipo de inversor aplicado um elemento semicondutor de activa o e desactiva o no circuito base e dependendo do n vel de tens o utilizam se os seguintes elementos semicondutores trans stor de efeito de campo de semicondutor de xido met lico MOSFET trans stores bipolares tiristores de porta de desactiva o GTOs e IGBT de frequ ncia elevada superior a 1 kHz Nestes inversores como resultado das bruscas mudangas de activac o e desactiva o a frequ ncias muito elevadas compreendidas entre 10 a 100 kHz s o formados pulsos de dura o e espa amento semelhantes s ondas sinusoidal e por esta raz o possuem poucos componentes harm nicos de baixa frequ ncia na pot ncia de entrada e como resultado a sua pot ncia reactiva baixa e consideravelmente inferior a dos inversores comutados pela rede el ctrica Contudo tais mudan as podem provocar a ocorr ncia de incompatibilidade electromagn tica Os inversores dependentes autocomutados podem ser de baixa frequ ncia f lt 10 kHz ou de alta frequ ncia 10 kHz lt f lt 50 kHz 103 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Inversores sem transformadores Para s
108. adamente 0 74 0 18 8 e prev que durante o s culo 21 2001 2100 aumentar entre 1 1 a 6 4 C Este aumento de temperatura pode provocar um grande desequil brio no balango t rmico terrestre que poder causar o derretimento dos glaciares e dos gelos das montanhas que ter o como consequ ncia indesej vel o aumento do n vel m dio das guas do mar que por sua vez poder provocar a submers o e prov vel desaparecimento de muitas ilhas do pac fico e outros pa ses que se situam a um n vel igual ou inferior ao n vel m dio das guas do mar resultando em xodos populacionais fen menos f sico naturais indesej veis extinc o de esp cies animais danifica o e degrada o de terrenos agr colas f rteis etc Segundo os estudos cient ficos e 15 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica meteorol gicos do IPCC os principais respons veis pelo aquecimento global s o os gases de efeito estufa GEE 9 ou GHG GreenHouse Gases 2 4 2 O efeito de Estufa Denomina se efeito de estufa ou greenhouse effect a influ ncia que alguns gases espec ficos exercem sobre a temperatura m dia da superf cie terrestre Estes gases s o chamados comummente de gases de efeito de estufa GEE ou greenhouse gases GHGs e provocam os aumentos da concentrac o do calor e da temperatura da atmosfera terrestre Gases de efeito de estufa antropog nicos Os GEE antropog nicos mais importantes por o
109. adas planas fachadas inclinadas 9 gt Em espa os abertos gt Como sistemas de sombreamento O No desenvolvimento desta disserta o apenas ser o abordados ou aprofundados os sistemas FVs estruturais livres e associados externamente s coberturas planas 74 Sistemas de montagem dos geradores FVs 7 2 Sistemas FVs estruturais livres independentes Os geradores FVs livres recebem esta designac o por n o fazerem parte da estrutura do edif cio a que se destinam fornecer electricidade Estes geradores FVs integram os sistemas FVs conhecidos como sistemas FVs estruturais independentes free standing fotovoltaic systems ou sistemas FVs estruturais auto sustentados 7 2 1 Sistemas FVs estruturais livres fixos Nestes sistemas o gerador FV encontra se normalmente apoiado num poste met lico que aparafusado e cimentado no solo ou no exterior das paredes como o caso do gerador FV da figura 7 1 para sistemas FVs de pequena escala ou em arma es estruturadas met licas de grandes dimens es no caso de sistemas FVs de m dia e m dia larga escala Figura 7 1 Gerador FV fixo com estrutura auto sustentada Os sistemas FVs fixos t m uma grande desvantagem em rela o aos sistemas FVs estruturais m veis ou rastreadores que a pouca efici ncia energ tica nos meses mais frios do inverno pois durante este per odo o sol encontra se em constante muta o e sem uma posi o defini
110. aicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 18 19 20 zl 22 23 24 25 26 27 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation USA CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 p g 11 14 Wikipedia s d Enercon Now a 7MW Turbine p gina consultada a 01 05 2010 lt http en wikipedia org wiki Enercon_E 126 cite_ref 0 gt Enercon Energie Fiir Die Welt Wind Blatt Magazine janeiro 2010 Apud Wikipedia s d The Enercon E 126 pagina consultada a 01 05 2010 lt http en wikipedia org wiki Enercon E 126fcite ref 0 gt Chiras Dan Sagrillo Mick Woofenden Ian Power from The Wind A Pratical Guide to Small Scale Energy Production Gabriola island Canada New Society Publishers NSP 2009 p gs 53 71 Patel R Mukund Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edi o EUA CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 p gs 62 79 Power Talk s d Downwind Turbines p gina consultada a 01 05 2010 lt http www power talk net images downwind turbine jpg gt Scribd s d The Anatomy Of A Wind Turbine p gina consultada a 01 05 2010 lt http www scribd com doc 5659684 Anatomy of a Wind turbine jpg gt Chiras Dan Sagrillo Mick Woofende Ian Power from The Wind A Practical Guide To Small Scale Energy Production Canada New Society Publishers 2009 pags 109 138 Francisco A
111. al o valor do VAL nulo 3627 273 1044 841 m 564 E i 4 pa toi H f gt to Cn wis co co S E o on N r P Y mo w SIB S W alae lN Ela jale c i Hloja 4 MEM MEN 10 10 349 26 79 987 as 24 Payback 25 VAL 1769 Tabela 12 2 Payback descontado do investimento num sistema FV de 4 kWp em regime bonificado em Famalic o para um per odo de 20 anos e uma taxa de actualizac o de 10 r Rc EE E prin ke O w in uw c ca mH w N 512 18 re 0 e Por interpola o linear entre a taxa de capital de 10 e o seu correspondente VAL e a taxa de 5 e tamb m o seu VAL correspondente obt m se analiticamente o seguinte 10 1769 TIR 0 5 1840 12 11 149 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica e portanto 10 5 1769 1840 10 TIR 1769 0 12 12 De que resulta atrav s de sistema cruzado 1769 x 5 3609 x 10 TIR donde 88 45 360 9 3609TIR e TIR 7 6 Ou seja para que o investimento no sistema FV dependente em regime bonificado possa ter retorno financeiro num horizonte temporal de 20 anos e supondo se varia es constantes no pre o de electricidade deve ser considerada uma taxa de custo de capital menor que 7 6 De facto para uma taxa de custo de capital de 7 por exemplo VAL 206 37 gt 0 Ap
112. amp langpair enlpt amp u http distancecalculator globefeed com Angola_Distan ce_Calculator asp gt 162 Estudos de casos 10 JRC s d Photovoltaic Geographical Information System p gina consultada a 12 06 2010 http re jrc ec europa eu pvgis apps4 pvest php map africa 163 Cap tulo 13 Discussao Discuss o 13 Discuss o Como foi poss vel verificar nos estudos de casos desta disserta o o investimento num sistema fotovoltaico dependente sujeito ao regime bonificado em Famalic o e segundo as exig ncias e requisitos estipulados no DL n 363 2007 de 2 de Novembro apenas possui prazo de recupera o certo ou seja viabilidade econ mica quando analisado somente numa perspectiva individual e n o empresarial isto desde que n o seja levado em conta o custo efectivo do capital imobilizado ou seja a taxa de desconto do capital Caso contr rio para que o investimento possa ter retorno financeiro deve ser considerada uma taxa de custo de capital menor que 7 696 7 por exemplo ao longo do per odo m ximo do investimento que de vinte anos Quanto ao investimento em sistemas FVs independentes tamb m foi poss vel ver nesta disserta o que para instala es el ctricas dom sticas que ficam situadas a menos de meio quil metro dos pontos de abastecimentos el ctricos da rede el ctrica p blica da regi o de Famalic o e que n o sejam de pot ncias elevadas a liga o
113. argas 30 A Autoconsumo m ximo 12 mA Tens o de fim de carregamento V l q 13 9 27 8 gel 14 1 28 2 Tens o de carregamento 14 4 V 28 8 V 2 00 h Tens o de nivelamento de carga 14 7 V 29 4 V 2 00 h Ponto de reactiva o pr definido gt 50 SOC LVR 12 6 V 25 2 V Protec o contra a descarga excessiva lt 30 SOC LVD 11 1 V 22 2 V Temperatura de funcionamento 0 C lt Tr lt 50 C Fun es Carregamento das baterias em paralelo shunt e modula o PWM Regula o estado de carga SOC das baterias Medidor de capacidade Ah integrado Reconex o autom ticas das cargas Interruptor manual de carga Selec o autom tica da voltagem 12 V 24V Compensa o t rmica temperatura Liga o terra positiva ou negativa num nico terminal Op o de ilumina o para os per odos nocturnos Protec es electr nicas Desconector de alta tens o HVD High Voltage Disconnect Desconector de baixa tens o LVD Low Voltage Disconnect Desconetor de DOD Invers o da polaridade dos m dulos FV das cargas e das baterias Curto circuito dos m dulos FVs e das cargas Excesso de temperatura e tens o Corrente inversa durante o per odo nocturno Tamanho dos terminais 16mm 25 mm Dimens es comprimento x largura x altura 187 x 96 x 44 mm Baterias de chumbo cido de placa tubular Exide Enersol T 650 12 unidades 189 Sistemas fotovoltaicos sua apli
114. as cidas e outras contribui es negativas do que o sector dos transportes contrary to popular belief it is the electrical power generation industry and not the transportation sector that contributes the largest amounts of smog acid rain and green gas emissions to the world s ecosystem Adapt Kemp 2005 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica A maior quantidade de emiss o de gases de efeito de estufa deriva sobretudo da produ o de energia el ctrica a partir dos combust veis f sseis especialmente do carv o e do g s natural Portanto a diminui o da depend ncia mundial da produ o de energia el ctrica a partir dos combust veis f sseis j n o somente uma quest o financeira ou econ mica muito menos um ideal uma necessidade existencial ou de sobreviv ncia da pr pria humanidade 1 1 Motiva o A pesquisa e desenvolvimento de solu es energ ticas renov veis e alternativas s o desafios acentuados para todas as na es umas mais do que outras Muitas na es em virtude da sua posi o geogr fica s o detentoras de uma vasta e diversificada gama de recursos naturais renov veis de tal forma que a produ o de energias renov veis quase um convite irrecus vel Angola por exemplo um pa s em que a disponibilidade de radia o solar em todas suas prov ncias e disponibilidade ventosa em algumas pro
115. ation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 p gs 5 8 figuras 1 1 1 6 6 Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 pag 5 47 Cap tulo 5 A c lula solar FV A c lula solar FV 5 A c lula solar FV A c lula solar FV a unidade fundamental dos sistemas FVs ou seja o inicio do seu funcionamento como pode se observar no desenho da figura 5 1 5 1 Associa es de c lulas solares Quando as c lulas solares s o associadas formam se certos componentes solares com designa es pr prias atribu das pela ind stria fotovoltaica 5 1 1 M dulo solar FV Denomina se m dulo solar ou m dulo FV as associa es em s rie paralelo ou mista de c lulas FVs com vista a eleva o da tens o corrente ou tens o e corrente de um sistema FV respectivamente Comercialmente os m dulos FVs podem ser compostos por associa es de duas a setenta e duas c lulas possuem um formato rectangular e uma pot ncia m dia de pico estimada entre 5 a 300 Wp no entanto recentemente alguns fabricantes t m lan ado no mercado m dulos com associa es at 216 c lulas e uma pot ncia de pico de aproximadamente 500 Wp 5 1 2 Painel FV A ind stria solar utiliza o termo painel FV para designar as associa es de dois ou mais m dulos FVs As associa es dos m dulos obedecem o mesmo regime das
116. atural m Res duos s lidos Produ o de arroz m Produc o de carv o minas E Estrume E Produ o de petr leo E Biocombust veis B Bombas de combust veis E Res duos de gua 4 1 4 1 Figura I 3 Emiss o mundial de CH4 antropog nico por actividade em 2007 Fonte Adapt EIA Res duos Solventes Processos disperd cios e outros industriais 3 o 0 Fornecimento se d i Agricultura enn ie 3496 Uso da energia el ctrica 2696 Figura I 4 Emiss o de GEE na UE por sectores em 2007 Fonte Adapt AIE 196 Anexo I Produ o de electricidade e gases de efeito de estufa Posic o Pa s Quantidade de CO2 emitida 1 000 t Contribui o PIB Posic o 1 China 6 103 423 00 21 5 2 2 EUA 5 752 289 00 20 2 1 ao EU 3 914 359 00 13 8 od 3 Russia 1 564 669 00 5 5 12 4 India 1 510 351 00 5 3 11 5 Jap o 1 293 409 00 4 5 3 6 Alemanha 805 090 00 2 8 4 7 RU 568 520 00 2 0 6 8 Canada 544 680 00 1 9 10 9 Coreia do Sul 475 248 00 1 7 15 10 It lia 474 148 00 1 7 7 11 Ir o 466 976 00 1 6 28 12 M xico 436 150 00 1 5 13 13 frica do Sul 414 649 00 1 5 32 14 Fran a 383 148 00 1 3 5 15 Ar bia Saudita 381 564 00 1 3 26 17 Brasil 352 524 00 1 2 8 Sd Portugal 61 001 00 0 2 36 3 95 Angola 10 582 00 0 04 61 144 Mocambique 2 039 00 0 01 119 Total Mundial 28 431 741 00 100 0 Tabela 1 1 Listagem decresc
117. ax radia o solar directa m xima em superficie horizontal plana E radia o solar reflectida E p radia o solar reflectida de superf cie angular Es radia o irradia o insola o solar global E radia o solar difusa Errar tens o real E g radia o solar difusa de superf cie angular Ei tens o ideal EIA Energy Information Administraction administra o de informa o energ tica EUA Estados Unidos da Am rica Eur euro s Ep quantidade de energia produzida pelas baterias Epp quantidade de energia dispon vel nas baterias XX Lista de s mbolos acr nimos e abreviaturas Ec quantidade de energia consumida pela instala o rede el ctrica dom stica de uma moradia a partir da rede el ctrica p blica Ec w_pr rno quantidade de energia consumida pela rede el ctrica dom stica de uma moradia durante o per odo diurno Ecmocturno quantidade de energia consumida pela el ctrica dom stica de uma moradia durante o per odo nocturno Es quantidade de energia produzida pelo gerador e lico Erv quantidade de energia produzida por um sistema FV Ervr quantidade de energia produzida um sistema FV com baterias E g Exempli gracia En sripO quantidade de energia produzida por um sistema FV h brido Epaca valor pago concession ria da rede el ctrica pelo consumo energ tico Ey receita resultante da venda de energia
118. bilidade econ mica UA varia entre 1 47 x 10 e 1 52 x 10 km ou seja 1 47 x 10 km lt 1 UA 1 52 x 10 km e como resultado desta varia o o valor da radia o solar tamb m flutua Estima se que o valor da radia o solar varia anualmente entre 1325 e 1412 W m o portanto 1325 W m lt E 1412 W m 3 2 A radiac o solar na superf cie terrestre Estima se que apenas dois milion simos 2 1x10 da radia o solar chegam 2 Esta quantidade corresponde a uma anualmente at superf cie exterior da terra quantidade energ tica anual de aproximadamente 1 x 105 kWh ou 1 ZWh equivalentes a uma pot ncia el ctrica anual de aproximadamente 1 14 x 10 TW ou 0 114 EW Para se ter uma no o real da magnitude energ tica contida na radia o solar e que chega ao exterior da superf cie terrestre basta comparar o seu valor energ tico com os valores dos ndices energ ticos mundiais relativos aos consumos energ ticos actual e estimado e as produg es actual e estimada de energia el ctrica vistos no cap tulo anterior chegando se matematicamente s seguintes conclus es gt Comparando a quantidade energ tica contida na radia o solar com o consumo m ximo previsto para o ano de 2050 estimado em aproximadamente 35 TW verifica se que a energia solar mais que suficiente para cobrir as necessidades energ ticas mundiais inclusive com o cen rio mais pessimista de consumo uma v
119. bstract The research and development of alternative energy solutions for electricity production viable and sustainable are vital in the current agenda of developed nations It is considered that an alternative energy solution is viable and sustainable when it meets the needs of world energy consumption without harming the environment and with reasonable costs Among all solutions of renewable and alternative electricity microgeneration solar and wind energy have a prominent place because when combined together form the alternative renewable energy systems more comprehensive and competitive In this thesis have been conducted studies of the economic in the microeconomic private and individual view and technical viability of the applications of photovoltaic systems in Angola more specifically in the regions of Luanda and Huambo from theoretical and practical simulations of the applications of these same systems in Portugal in the city of Famalic o Such alternative has been considered because it was not possible to directly perform the studies in Angola as originally planned for reasons beyond the control of the University the guiding and tutors The thesis is structured in two parts one theoretical which extensively describes the major components that integrate photovoltaic and wind systems and other theoretical practical containing the case studies Based on the results obtained in the case studies it
120. ca o amp viabilidade econ mica a b c a Figura G 2 Baterias de chumbo cido de placa tubular Exide Enersol T650 Especifica es Tens o nominal 2 V bateria 24 V conjunto Capacidade 25 C e ap s 5 ciclos Ci29 668 Ah Cag 656 Ah Densidade relativa da solu o electrol tica 1 26 kg L Caracter sticas t cnicas f sicas e el ctricas Dimens es comprimento x largura x altura mm 119 x 198 5 x 508 mm Peso aproximado Inv lucro solu o electrol tica 29 5 kg Peso aproximado da solu o electrol tica 8 6 kg Resist ncia interna 0 450 mQ Corrente de curto circuito 4500 A Inv lucro resistente a prova de gua Performance Baixa autodescarga Elevada vida til superior a 8 anos Elevado r cio C D gt 90 Inversor STUDER XPC 2200 24 1423 43 Especifica es Tens o nominal das baterias 24 V Intervalo da tens o nominal de entrada 19 32 V Alimenta o cont nua 25 C 1600 VA Alimenta o por cada 30 minutos 25 C 2200 VA Efici ncia m xima 95 Ajustamento em modo Stand by 1 25 W Autoconsumo desligado off stand by ligado on 0 7 0 8 7W Distor o harmonica total lt 2 Protec o contra sobrecarga e curto circuito Desconex o autom tica com tentativas de arranque Protec o contra o sobreaquecimento Aviso pr vio sonoro seguido de interrup o autom tica com tentativa de reactiva o Te
121. ccccnnononanannnnnnnonnnanananoncnnnnn ns 8l 8 2 Baterias electroqufmicas iecore rh ii AS E ERAN SAPE E NUR 8l ndice 6 201 Baterias TECAITEDAVCIS a ene ec eto HO EN IG DUM SA HN 82 8 2 2 Tipos de baterias TECATE lia oie 82 8 3 Baterias de chumbo cido vaca nseries 82 8 3 1 Funcionamento das baterias de chumbo cido esses 83 8 3 2 Tipos de baterias de ChumMbo cCIdOO ccooooooooccccnncconononononnnnnnnnnonnnnnnnnnnnnnnnccnnnnnnns 83 8 4 Baterias de chumbo cido de l quido ventilado ooooooocccncccnonocononaccnonocononnnnaannnnncnn n 84 8 5 Baterias de chumbo cido reguladas por v lvula de seguran a VRLA 85 8 5 1 Baterias de chumbo cido de Sel ini ie Diete te i ri 85 8 5 2 Bateria estacion ria de chumbo cido de placa tubular 86 8 5 3 Bateria estacion ria de chumbo cido de placa plana 88 8 6 Propriedades el ctricas das baterias essen 89 8 6 1 Circuito el ctrico equivalente das baterias 89 8 6 2 Especifica o dimensionamento das baterias ooooooooooccccnccccnnnnnnanaannnnnccnnnnannns 90 8 7 Reguladores de Carga e et bead ari ARES E XN E YR cear o 91 8 7 1 Tipos de controladores de Carga cinc p deu e adhe Ta hadas 92 8 7 2 Controladores paralelos Shunt u iie eines eene detinet oae a nis do Eno a e Pe Menus ha 92 8 7 3 Controladores s rie de estado nico
122. cia e colora o estrutura uniforme colora o verde escuro reflectivo ou preto Contactos met licos Figura 5 6 Composi o de uma c lula FV de CdTe Fonte Adapt Solarpraxis 59 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 5 7 Propriedades el ctricas das c lulas solares comportamento el ctrico As c lulas solares s o produzidas com o objectivo de compor sistemas el ctricos logo de import ncia fulcral o conhecimento das suas principais propriedades el ctricas 5 7 1 Diagrama de circuito el ctrico equivalente das c lulas solares O comportamento el ctrico de uma c lula FV iluminada pode ser representado pelo circuito el ctrico equivalente da figura 5 7 P que an logo ao comportamento de um diodo de larga escala 4 1 O diagrama completo do circuito equivalente representado na figura 5 8 designa se por modelo padr o diodo simples de uma c lula FV nele a resist ncia em s rie Rs representa a queda de tens o das c lulas FVs devido ao movimento dos transportadores de carga livre desde o semicondutor at aos contactos el ctricos das c lulas Rp que representa a resist ncia em paralelo descreve a corrente de fuga do diodo no sentido inverso P gt Numa c lula FV ideal n o existem perdas devidas a Rs pois que R 0 e n o existe corrente de liga o terra R p ou seja uma c lula FV ideal n o oferece nenhuma resist ncia
123. cidades do Huambo e Luanda menos vi vel que o investimento em geradores el ctricos O investimento em sistemas FVs independentes em Angola tanto em Luanda como no Huambo mais vi vel que o investimento em geradores el ctricos 13 2 Sugest es futuras Dando continuidade ao estudo e investiga o de energias renov veis em particular fotovoltaica e e lica e uma vez que Angola possui uma vasta disponibilidade de fontes ou recursos energ ticos para a produ o destas energias renov veis que ainda s o reas inexploradas sugere se e prop e se que sejam efectuados num futuro pr ximo os seguintes estudos 166 Discuss o Dimensionamento dos sistemas FVs e todos seus componentes an lise de desempenho real dos sistemas e licos em Famalic o e estudo da viabilidade econ mica dos sistemas e licos dependentes de microgera o segundo o DL n 363 2007 de 2 de Novembro Projecg o dimensionamento e estudo e an lise do desempenho real dos geradores FVs e sistemas FVs em todas as prov ncias de Angola e determinag o dos respectivos estudos de viabilidade econ mica Projec o dimensionamento e an lise t cnica e de viabilidade econ mica dos sistemas FVs independentes em todas as prov ncias de Angola a partir de resultados experimentais obtidos localmente nestas prov ncias cidades Projecg o dimensionamento e estudo e an lise do desempenho real as turbinas e licas nas pro
124. cm e 15cm ou seja 6 inch de lado 10 Di metro formas circulares 12 5 cm ou 15 cm Espessura situada no intervalo entre 0 2 e 0 3 mm 10 54 A c lula solar FV 5 3 2 C lulas solares de sil cio policristalino As c lulas policristalinas s o obtidas a partir de barras extra das de longos lingotes estas c lulas FVs apresentam as seguintes propriedades gt Possuem uma efici ncia situada entre os 13 e 16 com aplica o de camada AR ou 14 5 em m dia gt Apresentam se sempre em forma quadrada gt Colora o e apar ncia Colora o cinza sem camada AR e Azul com camada AR 1009 Estrutura apar ncia aspecto a luz solar reflectida de maneira diferente nos cristais e os cristais podem ser observados individualmente na superf cie frontal da c lula FV C9 gt Dimens es apresentam geralmente as seguintes dimens es rea de superficie total superficie frontal e superf cie traseira 10 cm e 10 cm ou seja 4 inch de lado 12 5 em e 12 5 em ou seja 5 inch de lado 15 cm e 15cm ou seja 6 inch de lado 21 cm e 21 cm 8 inch de lado Espessura situada no intervalo entre 0 24 e 0 3 mm up 5 4 As Camadas anti reflectoras camadas AR As camadas anti reflectoras ou camadas AR servem para proteger a superf cie frontal das c lulas FVs contra os efeitos de reflex o da luz solar e assim evitar a diminuig o da efici
125. cobrir por completo a superf cie traseira da c lula A redu o dos efeitos de reflex o da luz solar alcan ada atrav s de pequenas deposi es ou vaporiza es de uma camada mais fina de nitreto de sil cio Si3N4 ou di xido de tit nio ou titania TiO denominada camada anti reflectora ou camada AR O processo de funcionamento b sico das c lulas FVs cristalinas pode ser observado no esquema representado na figura 5 3 Na figura 5 3 identificam se os seguintes pontos 1 A luz solar incide sobre a camada frontal da c lula solar e provoca a separac o das cargas positiva e negativa 2 Algumas cargas n o s o atingidas pela luz 52 A c lula solar FV solar e voltam a ligar se recombina o 3 Energia dos fot es desperdi ada 4 Reflex es e sombreamento causados pelo contacto da superf cie frontal El ctrodo negativo 2Sil cio de inclus o n El ctrodo positivo Figura 5 3 Princ pio de funcionamento da c lula FV cristalina Fonte Quaschining V Nas c lulas cristalinas ocorrem as seguintes perdas energ ticas Perdas por recombina o 1 Perdas por transmiss o 2 Perdas devido ao desalinhamento dos fot es 3 Perdas devido s reflex es da superf cie frontal das c lulas FVs 9 Portanto as c lulas cristalinas aproveitam em m dia 13 da energia el ctrica produzida pelos fot es solares isto a energia da radia o solar ao passar pelas c lulas cristalinas sofre p
126. controlo equipado com estrutura de protecc o jp Cablagem Cabo solar radox 6 mm 50 m cabo de liga o s baterias 50 mm 20 m cabo para CA 100m k Jogo de conex es 1 l Cabo sola de liga o ao campo de 1l colectores m Liga es el ctricas em DC n Montagem do sistema Valor global mbito do fornecimento 62 323 65 IVA 13 8 102 07 Valor total da proposta 70 425 73 Tabela F 5 Custo do sistema FV independente de 9300 W 10 kWp proposto Fonte Vimasol Capacidade das baterias a uma temperatura de 25 C Cnom 1200 Ah 1 80 V C Cio 1372 Ah 1 80 V C C534 1591 2 Ah 1 83 V C Cso 1715 Ah 1 85 V C Cioo 1820 Ah 1 85 V C Custo 718 00 bateria 17 242 08 24 baterias baterias IVA 13 19 483 55 24 Custo estimado de manutenc o das baterias 1500 Portugal e 2500 Angola 188 Anexo G Componentes do sistema FV h brido para o estudo experimental Anexo G Componentes do sistema FV h brido para o estudo experimental 1 a b c d Regulador de carga solar Steca PR 3030 Pre o 134 Figura G 1 Parte frontal e parte traseira do regulador de carga solar Steca PR 3030 Especifica es Tens o nominal 12V 24 V Corrente m xima em curto circuito de entrada Icc 30 A Corrente m xima de sa da para as c
127. cordo com a vontade e desejo do cliente e ao contr rio dos m dulos especiais n o se limitam apenas para aplica es independentes eles t m uma vasta e diversificada aplica o em sistemas FVs dependentes especialmente em sistemas integrados com edif cios e n o s o fabricados em massa todavia j t m sido aplicados com uma certa frequ ncia pela comunidade arquitect nica e da constru o civil 6 2 Propriedades el ctricas dos m dulos FVs Assim como nas c lulas FVs o conhecimento das propriedades e comportamento dos m dulos FVs fundamental para o correcto dimensionamento dos sistemas FVs 6 2 1 Temperatura nominal de opera o das c lulas solares As condi es de teste padr o definidas no cap tulo anterior raramente ocorrem e por este motivo foram definidas pelos fabricantes e pela ind stria solar condi es espec ficas que d o nfase temperatura m dia de funcionamento das c lulas FVs a que chamou se temperatura nominal de opera o das c lulas representada pela sigla NOCT 69 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Nominal Operating Cell Temperature Diz se que uma c lula ou m dulo solar funciona na NOCT quando se verificam as seguintes condi es gt Incid ncia de uma intensidade de radia o solar de 800 W m gt Temperatura ambiente de 20 C gt A Velocidade do vento no local de Im s Y 6 2 2 Depend ncia entre
128. cos sua aplica o amp viabilidade econ mica Para obteng o directa da intensidade dos ventos utiliza se como instrumento de medida o anem metro Os anem metros podem ser agrupados em dois grupos 1 1 Z 2 9 Anem metro de conchas Anem metro Robinson 13 2 Anem metros de velocidade Anem metro de remoinho de vento Anem metros s nicos Anem metro ptico Anem metros de press o Anem metro de placa plana e anem metro de tubo Anem metro de conchas Este anem metro consiste numa estrutura de tr s semiesferas com forma de conchas que s o montadas simetricamentre entre si e perpendiculamente sobre um mastro fixado verticalmente como pode se observar na figura 10 3 Sob a ac o do vento o conjunto inicia um movimento de rotag o em torno do eixo vertical e a velocidade angular do conjunto calibrada em fun o da velocidade linear v do vento que incide sobre o conjunto independentemente da sua direc o O mastro possui integrada na sua estrutura uma unidade transmissora de conta rota es que permite calcular a velocidade angular do conjunto e a velocidade linear do vento A direc o do vento obtida a partir do sentido de rotac o do movimento do conjunto Os anem metros com quatro conchas e estrutura semelhante ao da figura 10 5 s o geralmente chamamados de Robinson em a 4 An 1 homenagem ao f sico e astr nomo brit nico John T
129. cos apresentam se como a solu o mais competitiva tanto na 165 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica cidade de Luanda como na cidade do Huambo para sistemas ou instala es el ctricas dom sticas dependentes enquanto em sistemas ou instala es el ctricas dom sticas independentes os sistemas FVs apresentam se de longe como a melhor alternativa liga o da rede el ctrica p blica uma vez que garantem uma autonomia energ tica total s instala es redes el ctricas dom sticas com custos globais consideravelmente menores que os geradores el ctricos na mesma condi o 13 1 Conclus es Com base nos resultados obtidos atrav s das an lises de viabilidade econ mica dos estudos de casos pode se concluir o seguinte O investimento em sistemas FVs dependentes para regime bonificado em Famalic o e com caracter sticas t cnicas segundo o estipulado no DL n 363 2007 de 2 de Novembro isto 3 68 kW de pot ncia m xima de liga o e sem baterias n o possui prazo de recupera o ou seja n o economicamente financeiramente vi vel O investimento em sistemas FVs independentes em Famalic o para zonas situadas a uma dist ncia inferior a meio quil metro da extens o da rede el ctrica menos vi vel ou seja menos rent vel que a liga o rede el ctrica p blica O investimento em sistemas FVs dependentes em Angola nas
130. ctamente proporcional AT e a sua Voc um decr scimo inversamente proporcional AT Considerando um factor de proporcionalidade a para Icc e p para Voc resulta para cada componente Icc Icco 1 aAT Voc Voco 1 BAT C 5 1 Onde Icco Voco s o respectivamente a corrente em curto circuito e a tens o em circuito aberto da c lula temperatura inicial To ou seja sem sofrer nenhuma varia o de temperatura Com base nesta ltima express o chega se facilmente a uma express o de definic o geral da pot ncia el ctrica m xima produzida pelas c lulas solares sob o efeito da variag o da temperatura Pax Tec x Voc Iccoy 1 aAT x Voc BAT Po 1 PAT aAT aAT BAT 0 5 2 62 A c lula solar FV Desprezando o termo aAT BAT da ltima equa o da express o 5 2 uma vez que representa o produto de duas pequenas varia es do qual resulta um valor ainda mais pequeno 0 a express o 5 2 ficar ent o representada da seguinte forma P Po I a B AT O 5 3 No caso pr tico das c lulas t picas de sil cio monocristalino a aproximadamente igual a 20 HU C e B aproximadamente 5 mU C gt onde U representa uma unidade qualquer e as iniciais u e m representam respectivamente os subm ltiplos micro 1x10 U e mili 1x10 U desta mesma unidade portanto da express o 5 3 resulta P Po 1 0 005AT gt 5 4 5 7 6 Factor de forma da
131. ctrica sem d vida o sector a investir se realmente se pretende reduzir as emiss es globais de GEE e uma vez que os tratados energ ticos mundiais t m se revelado ineficazes quer por ay _ desacordo das partes Copenhaga 2009 ou por passividade Kyoto O 16 A energia no contexto mundial actual desenvolvimento de solu es energ ticas alternativas de produ o de energia el ctrica j n o uma alternativa uma necessidade Os cientistas e especialistas em qu mica ambiental estimam que para que a temperatura m dia da superf cie possa ser mantida com o m nimo de elevag o poss vel at 2050 as quantidades totais mundiais de emiss o de GEE dever o diminuir em 80 em rela o s quantidades totais emitidas em 1990 2 5 Solu es sustent veis para produ o de energia el ctrica A preocupa o com o meio ambiente e com a depend ncia da produ o de energia el ctrica a partir dos combust veis f sseis revela consci ncia ambiental contudo n o suficiente ou seja ap s esta ac o que passiva deve se passar para ac es activas que permitam reduzir ao m ximo a depend ncia energ tica dos combust veis f sseis e a polui o ambiental Isto devem propor se solu es energ ticas alternativas sustent veis para a produ o de energia el ctrica 2 5 1 Aproveitamento fotovoltaico O aproveitamento fotovoltaico refere se ao aproveitamento da ene
132. da 0 5 a 3 anos 9 OPZV livres de manuten o CN p Dados operacionais e de descarga carga DOD acima dos 80 8 8 Tempo de vida 20 anos a 20 C 15 anos a 30 C 10 anos a 40 C 8 Tempo de carga 6 horas com 1 5x I10 da corrente inicial 50 de C10 C20 e 2 23 V c lula Autodescarregamento 3 m s a 20 C 8 Temperatura de funcionamento 20 55 C recomendada 10 30 C 6 Estas baterias apresentam como principal desvantagem relativamente as baterias solares O seu elevado custo erminais V lvula de seguranca y ra y Caixa da bateria Y OOOO Placa tubul iti aca tubular positiva Cada parador microporoso protectora Placa malha Material activo negatica ar o de chumbo Figura 8 4 Componentes de uma bateria OPZV e sec o transversal do el ctrodo positivo Fonte Adapt Deutsche Exide Standby GmbH 87 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 8 5 3 Bateria estacion ria de chumbo cido de placa plana As baterias estacion rias de chumbo cido de placa plana ou OGi Ortsfeste Gitterplatten sio uma variedade extensiva das baterias estacion rias de placa tubular 9 Nessas baterias o el ctrodo positivo formado por uma placa plana enquanto o el ctrodo negativo tal como nas demais baterias formado por uma placa em grelha como mostra o desenho da figura 8 5 Ao contr rio da placa tubular em que cada var o
133. da de tens o da fonte energ tica gt DOD em percentagem e tempo de vida em ciclos de descarga carga gt R cio de carga e descarga r cio C D a raz o entre as quantidades de electricidade em Ah que s o introduzidas e extra das de uma bateria mantendo constante o seu SOC De uma maneira geral a quantidade de electricidade introduzida sempre superior a quantidade extra da gt Efici ncia energ tica a efici ncia energ tica de um ciclo completo de carga e descarga de uma bateria por definig o o r cio entre a energia de sa da e a energia de entrada nos terminais el ctricos da bateria P Se uma bateria t pica possuir uma capacidade C Ah uma tens o de descarga m dia aVp uma tens o de carga m dia bVc e um r cio C D de k C D k ent o verifica se o seguinte 90 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga A sua energia de sa da em Wh durante o processo de descarga completa ser aVpx C i A sua energia de entrada em Wh durante o processo de carga completa ser bVc x k x C P A sua efici ncia energ tica pode ser determinada a partir da seguinte express o I exERG TICA aVpx O bVc x k x C x 100 7 3 oe gt Autodescarga e carregamento pontua O acto que as baterias t m de descarregarem mesmo sem terem nenhuma carga el ctrica ligada ou seja em circuito aberto gt Efeito da temperatura os fabricantes geralment
134. da e sendo fixos os sistemas n o podem seguir o movimento do sol de que resulta um menor campo energ tico solar e uma menor quantidade energ tica 7 2 2 Sistemas FVs estruturais livres e m veis seguidores rastreadores Nestes sistemas FVs os geradores FVs s o montados de maneira a poder seguir o movimento do sol sobretudo nos meses mais frios Estes sistemas FVs podem possuir um sistema de movimenta o mec nico passivo natural ou sistemas de movimenta o 75 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica mec nicos activos em que a movimenta o do gerador FV causada por ac o electr nica e ou electromec nica de dispositivos instalados no gerador FV Os sistemas FVs seguidores tamb m s o classificados em fun o do movimento axial do gerador FV em torno do sol nesta classifica o eles podem ser de eixo singular single axis tracking one axis trackeing em que os seus geradores FVs seguem a traject ria do sol diariamente do este ao oeste ou de dois eixos dual axis tracking 9 nos quais os geradores FVs seguem diariamente a traject ria do sol em dois eixos linearmente e por actuac o motora do este ao oeste nascer e p r do sol e anualmente do norte ao sul Nos sistemas FVs de um eixo o ngulo de inclina o do gerador FV tem de ser periodicamente ajustado mecanicamente em longos intervalos de tempo j nos sistemas FVs de dois eixos o gerador FV consegu
135. dade a partir dos diversos recursos energ ticos desde 2010 at 2030 Fonte Adapt EIA World Energy Projections Plus Quanto contribui o das energias renov veis para a produ o de electricidade representada na tabela 2 5 verifica se que no ano de 2006 a hidroel ctrica foi o recurso energ tico renov vel que mais contribuiu para a produ o de energia el ctrica com aproximadamente 87 do total mundial seguido da energia e lica com 3 7 verifica se tamb m que em 2030 a import ncia da hidroel ctrica no total das energias renov veis ir diminuir em 16 6 e a energia e lica registar uma subida de 14 4 ou seja em 2030 a energia e lica representar aproximadamente 18 do total de energia el ctrica a partir de fontes renov veis e 3 8 do total mundial de energia el ctrica Com base nos dados acima descritos pode se concluir que actualmente apenas podem ser consideradas como fontes prim rias de energia el ctrica o carv o o g s natural a energia nuclear e a energia hidroel ctrica convencional 14 A energia no contexto mundial actual Hist PWh Projec es PWh A 96 Quota Fonte energ tica 2006 2010 2020 2030 2006 2030 2006 2030 Energia hidroel ctrica 3 00 3 38 4 36 4 77 1 96 87 5 71 0 Energia edlica 0 127 0 312 0 687 1 21 9 86 3 7 18 1 Energia geot rmica 0 055 0 075 0 099 0 109 2 89 1 6 1 6 Restantes renov veis 0 2
136. de atrav s da aplica o da tarifa de factura o global e uma vez que a rede el ctrica p blica n o possui limita o quanto recep o de electricidade estes sistemas FVs permitem ao utilizador fornecer rede el ctrica p blica tanta electricidade quanto for poss vel resultando assim numa maior quantidade de electricidade armazenada que poder debitar sempre que necessitar Sao amigos do ambiente os sistemas FVs sem baterias poluem muito menos que os sistemas com baterias As baterias de chumbo cido constituem a grande maioria dos sistemas FVs e uma vez que s o constitu das por solu es de cido sulf rico H S04 e chumbo s o extremamente t xicas e dif ceis de reciclar 39 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Desvantagens Estes sistemas FVs apresentam como principal e talvez nica desvantagem de registo o facto de dependerem excessivamente da rede el ctrica p blica ou seja em casos de falhas ou avarias el ctricas da rede p blica o sistema pode torna se ineficaz ou mesmo inoperativo Portanto para regi es da frica subsaariana como o caso de Angola a aplicag o deste tipo de sistema FV n o competitiva nem recomend vel Com armazenamento O sistema de armazenamento diferencia este sistema FV do anterior Os sistemas de armazenamento ser o abordados em cap tulos posteriores mas ao longo desta disserta o ser o rep
137. de for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p g 23 figura 1 47 10 FEarthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p gs 23 40 11 Harthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p gs 40 63 12 Solarpraxis Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p gs 40 45 figuras 1 96 1 99 1 102 1 107 65 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 13 Unisolar DGS LV Berlin BRB Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p g 62 14 Wikipedia sd Diodes p gina consultada a 23 04 2010 lt http www wikipedia org gt 15 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edig o New York CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 p gs 16
138. dente com baterias no Huambo Utilizando o mesmo procedimento Vpyesex 7329 L ano CoreseL 1862 Cice 52546 Ec o anos Huambo 10493 kWh ano Epaga o anos 8632 e CrorAL G E 61177 Da mesma forma uma vez que o sistema FV possui um custo estimado de 83756 o gerador el ctrico tamb m apresenta se como a melhor solug o energ tica pois permite ao consumidor poupar aproximadamente 22000 Portanto para aplica es dependentes 160 Estudos de casos em Angola os sistemas FVs de pot ncia el ctrica igual ou superior a 10 kW s o menos competitivos em termos econ micos financeiros que os geradores el ctricos Nas an lises feitas acima foram ignoradas as poss veis flutua es dos pre os de electricidade e combust vel E elas demonstram claramente que caso n o se verifiquem subidas exageradas nos pre os dos combust veis os geradores el ctricos s o de longe a melhor alternativa rede el ctrica p blica para aplica es de m dia grande escala P gt 5 kW em Angola nas cidades do Huambo e Luanda comparativamente aos sistemas FVs Sistemas FVs vs geradores el ctricos em aplica es independentes Para aplica es independentes para al m da quantidade energ tica produzida deve se tamb m tomar como crit rio de compara o que ali s o crit rio mais determinante nos sistemas FVs energ ticos independentes o per odo de autonomia que cada s
139. dentes s o os sistemas menos dispendiosos de todos sistemas FVs e podem ser extremamente competitivos e rent veis em pa ses com leis de revenda energ tica vigentes que possibilitam os detentores de sistemas FVs efectuarem a venda de electricidade s suas 36 Sistemas energ ticos solares directos concession rias As concession rias de electricidade praticam geralmente uma das seguintes tarifas especiais de electricidade tarifa de consumo global ou net metering ou tarifa de factura o global ou net billing buy sell O Tarifa de consumo global net metering 3 2 que Neste tipo de tarifa dada nfase ao consumo global de electricidade medido atrav s dos contadores de electricidade e resulta da diferenga entre a quantidade de electricidade fornecida pela rede p blica e a quantidade de electricidade produzida pelo consumidor atrav s do seu sistema FV Ex Se o utilizador consumisse 1000 kWh da energia fornecida pela rede el ctrica e produzisse 1000 kWh atrav s do seu sistema FV o valor correspondente ao consumo energ tico na sua factura mensal seria nulo isto pagaria apenas o valor correspondente s taxas fixas de liga o rede el ctrica p blica Tarifa de facturac o global net billing buy sell Esta tarifa concentra se no pre o da electricidade O Neste tipo de tarifa estabelece se uma rela o de compra e venda buy sell de electricidade entre fornecedores e consumidores atrav
140. dos para o aproveitamento t rmico e que a energia solar e a biomassa t m a sua maior aplica o a n vel t rmico Electricidade GW Aquecimento GW Outros GW Total GW Hidroel ctrica O45 Co SES DO AO aa 945 Biomassa 52 250 57 5 359 5 Energia solar 13 5 145 2 ze 158 5 Energia e lica 2 meam Allla Genitiv 121 E geot rmica 10 SOn cE alll ea 60 Energia oce nica A AAA 0 3 Total 1 141 8 445 57 5 1 644 Tabela 2 3 Canalizac o dos recursos energ ticos renov veis mundiais em 2008 Fonte Adapt REN21 2 3 Produc o e consumo de energia el ctrica Produzir energia el ctrica de maneira sustent vel significa produzi la em quantidades suficientes para satisfazer as necessidades energ ticas pr prias e se poss vel de outrem sem danificar outros recursos vitais para humanidade e tendo em conta os factores pol ticos econ micos e s cio culturais adjacentes 2 3 1 Fontes prim rias de energia el ctrica electricidade A tabela 2 4 9 apresenta dados relativos produ o de energia el ctrica a partir das diversas fontes energ ticas no ano de 2006 e estimativas de produg o mundial desde 2010 13 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica at 2030 Nesta tabela constata se que o recurso energ tico mais importante para a produ o de energia el ctrica o carv o com aproximadamente 41 do total da produ o mu
141. e chumbo cido reguladas por v lvula de seguranca VRLA As baterias de chumbo cido VRLA possuem geralmente uma v lvula de seguranga que permite em caso de sobrecarga nas baterias a sa da de gases O Figura 8 2 Ciclo de carga das baterias de chumbo cido Fonte Adapt Earthscan 8 5 1 Baterias de chumbo cido de gel Estas baterias s o uma vers o mais avangada e sofisticada das baterias solares Nelas a concentra o do cido sulf rico aumentada atrav s da adi o de aditivos especiais que transformam a solu o electrol tica numa subst ncia de elevada concentra o e viscosidade com forma de gel Comparativamente s baterias solares elas apresentam as seguintes vantagens gt Ciclo de resili ncia mais elevado NC 70 700 ciclos NC 50 1000 ciclos NC 30 2000 ciclos gt Inexist ncia de fugas de g s gaseifica o esta caracter stica permite a sua utiliza o em locais pouco ventilados gt Inv lucro completamento a prova de fugas O permite a sua utiliza o eficiente em estruturas m veis barcos carrinhas etc gt Efici ncia possuem uma efici ncia m dia na ordem dos 80 gt Manuten o reduzida ou quase inexistente 85 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica As baterias de gel apresentam como principal desvantagem em rela o s baterias solares o seu elevado custo Para al m dis
142. e combina o furling horizontal e vertical 25 J no sistema pitch a redu o da velocidade do rotor alcan ada atrav s da mudan a de ngulo das suas p s Neste sistema de controlo quando a velocidade dos ventos atinge um n vel perigoso representado pelo limite superior de funcionamento do aerogerador o aerogerador atrav s do seu rotor muda o ngulo das p s automaticamente e reduz a 125 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica for a de sustenta o aerodin mica das p s como consequ ncia a velocidade do rotor tamb m sofre uma redu o Mecanismo de desactiva o Os aerogeradores dever o ter instalado pelo menos um mecanismo de desactiva o r pida e simples para que os operadores possam trabalhar livremente sobre eles em opera es de manuten o e repara o sem nenhum risco e para pr pria protec o dos aerogeradores contra fortes tempestades e ou turbul ncias Os fabricantes geralmente instalam um sistema mec nico de trav o de disco semelhante ao dos autom veis comuns ou um sistema electro electr nico de disjuntores ou rel s ligados ao alternador Y Relativamente as VAWTs os aerogeradores apresentam as seguintes vantagens gt Capta o de campos energ ticos e licos ptimos resultante do facto de suportarem na sua estrutura torres altas gt Elevada efici ncia resultante do movimento permanente das suas p s na d
143. e especificam as baterias para uma temperatura de funcionamento de 25 C 77 F ou 20 C 68 F e estimam que a capacidade das baterias decres a linearmente com qualquer aumento sobre a temperatura normal de funcionamento da seguinte maneira E OP PER bots 11 A capacidade e a efici ncia diminuem com o aumento de temperatura A taxa de autodescarga aumenta com o aumento de temperatura 4 E al 11 A resist ncia interna aumenta com o aumento de temperatura m Aesperanca ciclo de vida diminui com o aumento de temperatura 8 7 Reguladores de carga Os reguladores ou controladores de carga tamb m s o elementos fundamentais dos sistemas FVs independentes juntamente com as baterias est o para os sistemas FVs independentes como o inversor est para os sistemas FVs dependentes ou seja pode se dizer que o regulador de carga e as baterias s o inerentes aos sistemas FVs independentes Os reguladores de carga permitem evitar a ocorr ncia de sobrecargas nas baterias resultante do processo de carga a partir da fonte energ tica sistema FV e lico gerador el ctrico e protege las das descargas excessivas provocadas pelas cargas el ctricas em corrente cont nua Um controlador de carga FV moderno consegue tamb m monitorizar constantemente a tens o das baterias do sistema FV actuando da seguinte maneira quando as baterias se encontram completamente carregadas ou seja estado de capacidade m xima e
144. e liga a Euro sia ao continente africano com um valor compreendido no intervalo entre 1900 e 2100 kWh m A regi o do globo com registo de densidade populacional com menores horas de pico solar a regi o que compreende o norte da Europa norte da sia e norte da Am rica do norte com um valor compreendido no intervalo de 900 a 1050 kWh m As horas de pico solar de uma regi o referem se ao n mero de horas que a intensidade de radia o solar desta regi o iguala o valor da constante solar 9 Ex Uma zona com 4 horas de pico solar possui ao longo do ano 4 x 1000 W m 4 kWh m y 0 AM Absor o Dispers o molecular Poluentes Redu o M dia 96 90 1 00 8 7 9 4 0 25 6 17 3 38 5 60 1 15 9 2 10 5 0 7 29 5 19 4 42 8 30 2 00 11 2 16 3 4 1 44 9 28 8 59 1 10 5 76 16 2 31 9 15 4 74 3 51 8 85 4 5 11 5 19 5 42 5 24 6 86 5 65 1 93 8 Tabela 3 2 Depend ncia da radia o solar com o seu ngulo de eleva o Fonte Quaschning V 3 2 3 Medi o da radia o solar A intensidade da luz solar pode ser medida directamente ou indirectamente Mede se directamente a intensidade da luz solar atrav s da utiliza o de pir metros ou piran metros ou atrav s de sensores fotovoltaicos Os pir metros figura 3 4 s o sensores que medem a intensidade da luz solar numa superf cie plana e apresentam um n vel de precis o extremamente
145. e seguir quase por completo o movimento do sol uma vez que o faz em torno dos dois eixos o que permite manter um alinhamento quase perfeito das traject rias do sol e consequentemente obter um campo energ tico solar maior todavia estes sistemas FVs s o geralmente preteridos devido sua elevada complexidade Nos sistemas FVs activos os controladores electr nicos podem controlar os motores el ctricos e os geradores FVs de duas maneiras poss veis gt Astronomicamente os controladores calculam a posi o actual do sol a partir do local onde o gerador FV est instalado e o motor el ctrico movimenta o gerador FV perpendicularmente ao sol em intervalos de tempo pr definidos a partir de 4 coordenadas precisas 4 x 2 s o colocados no sistema rastreador sensores Por controladores sensoriais luminosos que direccionam o gerador FV para o ponto mais brilhante luminoso Z 4 z do c u e quando o c u se encontra completamente escuro o gerador FV ajusta se na posi o horizontal Sistemas livres fixos vs sistemas livres seguidores Estima se que os sistemas FVs rastreadores ganhem mais 50 de radia o solar nos meses de ver o e mais 300 nos meses mais de inverno em rela o aos sistemas FV s 4 De p y i i a Fixos Portanto em regi es frias e com per odos de inverno muito intensos a aplica o de um sistema FV rastreador quase uma necessidade j em regi
146. ealizaram se estudos de viabilidade econ mica na perspectiva vertente microecon mica privada e individual e t cnica das aplica es de sistemas fotovoltaicos em Angola mais propriamente nas regi es das prov ncias de Luanda e Huambo a partir de simula es feitas segundo estudos te ricos de aplica es destes sistemas em Portugal na regi o de Famalic o Recorreu se a esta alternativa em virtude de n o ter sido poss vel efectuar directamente os estudos em Angola como inicialmente estava previsto por raz es alheias Universidade aos orientadores e ao orientando A disserta o foi estruturada em duas partes uma primeira parte te rica em que se descreveu extensivamente os componentes mais importantes que integram os sistemas fotovoltaicos e e licos e outra parte te rico pr tica contendo os estudos de caso Com base nos resultados obtidos nos estudos de caso foi poss vel concluir que os investimentos num sistema fotovoltaico dependente para regime bonificado com base nos regulamentos do DL n 363 2007 de 2 de Novembro e em sistemas fotovoltaicos independentes para redes el ctricas dom sticas situadas a menos de meio quil metro da extens o da rede el ctrica p blica de Famalic o n o s o economicamente vi veis Foi ainda poss vel concluir que os sistemas fotovoltaicos nas prov ncias do Huambo e Luanda apenas s o vi veis para instala es el ctricas dom sticas independentes A
147. eddenseseansvassectonsstessseavensecaussdareeasaunsc 9 2 1 N veis de consumo e de produ o energ tica occcconccoocccnnccocnnnnnonnnnnnnncnnnnnnnnnnnncnnnnnnnn 9 2 1 1 Fontes prim rias de energia rr 9 2 2 Energia renov vel vs energia alternativa errar 10 2 2 1 Energia teHOVAYEl iii 10 2 2 2 As energias renov veis como fontes prim rias de energia s 12 2 2 3 Produ o e consumo das energias renov veis ooooccccccnnnooononcnnnnnccnnnanannnononnncn n 13 2 3 Produ o e consumo de energia el ctrica rear 13 2 3 1 Fontes prim rias de energia el ctrica electricidade 13 ZA Impactos A AS A CI TR 15 2 4 1 Aquecimento global global warming eese 15 212 0 electo de Estufa asais enaere e tot Meca eiua en teda ORAS Aa 16 2 5 Solu es sustent veis para produ o de energia el ctrica ssssse 17 2 5 1 Aproveitamento fotovoltaico E dudo Du aeee nena aes 17 2 5 2 Sistemas e licos aproveitamento e lico errei 20 Referencias DIbHOBEADICSS a SS DU e 21 viii ndice 3 Aproveitamento SOS ei 24 E 24 3 1 1 Produ o da energia Olinda io rta UE ox dario adiciona 24 3 2 A radia o solar na superf cie TERE SUE e ie eee A ee 26 3 2 1 Distribui o da radia o solar ioi ertet te doliis adita dido 27 3 2 2 Ponto de radia o solar m xima ii id 30 3 2 3 Medi o da
148. efici ncia zero interrompe ou diminui a quantidade de corrente que flui do gerador FV para as baterias e quando as baterias encontram se descarregadas ou num n vel 91 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica baixo activa o fluxo de corrente do gerador FV para as baterias e em alguns casos E 13 interrompe a corrente que alimenta as cargas em DC Portanto os controladores de carga FVs modernos j n o possuem apenas uma tarefa fundamental possuem v rias tarefas fundamentais 8 7 1 Tipos de controladores de carga Actualmente est o dispon veis cinco principais tipos de controladores de carga FV Controladores paralelos shunt 9 _ Controladores s ries de estado nico single stage 135 as series controllers Controladores de desvio distrac o diversion controllers Controladores de pulso com largura modulada PWM Pulse Width Modulation controllers Controladores de rasteio do ponto de pot ncia m xima PPM 8 7 2 Controladores paralelos Shunt Estes controladores reduzem continuamente a pot ncia dos geradores FVs quando as baterias atingem a tens o limite ou emin ncia de sobrecarga A preven o contra a ocorr ncia de sobrecargas nas baterias efectuada atrav s de uma ligag o em paralelo shunting ou de um curto circuito cc no gerador FV O princ pio de funcionamento deste controlador pode ser observado atrav s do esque
149. el ctricas especiais para o efeito Quando dispon veis as concession rias geralmente utilizam dois tipos de tarifas el ctricas especiais a tarifa de medi o da rede net metering e a tarifa de factura o da rede net billing buy sell 02 Os sistemas fotovoltaicos independentes s o sistemas que n o se ligam rede el ctrica normal ou seja a energia fornecida ao utilizador depende inteiramente do sistema fotovoltaico Os sistemas h bridos referem se aos sistemas fotovoltaicos em que para al m da fonte fotovoltaica que utilizada como fonte energ tica prim ria do sistema utiliza se uma outra fonte energ tica para cobrir as defici ncias de produ o energ tica da fonte fotovoltaica nos per odos de menor incid ncia solar Ambos os sistemas fotovoltaicos dependentes e independentes podem ser ligados a um sistema de armazenamento por m os sistemas dependentes raramente fazem uso de sistemas de armazenamento na medida em que servem essencialmente para poupar electricidade enquanto em sistemas independentes os sistemas de armazenamento s o elementos essenciais A capacidade fotovoltaica instalada mundial tem crescido sucessivamente ano ap s ano como pode se observar nos dados representados na tabela 2 7 Este crescimento deveu se em grande parte a descida vertiginosa dos custos associados aos sistemas fotovoltaicos como pode se observar na tabela 2 6 1 em que constata se que at 2010
150. em Famalic o Fixed system inclination 34 orientation 2 imum Month I if sur TRE b y eb Z I 7 LA Y pad pu 0 ra 818 Wi va Wi fz Apr TS x 5 86 x Fa 13 30 S 6 33 Aug ep 5 70 Oct 13 ER B i i hal b in in W E Total for year 1730 m m T ui ii J 0 Tabela C 5 Energia produzida por um sistema FV dependente simples fixo com pot ncia nominal de 3 68 kW 4 kWp em Famalic o Fonte FVGIS Nas tabelas acima descritas podem ser identificadas as seguintes vari veis Ea Quantidade de electricidade m dia di ria produzida pelo sistema FV em kWh Em Quantidade de electricidade m dia mensal produzida pelo sistema FV em kWh Hq Soma da radia o solar global m dia di ria por metro quadrado que incide sobre os m dulos FVs gerador FV em kWh m Hm Soma da radia o solar global m dia mensal por metro quadrado que incide sobre os m dulos FVs gerador FV em kWh m 175 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Anexo D Tarifas de electricidade praticadas em Portugal a Ligac o existente Preco Classe Pot ncia contratada kVA Social Simples Normal 1 15 0 0175 0 0699 2 3 0 0304 0 1214 343 Aaaaoi IRA 0 173 ZO RE esee 0 2245 5 75 ll eis 0 2761 OF orui
151. em m dia menos 22 5 de electricidade rede el ctrica dom stica gt S o mais poluentes tendo baterias electroqu micas na sua constitui o ficam sujeitos a polui o ambiental pois todas esp cies de baterias poluem o meio 41 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica ambiente durante o seu funcionamento e quando deixam de funcionar uma vez que n o s o possuem m todos eficientes e seguros de reciclagem Portanto em termos globais estes sistemas apresentam mais desvantagens do que vantagens em rela o aos sistemas FVs dependentes sem baterias no entanto para regi es espec ficas do globo como por exemplo Angola a sua aplica o pode ser extremamente competitiva 4 2 2 Sistemas FVs dependentes h bridos Nesta disserta o apenas ser o desenvolvidos extensivamente os sistemas FVs h bridos associados aos sistemas e licos ou seja sistemas FVs compostos por um gerador FV como fonte de energia prim ria e um gerador e lico como fonte secund ria Com Armazenamento A aplicag o deste tipo de sistema FV apesar de ser poss vel muito pouco vi vel tanto em termos t cnicos como financeiros pois a sua implementa o s necess ria nas seguintes condi es extremas que raramente acontecem em simult neo 1 As condi es climat ricas s o de tal forma desfavor veis que o gerador FV n o consegue produzir quantidades de electr
152. ema FV independente simples da figura 4 7 e caso se pretenda alimentar apenas circuitos em CA basta retirar o componente 5 do sistema FV h brido da figura 4 8 Figura 4 8 Esquema de um sistema FV independente h brido 44 Sistemas energ ticos solares directos Sistemas FVs associados a geradores el ctricos Em regi es quentes e tropicais como o caso de Angola a aplica o de geradores e licos para compor sistemas FVs h bridos muito pouco vi vel pois com a excep o de poucas cidades ou prov ncias de Angola localizadas no seu centro e sul a grande maioria das regi es de Angola n o possuem uma disponibilidade ventosa m dia suficientemente forte para obter um rendimento aceit vel dos geradores e sistemas e licos ent o neste caso os geradores e licos podem ser substitu dos por geradores el ctricos a gas leo ou gasolina Nestes sistemas FVs independentes o gerador el ctrico pode ser montado como fonte alimentadora das baterias substituindo assim o gerador e lico da figura 4 8 ou apenas para alimentar as cargas cr ticas da rede el ctrica dom stica e neste caso pode ser ligado directamente ao inversor do sistema FV como mostra o esquema da figura 4 9 uma vez que os geradores el ctricos normalmente produzem electricidade em DC No esquema da figura 4 9 o gerador el ctrico a gas leo representado pelo componente 6 Os geradores el ctricos tamb m podem ser facilmente inte
153. ente de pa ses por emiss o de CO2 em 2008 e posi o respectiva do PIB em 2009 Fonte Adapt Wapedia FMI Banco Mundial 197 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Anexo J Factores de convers o de unidades m ltiplos e subm ltiplos e conjunto de f rmulas e express es utilizadas 1 a b c 2 a b c d e Unidades de comprimento velocidade e volume e capacidade 1 mi 1 609 km 1 ft 0 3048 m 30 48 cm 1 in 2 540 cm 25 40 mm mph 0 447 m s kn 0 514 m s 1m 1000 L 1 dem 1 L Unidades de energia e massa BTU W kWh Lb kg 1 BTU 1054 4 W s 1054 4 J 1 BTU h 0 293 W 1 W 3 41 BTU h 1 BTU 2 93 E 04 kWh 1 libra pound Ib 0 454 kg 1 tonelada tonelada m trica t 1000 kg BTU Gallons US kWh Barrel Oil 1 Gallons of Oil 42 kWh 1 Barrel Of Oil 6 E 06 BTU US 1 Barrel Of Oil 42 US Gallons 3 785 L Cubic Mile Of Oile CMO Joules Barrel Of Oil Equivalent BTU kWh 1 CMO 1 6 E 20 J 4 454 E 12 kWh 1 52 E 17 BTU 1 CMO 2 62 E 10 boe barrel of oil equivalent 42 US Gallon Barrel of oil equivalent boe boe 5 8E 06 BTU 59 F 14 C 6 E 06 BTU US 1 boe 6 1 GJ HHV 1 7 MWh 1 toe 41 85 42 GJ 1 toe 7 11 7 33 7 40 boe Convers o de biomassa Etan l 1 Tonelada m trica 7 94 Barrels of Oil Densidade m dia 0 79 g mL 1 LHV Low Heating Value 21 1 MJ L
154. entes os sistemas e licos t m como principal e nico objectivo a produg o de energia el ctrica A energia produzida pelos sistemas e licos depende da quantidade de energia produzida pelas suas turbinas e licas que por sua vez depende fundamentalmente de tr s factores Da velocidade do vento Da rea varrida pelas p s das turbinas e da densidade do ar atmosf rico no local atrav s da seguinte rela o P px Axy 09 2 2 Onde v a velocidade do vento A a rea do rotor da turbina p a densidade padr o do ar atmosf rico no local onde a turbina encontra se instalada A capacidade e lica instalada mundial representada na tabela 2 9 registou em 2008 taxas de crescimentos fenomenais relativamente a per odos anteriores tendo registado taxas de crescimento anuais de aproximadamente 26 e 30 relativamente aos per odos de 2004 e 2007 respectivamente A n vel individual os EUA lideram seguidos da Alemanha e Espanha Portugal ocupa a d cima posi o Tal como os sistemas fotovoltaicos os sistemas e licos tamb m classificam se em independentes e dependentes e h bridos contudo ao contr rio dos fotovoltaicos t m como fonte prim ria o gerador e lico 20 A energia no contexto mundial actual Aplicag o em m dia escala Para sistemas independentes de m dia e m dia larga escala n o existe sistema energ tico renov vel mais competitivo que o sistema e lico pois
155. erdas da ordem dos 87 distribu das da seguinte forma 3 resultantes do efeito de reflex o solar e sombreamento causados pela superf cie frontal das c lulas 23 resultantes da circula o de fot es de n veis energ ticos baixos em radia es de comprimento de onda elevado 32 resultantes da circula o de fot es de elevado n vel energ tico em radia es de comprimento de onda curto 6 8 5 resultantes das recombina es das cargas 20 resultantes da diferen a de potencial existente na c lula em particular nas regi es dos espa os das cargas Oe 0 5 resultantes da resist ncia de Ohm 9 Com base nestes dados facilmente conclui se que a maior parte das perdas energ ticas verificadas nas c lulas de sil cio cristalino sao devido ao desalinhamento dos fot es com uma percentagem de aproximadamente 55 do total de perdas 5 3 Tipos de c lulas solares As c lulas solares podem ser agrupadas em tr s grupos divididos e subdivididos da seguinte maneira 1 C lulas de sil cio cristalino ou c lulas cristalinas gt C lulas monocristalinas 53 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica gt C lulas policristalinas c lulas policristalinas c lulas policristalinas de energia POWER cells c lulas policristalinas de banda fina EFG Fitas em s rie Ribbon String eries c lulas policristalinas de linha fina Apex O 2 C lulas de pel cula fina c lulas de sil
156. eriores quando os m dulos FVs associam se em s rie paralelo ou em associa o mista formam os chamados pain is FVs e ou matrizes FVs Estes pain is FVs e ou matrizes FVs s o comummente designados de geradores FVs por conveni ncia de nomenclatura tamb m os m dulos FVs s o chamados de geradores FVs 7 1 Montagem dos m dulos solares Os sistemas FVs s o projectados de maneira a que os seus geradores FVs estejam colocados numa zona que lhes permita absorver o m ximo de energia solar isto o campo energ tico solar dos geradores FVs depende em primeira inst ncia da localizac o geogr fica que alojar os sistemas FVs De uma maneira geral os geradores FVs podem ser montados da seguinte maneira gt Sistemas livres ou auto dependentes o gerador FV orientado para o sol numa posi o fixa Nestes e Fixos sistemas sempre que o sol mudar de direc o deve se tamb m mudar manualmente a orienta o do gerador FV e M veis seguidores rastreadores passivos activos O gt Sistemas associados os geradores FVs est o directamente ligados estrutura dos edif cios Eles podem ser montados da seguinte maneira e Sobre as estruturas exterior das estruturas coberturas planas fixos e m veis rastreadores coberturas inclinadas fachadas planas fachadas inclinadas e Integradas com as estruturas interior das estruturas coberturas planas coberturas inclinadas fach
157. erlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 10 figura 1 25 V Quascning Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 13 tabelas 1 1 1 2 Krebs Frederik C Polymer Photovoltaics A Pratical Aproach Washington Society of Photo Optical Instrumentation Engineers SPIE 2008 pag 92 Krebs Frederik C Polymer Photovoltaics A Pratical Aproach Washington Society of Photo Optical Instrumentation Engineers SPIE 2008 pag 5 figura 1 1 Wikipedia s d Peak of Solar Radiation pagina consultada a 12 02 2010 lt http www wikipedia org gt Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 pag 30 Kipp and Zonen Lambrecht G ttingen IKS Solarc Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 14 figura 1 32 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edig o New York CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 pags 341 363 34 Cap tulo 4 Sistemas fotovoltaicos FVs Sistemas fotovoltaicos sua aplica
158. estruturada de alum nio como mostra figura 6 1 4 Para al m do EVA os m dulos FVs podem tamb m ser laminados em PVB Teflon ou ainda em resina fundida e Moldura de alum nio Vedante Pel cula de Tedlar Figura 6 1 Estrutura de um m dulo solar convencional Fonte Pilkiton Solar No desenho da figura 6 1 existe um elemento que apesar de nao estar representado parte constituinte e integral dos m dulos solares que caixa de jun o el ctrica as caixas de jung o permitem ligar os circuitos el ctricos dos m dulos ao sistema FV elas s o geralmente constitu das por materiais termopl sticos e imperme veis possuem 68 O m dulo solar FV uma elevada resist ncia ao ataque de agentes atmosf ricos e nos m dulos FVs convencionais podem ser aplicadas na superf cie traseira dos mesmos figura 6 2 Figura 6 2 Caixa de deriva o jun o dos m dulos FV 6 1 2 M dulos FVs especiais Os m dulos FVs especiais tamb m s o fabricados em massa mas ao contr rio dos m dulos convencionais nao se destinam apenas produg o de energia Para al m do Zz aspecto energ tico o aspecto decorativo tamb m importante na sua produ o Estes m dulos t m grande aplicac o em sistemas FVs independentes de pequena escala em que os m dulos s o perfeitamente adapt veis as suas aplica es 6 1 3 M dulos FVs feitos medida Estes m dulos FVs s o feitos na sua totalidade de a
159. evada concentra o gel electr lito e neste caso formam as baterias estacion rias de placa tubular selada ou OPZV Ortsfeste Panzerplatte Verschlossen A principal diferen a entre as baterias estacion rias de placa tubular OPZS e OPZV e as baterias solares reside na composi o dos el ctrodos positivos enquanto nas baterias solares o el ctrodo positivo formado por uma placa em forma de grelha nas baterias estacion rias de placa tubular o el ctrodo positivo formado por uma placa com uma estrutura tubular nesta placa tubular os var es de chumbo s o cercados por tubos perme veis que permitem a circulag o da 86 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga solug o electrol tica e possuem uma camada de revestimento protectora que segura mecanicamente o material activo que se encontra no espago interior o que permite limitar a sedimenta o no interior das baterias O el ctrodo negativo semelhan a das baterias solares formado por uma placa em grelha Relativamente s baterias solares as baterias estacion rias de placa tubular apresentam as seguintes vantagens 9 podem ser aplicadas em outros sistemas gt Vasta diversidade de aplica es energ ticos gt Elevada resili ncia e estabilidade NC 70 2000 ciclos NC 50 3500 ciclos NC 45 5000 gt Efici ncia elevada OPzS 90 e OPzV 90 94 gt Manuten o reduzida OPzS de ca
160. ez que aproximadamente 3300 vezes superior ao consumo mundial energ tico total para este per odo comparando a radia o solar com o consumo energ tico actual referente at ao final do ano em curso 2010 estimado em 17 TW a energia da radia o solar aproximadamente 6700 vezes superior ao total de energia consumida neste per odo gt Tendo sido a produ o mundial de electricidade em 2006 aproximadamente 17 9 PWh a produ o prevista para o final do ano em curso 2010 20 7 PWh e a produ o estimada para 2030 31 8 PWh verifica se que a energia contida na radia o solar aproximadamente e respectivamente 64000 55000 e 36000 vezes superior s produ es mundiais totais de electricidade nos anos referidos 26 Aproveitamento solar 3 2 1 Distribuic o da radiac o solar Anualmente e resultante do movimento de translag o da terra em torno sol a radia o solar global Es no exterior da superf cie terrestre apresenta ligeiras varia es que podem ser representadas pela seguinte rela o 284 d 365 E d 1350 40 x sin 2rr x yy W m 9 3 1 Onde d 1 d lt 365 o dia do ano contado a partir de 1 de Janeiro A express o 3 1 representa a radia o solar global total emitida nos v rios comprimentos de onda no exterior da atmosfera terrestre Ao atravessar a atmosfera terrestre as radia es solares ultravioleta UV situadas nos comprimentos de onda
161. fat rio respectivamente a energia geot rmica com um ndice de aproveitamento de 0 024 lt lt 1 e a energia solar com aproximadamente 0 18 s o os dois recursos energ ticos renov veis mais subaproveitados 12 A energia no contexto mundial actual Fontes energ ticas Uso Corrente TW P T cnico TW Y P Te rico TW Y Hidroel ctrica Total 0 945 1 6 4 8 Biomassa 0 3595 gt 7 9 92 Energia solar 0 1585 gt 51 124000 Energia e lica 0 121 19 gt 190 lt 390 Energia geot rmica 0 06 158 4440000 Energia oce nica 0 0003 6 3TW cada 235 Total 1 644 gt 238 4560000 Tabela 2 2 N veis de produc o em 2008 e potenciais t cnicos e te ricos das energias renov veis Fonte REN 21 2 2 3 Produc o e consumo das energias renov veis Como pode se observar nos dados da tabela 2 3 D a maioria dos recursos energ ticos renov veis actuais canalizada para a produ o de energia el ctrica Olhando para os dados desta tabela verifica se que em 2008 aproximadamente 70 da produ o dos recursos renov veis foram canalizados para a produ o de energia el ctrica Esta eloquente representatividade deveu se sem d vida as energias hidroel ctrica e e lica em que aproximadamente 100 do total das suas produ es s o dirigidas para a electricidade Constata se ainda que todos os recursos energ ticos renov veis t m aplica o na produ o de energia el ctrica mas nem to
162. forma Perdas devido ao efeito da temperatura dos m dulos 10 5 Perdas devido ao efeito de reflex o angular 2 7 Perdas devido cablagem em DC e CA inversores com 90 de efici ncia envelhecimento e desalinhamento dos m dulos 14 Ent o uma vez que para a determina o da quantidade energ tica produzida pelos sistemas FVs apenas s o considerados os aproveitamentos energ ticos podem ser considerados os seguintes factores correctivos de perdas energ ticas fcp fcpl 0 895 fcp2 0 973 fcp3 0 86 de que resulta o seguinte factor correctivo global fcpt fp1x fp2 x fp3 0 749 11 1 Da express o acima facilmente conclui se que 0 aproveitamento rendimento global de um sistema FV segundo as estimativas do PVGIS de 74 9 o que implica dizer que as perdas energ ticas globais do sistema FV s o de 25 1 A quantidade de energia total produzida pelo sistema FV Erv por defini o determinada pela seguinte express o Erv Prey x ApyX Esx fpt Prey x 1 x Es x 0 749 11 2 Onde Ey a quantidade de energia produzida pelo sistema FV e Pry a pot ncia nominal dos geradores FVs por m como j foi dito anteriormente ser o utilizados os dados tabelados do PVGIS Segundo os dados representados no anexo C e uma vez que o inversor do sistema FV em quest o possui uma efici ncia de 95 e n o de 90 o sistema FV produzir uma quantidade energ tica aproximada de Erv 477 kW
163. g o dos seguintes dados gt Dias de autonomia refere se ao n mero m ximo de dias que as baterias alimentam 2 11 as cargas el ctricas sem serem recarregadas Devem ser garantidos no m nimo os seguintes dias de autonomia Pa ses frios do hemisf rio norte 4 dias 12 Pa ses temperados do hemisf rio norte dos quais Portugal 2 a 3 dias O Pa ses tropicais dos quais Angola 1 a 2 dias 1 gt Capacidade da bateria geralmente representada por um ndice que indica o n mero de horas de descarga da bateria ou seja a intensidade com que a bateria pode ser descarregada C Ex Coo 200 Ah indica que se a bateria for descarregada continuamente durante um per odo de 20 horas poder fornecer 200 Ah A capacidade de uma bateria energia dispon vel dever dobrar a sua reserva determinada pelo produto entre o consumo energ tico da rede el ctrica dom stica e os dias de autonomia a energia dispon vel para a rede el ctrica dom stica depende da energia dispon vel e da efici ncia do inversor a energia extra da das baterias depende do consumo energ tico da rede el ctrica dom stica e da DOD que geralmente determinada pela configurag o do regulador de carga ou inversor a energia absorvida pelas baterias depende da sua efici ncia e da quantidade energ tica da fonte energ tica sendo que para que as baterias possam ser carregadas a sua queda de tens o dever ser inferior a que
164. g ticas reais produzidas pelos m dulos geradores FVs 137 11 2 2 Rendimento e efici ncia real dos m dulos FVS ooonnncccccnnnoocnonononancnnnannnnnon 137 Refer ncias DIDIO SAC AS aiii 140 12 Estudos de casos esa menta 142 12 1 Caracter sticas t cnicas do sistema el ctrico dom stico oooooocccnnoooccncnnnoacnnnnnnnnnos 142 12 2 Estudo de viabilidade econ mica financeira dos sistemas FVS 143 12 2 1 Sistema FV em regime bonificado c cssspesenansnarasoreposensaannsamantresa asas ta a espe end 143 12 3 Viabilidade econ mica dos sistemas FVs independentes 150 12 3 1 Quantidades de energia produzidas pelo sistema FV sss 151 12 3 2 Viabilidade econ mica poupan a do sistema eese 132 12 4 Simula o de aplica es de sistemas FV em Angola 154 12 4 1 Aplica o do sistema FV dependente simples em Angola 154 12 4 2 Sistemas FVs vs geradores el ctricos em termos de viabilidade econ mica 156 Referencias Bibliografieas x ooa ee Ip EE 162 IE DISCUSS AO t athe 165 ALCOI e ad et ae ie O od de dd 166 SUSO AO e K EE E wae au ns sa ah GA d 166 Anexo A Capacidade instalada mundial de energia fotovoltaica e energia e lica 169 Anexo B Propriedades das c lulas e m dulos FVS re 171
165. grados nos sistemas FVs dependentes h bridos definidos no ponto 4 2 2 atrav s da substituic o do gerador e lico pelo gerador el ctrico na estrutura do esquema da figura 4 6 Figura 4 9 Sistema FVs h brido associado a um gerador el ctrico a gas leo Fonte Adapt SEI Sistemas FVs independentes de DC Estes sistemas FVs s o extremamente f ceis de instalar e aplicar em tarefas di rias ou aplica es imediatas Podem ser com armazenamento ou sem armazenamento como ilustram os dois exemplos da figura 4 9 por m em qualquer dos casos para a produ o energ tica utilizam se apenas m dulos FVs Observa se tamb m nos esquemas destes sistemas FVs a aus ncia de um inversor o que permite facilmente chegar a conclus o que estes tipos de sistemas FVs apenas fornecem electricidade a cargas el ctricas em DC e logo podem ent o ser chamados de sistemas FVs de DC 9 45 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Figura 4 10 Sistema FV de DC com armazenamento e sem armazenamento Fonte Adapt SET Os sistemas FVs independentes apresentam as seguintes vantagens gt Providenciam e garantem total independ ncia em rela o rede el ctrica p blica e uma certa independ ncia energ tica A depend ncia energ tica pode ser reduzida com a aplica o de um gerador el ctrico ou um aerogerador gt Para instala es localizadas a mais de V km dos pontos de distribui o da rede isto
166. grupos Sistemas energ ticos solares fotovoltaicos aproveitam a intensidade luminosa contida na radia o solar para a produ o directa de electricidade gt Sistemas energ ticos solares t rmicos aproveitam energia t rmica da radia o solar para a produ o de energia t rmica gt Sistemas energ ticos solares combinados tamb m chamados de sistemas de combina o de energia el ctrica e aquecimento CEA ou CHP Combined Heat and Power Systems produzem em simult neo electricidade e aquecimento 33 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Refer ncias bibliogr ficas 1 10 11 12 Ramlow Bob Nusz Benjamim Solar Water Heating A comprehensive Guide To Solar Water and Space Heating Systems Gabriola Island New Society Publishers 2009 pag 1 Krebs Frederik C Polymer Photovoltaics A Pratical Aproach Washington Society of Photo Optical Instrumentation Engineers SPIE 2008 pags 4 5 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pags 8 15 Instituto Nacional de Soldadura T rmica dos Edificios Lisboa Instituto Nacional de Soldadura 1996 pags 33 40 V Quaschning Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers B
167. h ano x 0 95 0 90 503 5 kWh ano 1 38 kWh dia 11 3 133 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Analiticamente obtinha se Ery 0 354 kW x 4 86 h dia x 0 749 x 0 95 0 90 1 36 kWh dia x 365 dias 1 ano 496 kWh ano Quantidade energ tica produzida pelo aerogerador Com base nas express es definidas no cap tulo anterior nas caracter sticas t cnicas do sistema FVs descritas acima e na disponibilidade m dia ventosa da regi o do Minho que de aproximadamente 4 9913 m s ao longo do ano segundo os dados do anexo C obt m se Pg 0 144 x dx v 0 144 x 2 40 x 4 9913 103 14 W 11 4 Sendo que as pot ncias nominal e m xima ocorrer o a velocidades aproximadas de 8 98 m s e 9 22 m s respectivamente ou seja PEwwom 0 144 x 2 407 x 8 98 607 W e Pex 0 144 x 2 40 x 9 22 650 W A quantidade energ tica produzida pelo aerogerador dependente do n mero de horas que a velocidade dos ventos da regi o supera a velocidade de arranque do aerogerador que de 3 0 m s A partir dos dados do anexo C sabe se que anualmente durante uma m dia aproximada de 4 horas a velocidade dos ventos da regi o do Minho inferior a 3 m s logo o aerogerador funcionar em m dia durante aproximadamente 20 horas Portanto anualmente o aerogerador e o sistema FV h brido na regi o de Famalic o produzir o as seguintes quantidades energ ticas Eg 103 14
168. has been concluded that the investment in a photovoltaic dependent system for subsidized regime based on regulations of DL n 363 2007 of November the 2 and in independent photovoltaic systems for electrical household situated less than half a kilometer of the public grid in Famalic o are not economically viable It was also possible to conclude that the photovoltaic systems in the provinces of Huambo and Luanda are only viable for off grid electrical installations vi Palavras chave C lula FV solar M dulo FV solar Painel FV solar Gerador FV Sistemas FVs Aerogerador Gerador e lico Prazo de recupera o payback Prazo de recupera o descontado payback descontado Valor actual l quido VAL Taxa interna de retorno TIR vii Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica ndice BedicdloLid A A A IM EM EE LK A LIN ince iii A iv RESUMO usd a a EE RIO DER V pr A carveided vi Pala Tas CAVE e I T vii A Pr ER PRIUS viii ndice de THEM A DEUM LU DM DD PROUT REE DELE XV Lista de s mbolos acr nimos e abreviaturas cooocccnnnccnnnocnnunccnnnoconanicnanoconanicnnnccnnniconos xviil WS TIM DUG AO c added 2 LAMAS AN ie d RS nartels 4 LADOS ii ii 5 LS Metodo e AAA Ga esa ed eiu ed ce es Ge 5 LA Resultados chi b ia da add a 6 Referencias bibliogr ficas assa SS id 7 2 A energia no contexto mundial ACUAl s sssssesscessseaveoase
169. homas Romney Robinson gt Semiesferas Unidade transmissora conta rota es Figura 10 3 Anem metro mec nico de 3 conchas Fonte Adapt Microsoft Corporation Anem metros m veis Estes anem metros s o extremamente competitivos para medi es r pidas e sem um grau de precis o muito elevado Eles podem ser digitais anal gicos ou ainda combinados conforme se pode observar nos exemplos da figura 10 4 gt 118 Sistemas energ ticos e licos Figura 10 4 Anem metros digitais e anal gicos Fonte Adapt Impac Thermomed Twilight Anem metro s nico Este anem metro faz uso das ondas sonoras ultra s nicas que s o ondas com frequ ncias superiores a 20 kHz para medir a velocidade do vento Ele facilmente ajust vel e apresenta um bom grau de precis o em instala es mar timas onde os anem metros de concha perdem precis o e efici ncia devido a presen a de gua salgada e largas quantidades de areia ou poeira Os anem metros s nicos podem ser de dois ou tr s eixos o de dois eixos geralmente usado em aplica es largas e fixas como esta es meteorol gicas sistemas de navega o de navios ou outras aplica es mar timas enquanto o de tr s eixos pode ser utilizado em turbinas e licas sensores e licos etc 9 10 4 rea varrida pelo rotor e densidade do vento Viu se em pontos anteriores que a pot ncia da turbina e lica varia linearmente com a rea varrida pelo se
170. ia de um mecanismo passivo de guinada e o posicionamento do seu rotor na direc o contr ria ao fluxo do vento s o duas caracter sticas fundamentais que identificam os aerogeradores downwind A sua orienta o para os ventos alcan ada atrav s do posicionamento frontal superior e ligeiramente lateral do seu rotor relativamente ao ponto de liga o entre o aerogerador nacela e a sua torre o que permite que o rotor seja 123 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica empurrado para a posi o contr ria direc o do fluxo dos ventos downwind quando 2 eles sopram sobre o aerogerador Wind Direc o do vento Figura 10 7 Aerogerador alinhado em direc o contr ria ao fluxo do vento downwind Fonte Adapt Power Talk 10 6 4 Mecanismo de transmiss o de energia Os aerogeradores podem ser de transmiss o indirecta ou transmiss o por caixa gear drive Ch ou de transmiss o directa figura 10 8 A maioria dos aerogeradores ultraleves possui uma estrutura semelhante a estrutura da figura 10 8 ou seja de transmiss o directa Neste tipo de mecanismo o rotor do aerogerador liga se directamente ao rotor do alternador e a produ o de electricidade feita da seguinte maneira 1 Ap s entrarem em movimento de rota o em torno do eixo horizontal devido ac o dos ventos o rotor e as suas p s provocam um movimento de rota o de igual sentido e
171. ia el ctrica num nico sentido isto a reacc o electroqu mica destas baterias irrevers vel e as baterias s o descart veis ap s terminar o per odo de descarga completa Baterias secund rias estas baterias s o vulgarmente conhecidas por baterias recarreg veis por possu rem uma reac o electroqu mica revers vel ou seja ap s a descarga completa elas podem ser recarregadas e reutilizadas atrav s da injec o de corrente el ctrica continua Ipc proveniente de uma fonte externa No modo de descarga elas convertem a energia qu mica em energia el ctrica e no modo de carga a energia el ctrica em energia qu mica em ambos os modos 81 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica registam se perdas energ ticas sob a forma de calor Estima se que durante os processos de descarga e carga das baterias recarreg veis perde se entre 15 a 30 de energia ou 22 5 em m dia D 8 2 1 Baterias recarreg veis As baterias recarreg veis s o normalmente especificadas e dimensionadas em termos da sua tens o m dia em volts V debitada durante o modo de descarga e a capacidade el ctrica em ampere hora Ah que podem fornecer at que o n vel da tens o atinja o limite m nimo especificado O produto entre estas duas grandezas ou seja tens o e capacidade el ctrica representa a energia em watt hora Wh que as baterias podem fornecer a uma carga el ctric
172. ia maior que a do gerador FV A pot ncia de sa da em CA Pinvca do inversor determinada atrav s do produto entre a sua pot ncia nominal DC nas CTP Pmvpc e a sua efici ncia qv A tens o de entrada do inversor Vinvpc depende da tens o produzida pelo gerador FV ou seja o inversor apenas funcionar enquanto o gerador FV fornecer lhe a tens o correspondente portanto o gerador FV dever sempre produzir uma tens o em DC superior a tens o nominal em DC do inversor A tens o de sa da do inversor em CA ser fun o da rede el ctrica da regi o a que o sistema FV estar ligado 220 240 Vea EU 110 120 Vea EUA O 9 8 1 Inversores independentes No dimensionamento de um inversor independente deve ser dada particular aten o aos seguintes pontos Pot ncia de sa da Wca indica qual a capacidade energ tica m xima pot ncia que o inversor pode fornecer ao sistema durante uma opera o normal Este valor refere se a pot ncia do si d d l ctri pot ncia do sistema supondo que todas as cargas el ctricas funcionam em simult neo Tens o de entrada Vpc refere se a tens o nominal proveniente das baterias 12 V 24 V ou 48 V Tens o de sa da Vca especifica a tens o que o inversor pode fornecer ao sistema Frequ ncia Hz especifica a frequ ncia a que o inversor deve operar 50 Hz UE 60 Hz EUA Tipo forma de onda 9 8 2 Inversores dependentes com bate
173. ia produzida por um sistema FV dependente simples fixo com pot ncia nominal de 0 354 kW 0 4 kW em Luanda Fonte PVGIS Fixed system inclination 10 orientation O0 Optimum at given orientation Ea Em Ha Finn 22 70 703 5 99 186 23 00 643 6 95 169 22 60 701 5 95 135 23 10 694 6 07 24 20 751 6 35 23 70 FEZ 6 23 2320 720 611 22 80 708S 6 00 22 40 673 5 90 19 60 609 5 18 20 30 623 5 49 Dec 20 60 640 5 46 Yearly average 22 4 681 5 90 so Total for vear 31 Tabela E 4 Energia produzida por um sistema FV dependente simples fixo com pot ncia de 3 68 kW 4 kWp em Luanda Fonte PVGIS 183 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Fixed system inclination 15 orientation 07 Optimum at given orientation Month Yearly average Total for vear ha Lea Ll ESA 46 8 5 68 176 1 429 34 161 ESZ 48 7 5 87 182 Ss So 651 195 2 01 622 TAS 231 2 07 62 1 7 67 230 2 15 66 7 7 97 247 2 19 679 38 13 252 1 99 59 7 7 40 222 1 68 52 2 629 195 SI 452 5 66 170 1 45 451 547 170 a7e sa3 sss 30s es2 22430 Tabela E 5 Energia produzida por um sistema FV dependente simples fixo com uma pot ncia nominal de 0 354 kWp instalado no Huambo Fonte PVGIS Fixed system inclination 15 orientation 0 Opti
174. icas 1 Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 p g 50 figura 5 1 64 A c lula solar FV Ze Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 p gs 50 56 3 Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 p gs 12 13 figuras 2 2 2 4 4 Ramlow Bob Nusz Benjamim Solar Water Heating A comprehensive Guide To Solar Water and Space Heating Systems Gabriola Island New Society Publishers 2009 p g 21 5 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p gs 19 22 6 Chang Raymond Qu mica 5 Edig o Lisboa Mcgraw Hill Lda 1994 p gs 1082 1083 7 Chang Raymond Quimica 5 Edi o Lisboa Mcgraw Hill Lda 1994 p g 667 8 Quaschning V Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pags 20 22 figuras 1 43 1 46 9 Wunderlish D DGV LV Berlin BRB Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A gui
175. icidade suficientes para abastecer a rede el ctrica dom stica ou carregar as baterias Esta situa o apenas ocorre em regi es clim ticas muito frias como norte da Europa norte da Am rica do norte ou ainda norte da Asia mas a probabilidade do sistema e lico n o funcionar e ocorrer a segunda condi o muito escassa uma vez que normalmente as zonas frias proporcionam ptimos campos energ ticos e licos 2 Falhas avarias longas da rede el ctrica p blica As falhas avarias da rede por per odos de tempo longos geralmente ocorrem em pa ses com uma taxa de electrifica o urbana muito baixa como s o os casos dos pa ses pertencentes a frica Subsaariana dos quais Angola sul da sia Am rica do sul etc contudo nestas regi es raramente existe ocorr ncia de c us muito nebulosos durante longos per odos e portanto a ocorr ncia da segunda condi o inviabiliza a ocorr ncia da primeira condi o ou seja pode se dizer que quase imposs vel P E lt lt 1 a ocorr ncia simult nea destas duas condi es Na figura 4 6 est representado um esquema de um sistema FV h brido com armazenamento Nestes sistemas o gerador e lico pode ser ligado ao mesmo regulador de carga do gerador fotovoltaico em reguladores de carga h bridos como o 42 Sistemas energ ticos solares directos caso do sistema h brido da figura 4 6 ou num regulador de carga independente sendo que neste caso o sistema p
176. icos sens veis Possuem uma capacidade elevada para suportar sobretens es Aul m 1 conseguem fazer arrancar motores el ctricos de variadas formas e feitios e Capacidade 101 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica de ajustar se facilmente a tens es elevadas de corrente alternada esta propriedade faz deles n o s aplic veis como feitos medida dos sistemas FVs dependentes Onda sinusoidal 1 Onda quadrada 2 Onda quadrada modificada Figura 9 1 Formas de onda produzidas pelos diversos inversores Fonte Adapt Patel Mukund R 9 3 4 Inversores de ondas sinusoidais modificadas Os inversores de onda sinusoidal cobrem as necessidades da maioria dos aparelhos electr nicos dispon veis actualmente no mercado no entanto com as evolu es constantes que a ind stria electr nica tem registado nos ltimos tempos j aparecem no mercado alguns aparelhos electr nicos de maior complexidade e sensibilidade nos quais os Para solucionarem este inversores de onda sinusoidal n o operam eficientemente problema muitos fabricantes t m introduzido paulatinamente no mercado os inversores de onda sinusoidal modificada Y 9 4 Inversores dependentes Estes inversores ligam se rede el ctrica p blica Um inversor dependente moderno dever possuir as seguintes caracter sticas Rastreio do ponto de pot ncia m xima PPM Disjuntores CA DC para proteger os
177. icos utilizados para a produ o de energia dependem directa ou indirectamente da ac o do sol nos sistemas energ ticos solares t rmicos aproveita se a energia t rmica da radiag o solar para a produg o de energia t rmica e nos sistemas energ ticos solares fotovoltaicos utiliza se a energia luminosa da radia o solar para a produ o de energia el ctrica portanto estes sistemas energ ticos dependem directamente da energia solar as restantes fontes energ ticas renov veis resultam da acg o indirecta do sol o vento fonte energ tica da energia e lica produzido atrav s da diferenga de densidades do ar que tamb m s existe devido s varia es de temperaturas isto varia es de intensidade da radia o solar os extractos de terra fonte energ tica da energia geot rmica apenas possuem tais quantidades massivas de energia porque absorvem a energia solar a biomassa atrav s da energia que os elementos agr colas absorvem do sol a hidroel ctrica em que as guas dos rios s entram em movimento devido s varia es existentes nas suas densidades ou intensidades da radia o solar inclusive os combust veis f sseis que s o hidrocarbonetos s existem devido ac o indirecta da energia solar 3 1 1 Produ o da energia solar O Sol encontra se no centro do sistema solar terrestre e pode ser imaginado como sendo um objecto enorme e massivo composto por um aglomerado de gases suportados
178. ilidade econ mica Um sistema FV com 10 08 kW produz em Luanda uma quantidade energ tica de 48 09 kWh dia ou 17553 kWh ano e no Huambo uma quantidade de 54 564 kWh dia ou 19916 kWh ano Com base nos dados do anexo F e uma vez que a moradia do parente do estudante angolano possui um consumo energ tico m ximo de 50830 Wh tem se C36 1 5 dias x 2 x 50830 Wh dia 96 V 1588 44 Ah lt C24 12 OpzS Hoppecke 1220 1591 Ah 12 34 Para uma autonomia m xima verifica se Cio 58 88 kWh dia e logo Eg 34 36 kWh dia Egg 32 64 e Egg 36 118 x 0 6 22 kWh dia Com base nas express es e an lises anteriores obt m se Ery Luanda 28 5 kWh dia Ervr Luanda 61 kWh dia e Ervr22 5 Luanda 47 3 kWh dia 17296 kWh ano Ery Huambo 34 98 kWh dia Eryr Huambo 68 kWh dia e Ervr225 Huambo 52 kWh dia 18980 kWh ano Ent o com nos dados do anexo H vem Aplicac o do sistema FV dependente com baterias em Luanda VoreseL 6627 L ano e Cpresgr 6627 L ano x 0 254 L 1683 C GE 8224 69 1683 354 36 x 20 48972 12 35 Portanto Ec Luanda 10750 kWh ano Epaca 20 ANOS 8840 e CroraL G E Luanda 57818 Tendo em conta que o sistema FV possui um custo total estimado de 83081 com o recurso ao gerador el ctrico o consumidor poupa aproximadamente 25000 e portanto uma alternativa energ tica economicamente mais vi vel Aplicac o do sistema FV depen
179. imo de 3 68 kW Foi realizada na instala o a auditoria energ tica e implementadas as medidas de efici ncia energ tica identificadas no mbito da realiza o da mesma Limite anual de pot ncia de liga o registada a n vel nacional n o tenha sido excedido 180 Anexo D Tarifas de electricidade praticadas em Portugal Segundo o Art 85 da Lei do Orcamento de Estado 2008 s o dedut veis colecta do IRS 30 das import ncias despendidas com a aquisi o de equipamentos solares novos com o limite m ximo de 796 e isen o nos rendimentos derivados da microgerac o com um m ximo de 5000 ano Ainda segundo os termos da portaria 201 2008 o valor das taxas aplic veis em 2009 o seguinte gt Taxa de registo da instala o da microgera o 256 3 IVA 12 287 06 gt Taxa de reinspec o 153 8 IVA 12 172 27 Renov veis na hora V 009 10 09 181 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Anexo E Campos energ ticos e produc o energ tica dos sistemas FVs em Luanda e no Huambo Tabela E 2 Campo energ tico solar da prov ncia do Huambo Fonte PVGIS 182 Anexo E Campos energ ticos e produ o energ tica dos sistemas FVs em Luanda e no Huambo Fixed system inclination 10 orientation O0 Optimum at given orientation Yeart average 1 59 43 2 5 90 179 Total for year 579 2150 Tabela E 3 Energ
180. in The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pags 301 302 figuras 8 7 8 9 http www everexceed com page opzs htm pagina consultada a 22 06 2010 Hemmerle C Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 303 figura 8 10 http www baebatteriesusa com products docs BAE G 200G1 20Block Original 20Design pdf p gina consultada em 22 06 2010 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edig o New York CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 p gs 192 200 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pags 311 326 Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 pags 74 79 Quaschning V Haselhun R Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German 97 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p g 312 figuras 8 18 8 20 98 Cap tul
181. io http www ffsolar com P Refer ncias de pre os da Revez Solar dispon vel no s tio http www revez solar com Caracter sticas t cnicas Pyom 1200 W a 11 m s Pmax 1500 W Velocidade de arranque 3 m s Di metro do rotor 2 5 m Tens o de funcionamento 12 24 e 48 V Altura m nima da torre 9 m N de p s 3 Peso sem torre 46 kg Designac o Qtde Modelo Pre o U Total 1 Sistema FV dependente Pry 4050 Wp Pry NOM 3680 Wp a M dulos policristalinos Wp Teen 15 07 S Energy 225 18 SM 225 b Inversor SMA Sunny Boy 25 C T 60 C n 96 1 SB 3800 EES c Inversor independente SMA Sunny island n 95 3 kW lt Prvom lt 100 kW SI 4048 d Baterias Hoppecke 8 OpzS 800 e Contador est tico Actaris SL 7000 f Descarregador de sobrevoltagem DC g Disjuntor diferencial com rearmamento autom tico h 1 Estrutura de fixa o em a o galvanizado quente Quadro el ctrico de controlo equipado com estrutura de protec o J Cablagem Cabo solar radox 6 mm 50 m cabo de liga o s baterias 50 mm 20 m cabo para CA 100m k Jogo de conex es D Cabo solar de liga o ao campo de colectores m Liga es el ctricas em DC n Montagem do sistema Valor global mbito do fornecimento 28 669 76
182. irec o perpendicular aos ventos produzindo assim maior energia gt Produ o de n veis baixos de vibra o e perturba o sonora aud vel resultante do facto das faces das p s independentemente da sua posi o de rota o serem atingidas constantemente por ventos com ngulos de direc o consistentes o que faz com que sejam afectados apenas por cargas e licas laterais consistentes Como se viu na parte introdut ria deste cap tulo a maior parte das desvantagens dos aerogeradores registam se nos sistemas e licos de m dia larga e larga escala 10 7 Torres Em termos estruturais a torre o elemento mais importante dos aerogeradores pois para al m de garantir uma eleva o nacela do aerogerador que permite ao aerogerador captar o m ximo de energia e lica tamb m dever suportar as for as i 35 y A agressivas da natureza As torres dos microaerogeradores podem possuir os seguintes tipos de estruturas 126 Sistemas energ ticos e licos gt Estrutura auto sustentada figura 10 9 Estrutura tubular Estrutura trelicada Estrutura sustentada por cabos de fixa o fixos figura 10 10 P Estrutura treligada Estrutura tubular gt Estrutura sustentada por cabos de fixa o m veis figura 10 11 Estrutura tubular Estrutura treligada en Estrutura auto sustentada As torres com este tipo de estrutura s o formadas por elementos verticais met
183. istema el ctrico pode proporcionar rede el ctrica dom stica da moradia isto qual o custo associado utiliza o de um gerador el ctrico nas cidades de Luanda e Huambo para poder garantir rede el ctrica dom stica da moradia em estudo a mesma autonomia el ctrica que os sistemas FVs podem garantir Como foi poss vel ver nas an lises acima os sistemas FVs independentes propostos possuem conjuntos de baterias que garantem o fornecimento di rio cont nuo de energia s redes el ctricas dom sticas das moradias em estudo com uma extrac o de apenas 50 da sua carga total ou capacidade e consequentemente para poder fornecer a mesma autonomia energ tica os geradores dever o funcionar durante 24 horas di rias com os seguintes custos globais Gerador com Pnom lt 5 kW Vs 24 h x 2 61 L h x 365 dias 1 ano 22864 L ano 12 36 E consequentemente Cg s 8002 e Crorar c p 166 9 K Gerador com Pnom gt 5 kW Da mesma forma vem VpseL 24 h x 4 1 L h x 365 dias 1 ano 35916 L ano Coyesex 9123 e CroraL G E 197 8 k 161 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Portanto para aplica es em instala es el ctricas dom sticas independentes os sistemas FVs s o de longe a melhor solu o energ tica comparativamente aos geradores el ctricos Refer ncias bibliogr ficas 1 Nogueira Hil rio Dias Nogueira Jaime Paulo Mota
184. istemas FVs de pot ncia muito baixa mais adequada tecnicamente a utilizag o de inversores sem transformador A eliminag o do transformador num inversor permite reduzir consideravelmente as suas perdas de efici ncia 9 5 Formas conceitos de instala o dos inversores Os inversores podem ser montados individualmente ou combinados com outros inversores para tentar formar um sistema FV mais eficiente e ou econ mico 9 5 1 Conceito de inversor central A maior parte dos sistemas FVs de pequena escala sen o todos s o projectados segundo este conceito Neste conceito o gerador FV liga se a um nico inversor e numa nica liga o O conceito de inversor central pode ser utilizado tanto para sistemas FVs de baixa tens o figuras 9 3 6 como para sistemas de alta tens o 7 S o considerados sistemas FVs de baixa tens o os sistemas FVs que possuem uma tens o em corrente cont nua at 120 V Vrv lt 120 V pc e que s o caracterizados pelas s ries strings modulares de pequenas dimens es formadas por tr s a cinco m dulos O facto de estas s ries serem de dimens o reduzida permite ao sistema FV n o estar sujeito aos efeitos de sombreamento longo o que faz com que o sistema n o tenha muitas perdas energ ticas contudo originam correntes muito elevadas que t m como consequ ncia o aumento da sec o dos condutores e o encarecimento do sistema FV No caso dos sistemas FVs de alta tens o Vry
185. ixas tens es eee 104 Figura 9 4 Conceito de inversor s rie String ui lps 105 Figura 9 5 Conceito de inversor mestre escravo cooooccconooocnnonnnonnnnnnnnonannnonannnnnnnnnanancnnnnns 106 Figura 10 1 Forma o dos ventos costeiros eese eene nennen 114 Figura 10 2 Perfil dos ventos em zonas abertas e em zonas obstru das 116 Figura 10 3 Anem metro mec nico de 3 conchas oocconoooccccnononcnnonononanononanannnnnnnanancnonnns 118 Figura 10 4 Anem metros digitais e anal giCOS ccconononnoconnncconnnnnnnananonnnnnonnnanannnonnnnnnnnn 119 Figura 10 5 Estrutura dos diferentes tipos de sistemas e licos 121 Figura 10 6 Esquema de um sistema e lico dependente ess 122 Figura 10 7 Aerogerador alinhado em direc o contr ria ao fluxo do vento 124 Figura 10 8 Aerogerador com mecanismo de transmiss o directa direct drive 125 Figura 10 9 Torres com estrutura auto sustentada ooooononooccccnnccnnnonnooannnnnnnncnnnnnannnnncnnnnn n 127 Figura 10 10 Torres com estrutura sustentada por cabos de fixa o fixos 128 Figura 10 11 Torres com estrutura sustentada por cabos de fixag o m veis e inclinados XVi ndice de tabelas ndice de Tabelas Tabela 2 1 Consumo dos principais recursos energ ticos mundiais 10 Tabela 2 2 N veis de produg o em 200
186. licac o de um gerador e lico para compor um sistema FV h brido No anexo F apresenta se uma proposta de um sistema FV h brido para o regime bonificado Com base nas caracter sticas deste sistema e na disponibilidade ventosa de Famalic o vista no cap tulo anterior verificam se os seguintes resultados Ery 3560 kWh ano x 0 95 0 90 3758 kWh ano Eg 0 144 x 2 50 x 4 99 x 20 x 365 817 kWh ano e Enfggipo Erv Epp 4575 kWh ano Portanto o sistema FV h brido produz aproximadamente menos 22 3 de energia que o sistema FV simples e uma vez que possui um custo total de 18447 68 que superior ao custo do sistema FV simples e uma taxa de venda em regime bonificado de 0 4999 kWh que inferior a taxa de venda do sistema FV simples em aproximadamente 76 pode se afirmar que para a aplicac o de sistemas FVs de acordo com as tarifas fixadas pelo DL n 363 2007 de 2 de Novembro na regi o de Famalic o e do Minho os sistemas FVs simples s o mais competitivos em termos econ micos que os h bridos 12 3 Viabilidade econ mica dos sistemas FVs independentes O estudo e an lise da viabilidade econ mica da aplicag o de sistemas FVs independentes atrav s da utilizac o directa dos crit rios de avaliag o de investimentos podem ser considerados como muito simplistas pois o consumidor n o produz directamente capital ou dinheiro com a sua aplicag o contudo caso este consiga poupar 150 E
187. m projectos do sector el ctrico o conhecimento do modo de funcionamento ou comportamento el ctrico dos componentes principais que constituem estes sistemas quase uma necessidade ou seja para que um projecto de um sistema fotovoltaico ou el ctrico em geral possa ser avaliado fundamental a descrig o pormenorizada do funcionamento dos seus principais componentes mais importantes 1 3 Metodologia utilizada Esta dissertag o visa um estudo de viabilidade econ mica e t cnica dos sistemas fotovoltaicos e assim sendo a descrig o t cnica dos sistemas fotovoltaicos e seus componentes assumiu um papel fundamental no desenvolvimento da disserta o desta forma na primeira parte da disserta o que foi essencialmente te rica descreveu se Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica detalhadamente os componentes mais importantes dos sistemas FVs e no cap tulo 11 que tamb m faz parte da parte te rica fez se um estudo te rico pr tico da efici ncia e rendimento real dos sistemas FV mais precisamente os seus geradores FVs com base nos valores experimentais dum sistema FV h brido Os estudos de caso foram elaborados com base nas an lises te ricas da parte descritiva atrav s da determinag o da viabilidade econ mica dos sistemas FVs dependentes em Famalic o com o recurso aos crit rios de an lise de investimento mais comuns ou seja payback payback descontado VAL e TIR e atra
188. ma representado na figura 8 7 o circuito do controlador monitoriza a tens o das baterias e muda a corrente do gerador FV atrav s de um trans stor de energia caso a carga das baterias atinja um valor de carga completo pr estabelecido O transistor actua como uma resist ncia e converte a energia indesej vel do gerador FV em calor Estes controladores possuem ainda na sua estrutura um diodo que previne a ocorr ncia do fluxo de corrente inversa das baterias para o gerador FV durante o per odo nocturno 12 O diodo funciona como uma v lvula de um sentido permitindo o fluxo de corrente do gerador FV para as baterias durante o processo de carga e bloqueando o fluxo inverso de corrente durante o per odo nocturno Os controladores de carga paralelos s o econ micos possuem um circuito simples e de f cil projecg o no entanto devem ser montados ao ar livre para serem devidamente ventilados e possuem limita es de capacidade de carga gt 92 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga 1 Gerador FV 2 Regulador de carga 3 Baterias Figura 8 7 Princ pio de funcionamento de um regulador de carga paralelo shunt Fonte Adapt Quaschning V 8 7 3 Controladores s rie de estado nico controladores s rie Os controladores de carga s ries de estado nico ou simplesmente controladores s ries figura 8 8 1 previnem a ocorr ncia de sobrecarga nas baterias atrav s da
189. meios econ micos financeiros tecnol gicos e t cnico cient ficos suficientes ou ter o capacidade de desenvolver tais meios em tempo til para poder aproveitar efectivamente de maneira eficiente a energia que as fontes renov veis e alternativas proporcionam A primeira quest o pode ser respondida pelo potencial energ tico te rico que um ndice correspondente a quantidade de energia dispon vel numa fonte energ tica A segunda quest o geralmente associada ao potencial t cnico que um ndice que indica a quantidade m xima de energia que efectivamente pode ser extra da de uma fonte amp Pode se observar com maior energ tica dados os recursos e meios dispon veis pormenor os potenciais te ricos e t cnicos das diversas formas de energias renov veis na tabela 2 2 Com base nos dados desta tabela podem ser tiradas as seguintes conclus es a maior parte aproximadamente 57 dos recursos energ ticos renov veis durante o ano de 2008 isto at 2009 representada pela energia hidroel ctrica definindo um ndice que representa o n vel de aproveitamento de um recurso energ tico renov vel como sendo um r cio entre o uso actual do recurso e o respectivo potencial t cnico pode se concluir que apenas a energia hidroel ctrica com um ndice de aproveitamento de aproximadamente 59 e a biomassa com aproximadamente 4 tiveram aproveitamentos que se podem considerar bom e satis
190. menores que 0 29 um s o absorvidas pela camada de ozono O3 e os Infravermelho situados nos comprimentos de onda acima de 2 6 um s o absorvidos pelo vapor de gua e di xido de carbono GEE A radia o solar que atinge a superf cie terrestre varia desde zero ao nascer do sol at um valor m ximo que se verifica mais ou menos ao meio dia pressuponde se aus ncia de nebulosidade Como pode se observar na figura 3 1 a radia o solar global subdivide se nas seguintes tr s parcelas gt Radia o directa Ea corresponde frac o da radia o solar global que atinge a superf cie terrestre num percurso unidireccional gt Radia o difusa E corresponde frac o sujeita ao fen meno de difus o que mant m as caracter sticas da energia radiante global gt Radia o reflectida E corresponde parcela da radia o solar global sujeita s reflex es na superf cie terrestre 1 R reflectida 2 R directa 3 R difusa 4 Reflex o Figura 3 1 Componentes da radia o solar Fonte Adapt Quaschning V 27 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Radiac o solar directa Esta componente da radia o solar fun o da nebulosidade e da massa de ar que atravessada isto da altitude altura solar hs do local A radia o solar directa numa superf cie horizontal Ean pode ser calculada atrav s da seguinte express o Ean Ea x sin h
191. meses ano 1 228 ano Pre o da energia kWh 3 35 Kz kWh x 1 114 29 Kz 0 0293 kWh imposto de consumo 1 C 5 Baixa Tens o Dom stica Especial Trif sica P 9 6 kW Tarifa fixa aluguer do contador Tr 67 30 Kz m s x 1 114 29 Kz 0 58885 m s x 12 meses ano 7 06624 ano Pre o da energia em kWh P lt 10 kVA 9 6 kW 4 4 Kz KWh x 1 114 29 Kz 0 03850 kWh imposto de consumo I C 5 Factor de convers o monet ria 1 114 29 Kz Abril 2010 Taxas alfandeg rias Fevereiro 2010 193 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Baterias acumuladores de chumbo cido C digo aduaneiro 8507 20 00 Taxa aduaneira 5 do Valor aduaneiro Va Emolumentos gerais E 2 Va imposto de selo IS 0 5 Va Imposto de consumo 1 C 10 Va Sobretaxa ST O livre M dulos fotovoltaicos e restantes componentes dos sistemas FVs C digos aduaneiros 8541 8502 e 8504 Taxa aduaneira O livre Emolumentos gerais E 2 Va Imposto de selo IS 0 5 Va L C O livre ST 0 Total de direitos e imposi es aduaneiras pagas Ta E IS IC ST 7 f Custo do transporte mar timo armaz m armaz m DDU Leix0es Luanda 1 x 20 Dry Leix es Lisboa Luanda Lobito Descric o V U Total 1 Frete mar timo Frete Cais Cais a Despesas de origem globais
192. mpressos de tela que depois de integrada torna se na chamada regi o de superf cie traseira CST RST ou BSF back surface field CD que uma regi o caracterizada por uma forte inclus o positiva inclus o p A RST permite criar um campo el ctrico adicional e reduzir ao m ximo os defeitos cristalinos e as poss veis E x E 4 10 recombina es entre as cargas carregadas na superf cie traseira das c lulas 5 6 C lulas solares de pel cula fina As c lulas de pel cula fina thin film solar cells s o assim designadas devido ao facto dos seus semicondutores serem aplicados num substrato ou base geralmente de vidro ou pl stico com uma espessura muito fina compreendida entre 0 001 a 0 006 mm 1D nestas c lulas o sil cio amorfo o telurieto de c dmio CdTe e o disselenieto de cobre e ndio CIS s o utilizados como materiais semicondutores As c lulas de pel cula fina s o mais tolerantes do que as c lulas cristalinas quanto a contamina o de tomos forasteiros e no seu processo de fabrico os seus semicondutores 11 Z necessitam de temperaturas compreendidas entre 200 e 600 C enquanto as c lulas 21 11 cristalinas necessitam de temperaturas m dias iguais ou superiores a 1500 C 56 A c lula solar FV 5 6 1 C lulas solares de pel cula fina de sil cio amorfo 12 s o feitas com As c lulas de sil cio amorfo ou sil cio sem f
193. mum at given LW ed Total for year 7370 Yearly average 2zoz 614 6 66 203 1 7a70 2430 Tabela E 6 Energia produzida por um sistema FV dependente simples fixo com uma pot ncia de 3 68 kW 4 kWp instalado no Huambo Fonte PVGIS 184 Anexo F Propostas de sistemas FVs Anexo F Propostas de sistemas FVs Designa o Qtde Modelo P U P T 1 Sistema h brido Pry 1kWp a M dulo FV policristalino KYOCERA 2 KC857T 1 485 970 b M dulo FV monocristalino Sunpower 2 SPR 95 647 47 1294 93 C Regulador de carga STECA PR3030 155 43 155 43 d Inversor STUDER 1 XPC 2200 1423 43 1423 43 e Bateria EXIDE Enersol 12 T 650 257 57 3054 84 f Gerador e lico de 3 p s RWP 1 R 2 4 2114 29 2114 29 g Torre e lica tubular espiada de 12 m 1 492 8 492 8 h Estrutura de suporte com matro auto 1 317 14 317 14 suportado em aco galvanizado para 4 m dulos i Cablagem 1 384 03 384 03 Valor total 10 206 88 1 2 PR INSTALACAO transporte 995 43 995 4 instala o dos equipamentos liga es ensaios etc IVA 12 Valor total desconto 5 IVA 21 desconto 5 12 106 46 Custo Total C IVA Tabela F 1 Custo do sistema FV h brido de 1 kWp em estudo Fonte Vimasol D p A Vimasol decidiu fazer uma promog o em que incluiu o prego do inversor no custo total do
194. na A forma de estrias que os m dulos de pel cula fina apresentam protege lhes dos pontos sobreaquecidos o que faz com que apenas tenham redu es de pot ncia nas zonas sombreadas evitando assim a necessidade de aplica o de diodos desviadores A figura 6 4 faz uma an lise comparativa entre a percentagem de pot ncia perdida com o sombreamento nos m dulos cristalinos e de pel cula fina Na figura 6 4 observa se que o sombreamento provoca uma redu o de 50 na pot ncia dos m dulos cristalinos enquanto nos m dulos de pel cula fina uma redu o de apenas 10 Sombreamento longo e sombreamento curto O sombreamento pode ser classificado em curto ou longo conforme a disposi o dos m dulos isto classifica se como curto o sombreamento que ocorre transversalmente ao m dulo FV figura 6 4 e longo o sombreamento que ocorre longitudinalmente ao Z 2 em LI m dulo 2 Em regi es prop cias a ocorr ncia de sombreamentos longos deve se sempre 71 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica optar pela montagem horizontal dos m dulos de forma a minimizar os efeitos do sombreamento Figura 6 4 Efeito de sombreamento na pot ncia dos m dulos cristalinos e de pel cula fina Fonte Solarpraxis Refer ncias bibliogr ficas 1 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edig o New York CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 p g
195. nca 386 1585 2471 3671 48 6 52 2 75 6 3 01 8 RU 889 1967 2394 3263 36 3 28 8 38 4 2 67 9 Dinamarca 3083 3101 3088 3159 2 30 0 931 0 61 2 59 10 Portugal 585 1716 2150 2829 31 6 28 4 48 3 2 32 11 Canada 444 1459 1845 2371 28 5 27 5 52 0 1 94 12 Jap o 991 1457 1681 2033 20 9 18 1 19 7 1 66 13 Austr lia 421 796 972 1587 63 3 41 2 39 3 1 30 14 Gr cia 587 862 987 1102 11 7 13 1 17 1 0 90 15 Sw cia 478 571 789 1024 29 8 33 9 21 0 0 84 16 Holanda 1081 1557 1745 2222 27 3 19 5 19 7 1 82 17 Irlanda 339 748 807 1015 25 8 16 5 31 5 0 83 18 Brasil 31 231 392 687 75 3 72 5 117 0 0 56 19 Pol nia 55 170 313 472 50 8 66 6 71 2 0 39 20 B lgica 106 222 297 385 29 6 31 7 38 1 0 32 Angola 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Total Africa 234 386 469 696 48 4 34 3 31 3 0 57 Euro sia 34749 48651 56851 65998 16 1 16 5 17 4 54 0 A Norte 7197 13180 18810 27940 48 5 45 6 40 4 22 9 A Central Sul 194 397 581 9T 68 2 56 9 49 8 0 80 M dio Oriente 34 34 34 106 212 16 6 32 9 0 09 sia Pac fico 5438 11591 17193 26446 53 8 51 0 48 5 21 6 Total Mundial 47912 74306 94005 122158 29 9 28 2 26 4 100 Tabela A 2 Top 20 mundial em termos de capacidade instalada de energia e lica Fonte Adapt BP 170 Anexo B Propriedades das c lulas e m dulos FVs Anexo B Propriedades das c lulas e m dulos FVs ai T C Corte em em barr Solidificac o T c 4 cs ES directa Ts gt Czoch
196. nd Space Heating Systems Gabriola Island New Society Publishers 2009 p gs 1 6 New Scientist Junho 2003 Apud KEMP WILLIAM H The Renewable Energy Handbook A Guide to Rural Energy Independence Off Grid and Sustainable Living Ontario ATZTEXT PRESS 2005 pag 5 Toman Michael Jemelkova Barbora Energy And Economical Development An Assessment of The State Knowledge Program on Energy and Sustainable Development Working Paper n 9 pag 1 2002 Maia Rosane T A import ncia da disciplina de metodologia cient fica no desenvolvimento de produ es acad micas de qualidade no nivel superior Revista Urut gua Universidade Estadual de Maring 2008 p gs 1 4 Cap tulo 2 A energia no contexto mundial actual A energia no contexto mundial actual 2 A energia no contexto mundial actual O desenvolvimento econ mico tecnol gico cient fico e at mesmo s cio cultural a n vel mundial tem uma rela o de proporcionalidade quase directa com os n veis de produ o energ tica Desde os princ pios do s culo 19 at a actualidade as na es mais desenvolvidas e ou industrializadas t m associadas a si n veis brutais de consumo e ou produ o energ tica ou seja qualquer na o que queira estar entre as mais desenvolvidas e industrializadas do mundo tem necessariamente de possuir n veis elevados de produ o e ou consumo energ tico 2 1 N veis de consumo e de produ o energ tica
197. ndial de energia el ctrica Um valor que segundo as projec es de 2030 tende a aumentar para 42 5 segue se o gas natural com 20 1 do total de produg o que em 2030 poder representar 21 4 Verifica se ainda que o petr leo e seus derivados s o os recursos energ ticos menos importantes representando apenas 5 0 da produ o total mundial ficando atr s das energias renov veis e da energia nuclear com 14 5 segundo estas mesmas projec es o petr leo e seus derivados n o registar o nenhuma taxa de crescimento significativa at 2030 e ser o ainda menos importantes para a produ o mundial de electricidade com uma representag o de apenas 2 8 da produg o total mundial Em rela o taxa de crescimento anual as energias renov veis registar o a maior taxa de crescimento com aproximadamente 2 9 seguidas do g s natural com aproximadamente 2 7 e o carv o com aproximadamente 2 5 Hist PWh Projec es PWh A 96 Quota Fonte energ tica 2006 2010 2020 2030 2006 2030 2006 2030 Carv o 7 40 8 70 10 4 13 5 2 54 41 3 42 5 Gas natural 3 60 4 20 5 70 6 80 2 69 20 1 21 4 Energias renovaveis 3 42 4 10 5 70 6 70 2 84 19 1 21 1 Energia nuclear 2 60 2 80 3 30 3 90 1 70 14 5 12 3 Petr leo e derivados 0 90 0 90 0 90 0 90 0 00 5 0 2 8 Total energ tico 17 9 20 7 26 0 31 8 2 42 100 0 100 0 Tabela 2 4 Previs es da produ o mundial de electrici
198. nov veis Quanto s simula es das aplica es dos sistemas FVs em Angola elas ser o feitas segundo as normas e regulamentos definidos pelo IRSE e de acordo as tarifas praticadas pela EDEL e ENE por m uma vez que Angola at ao momento da realiza o desta disserta o ainda n o disp e de um regulamento para as energias 00 renov veis fotovoltaica e e lica n o ser o aplicados os crit rios de avalia o de investimentos ou an lise financeira nas simula es do sistema FV dependente 142 Estudos de casos 12 2 Estudo de viabilidade econ mica financeira dos sistemas FVs Este estudo ser efectuado segundo os pressupostos definidos no ponto anterior e com base nos sistemas FVs propostos pela empresa Vimasol representados no anexo F Objecto do estudo de caso Ser utilizado como objecto de estudo do sistema FV dependente a instala o el ctrica dom stica da moradia de um estudante Angolano residente em Famalic o com as seguintes caracter sticas Pot ncia contratada 3 45 kVA Consumo energ tico anual m dio aproximadamente 230 kWh m s ou 2760 kWh ano ou 7 561 kWh dia consumo energ tico m ximo 305 kWh m s ou 10167 Wh dia sendo que 70 do total de ambos os consumos registam se em m dia durante o per odo nocturno 12 2 1 Sistema FV em regime bonificado O regime bonificado de microgera o de energia fotovoltaica refere se a produ o de energia em baixa tens
199. ns o de sa da e frequ ncia 230 Vac e 50 Hz 0 05 Corrente ajust vel de carregamento 0 37 A Tens o m xima de entrada 265 Vac Tens o m nima de entrada 150 230 Vac 190 Anexo G Componentes do sistema FV h brido para o estudo experimental gt Caracter sticas t cnicas e f sicas Dimens es altura x comprimento x largura mm 124 x 215 x 410 Peso kg 12 6 kg Protec o contra a descarga excessiva 21 6 V Tens o de fim de ciclo de carregamento 28 8 V Tens o de nivelamento 31 2 V AS Figura G 3 inversor STRUDER XPC 2200 24 4 Geradores FVs a b Monocristalino Marca Sunconnex Modelo SC SPR 90 Pre o unit rio 647 7 Dimens es L x W x e mm 1038 x 527 x 46 Peso 7 4 kg Caracter sticas el ctricas Pot ncia m xima Pmax 90 W Tens o no ponto de pot ncia m xima Vppm 17 7 V Corrente no ponto de pot ncia m xima Ippm 5 1 A Tens o em circuito aberto Voc 21 2 V Corrente de curto circuito Icc 5 5 A Tens o m xima do sistema 12 V Efici ncia te rica dos m dulos 16 45 N mero de c lulas em s rie 32 N mero de c lulas em paralelo 1 Tempo de vida performance 12 anos com uma pot ncia de sa da de 90 25 anos com uma pot ncia de sa da de 80 Policristalinos Marca Kyocera Modelo KC85T 1 Pre o unit rio 485 Dimens es L x W x e mm 1007 x 652 x 36 Peso 8 3 kg Caracter
200. nt nio Motores El ctricos 2 Edig o ETEP Junho 2009 pag 43 44 Chiras Dan Sagrillo Mick Woofenden Ian Power from The Wind A Practical Guide To Small Scale Energy Production Canada New Society Publishers 2009 pags 145 173 130 Cap tulo 11 Desempenho dos sistemas FVs Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 11 Desempenho dos sistemas FVs Com o objectivo de determinar a corrente e tens o real ou seja pot ncia e desempenho real dos sistemas FVs foi conduzido um estudo experimental nos laborat rios da Universidade Lus ada de Vila Nova de Famalic o sob a orienta o dos professores Prof Doutor Rui Gabriel Ara jo de Azevedo Silva e professor Eng Pedro Reis com um sistema FV h brido independente proposto Universidade pela empresa Vimasol cujos componentes e respectivas propriedades se encontram representados no anexo G 11 1 Desempenho nominal do sistema FV h brido independente Com base nos dados anexo G sabe se que o sistema FV h brido possui as seguintes caracter sticas a Gerador FV Dois m dulos de 87 W e dois m dulos de 90 W b Gerador e lico o rotor possui um di metro de 2 40 m velocidade de arranque 3 0 m s velocidade de regulac o paragem 14 m s pot ncia nominal 600 W pot ncia m xima 650 W c LVD do regulador de carga quando as baterias atingem 30 da sua carga d Baterias Exide T650 Efici ncias das baterias 93
201. nte como tamb m aumentar consideravelmente o leque de solu es energ ticas que ter como consequ ncia a redu o ou minimiza o da import ncia excessiva que o petr leo e os restantes combust veis f sseis possuem actualmente no panorama energ tico e econ mico mundial A diminui o da import ncia do petr leo e demais combust veis f sseis ao contr rio do que muito boa gente teme n o implica a extin o de empresas ou corpora es do ramo petrol fero nem a delapida o de economias que dependem muito destes combust veis antes pelo contr rio o desenvolvimento das solu es renov veis alternativas permitir evitar o consumo excessivo dos combust veis f sseis e ter uma garantia energ tica em caso de falha ou ocorr ncia de fen menos imprevis veis sobre os combust veis f sseis Um dos sectores em que a depend ncia energ tica mundial pode ser consideravelmente diminu da sem d vida o da energia el ctrica em que um investimento forte na produ o de energia el ctrica a partir de fontes renov veis e alternativas permitir reduzir consideravelmente a depend ncia mundial dos combust veis f sseis neste sector energ tico que ter como consequ ncia uma diminui o substancial da polui o ambiental pois ao contr rio da cren a popular a ind stria da energia el ctrica provoca mais danos ao meio ambiente com a emiss o de gases de efeito de s PE 2 estufa chuv
202. nto a express o 10 1 pode ser representada nas seguintes formas Prororm x LpXxAxv x0 59 pxAxv x 0 295 W Proror 3pAs 0 4 0 5 2 x 4p x Ax 202225 x px Ax v W Proror 2pAs 0 2 0 4 2 x A px Ax 20 15 x px Ax v W 10 5 Olhando para as equag es acima representadas facilmente conclui se que o par metro mais importante na energia produzida pela turbina e lica a velocidade do vento uma vez que est elevada ao cubo ou seja afectada ao triplo a pot ncia da turbina Portanto O conhecimento da disponibilidade e comportamento dos ventos de uma determinada regi o fundamental para o sucesso do funcionamento do sistema e lico que se queira instalar nesta regi o 112 Sistemas energ ticos e licos 10 3 O vento O vento pode ser definido como o movimento de ar atmosf rico em torno da superf cie terrestre Y Todos tipos de ventos terrestres resultam da diferen a de press o entre duas superf cies adjacentes que causada pela diferen a de calor entre elas e para que haja diferenga de calor entre as mesmas o sol tem de atingir uma delas com maior intensidade 10 3 1 Tipos de vento Cada tipo de vento adquire caracter sticas espec ficas em fun o do local onde produzido Quanto ao local de produ o os ventos podem classificar se nos seguintes dois grandes grupos 1 Ventos localizados Ventos costeiros on shore Ventos fora da costa off shore Ventos dos vales Ventos montanho
203. ntre 12 e 50 V Tendo em conta que vinte c lulas cristalinas associadas em s rie produzem aproximadamente 12 V este fen meno muito suscept vel de ocorrer nos m dulos convencionais cristalinos uma vez que esses possuem vinte e quatro ou mais c lulas em s rie na sua constitui o estrutural Os pontos sobreaquecidos s o comummente provocados pelo sombreamento localizado de 70 O m dulo solar FV obst culos como folhas part culas de p etc quando uma folha fica sobreposta sobre a c lula de um m dulo cristalino convencional esta c lula deixa de produzir corrente ou seja passa a consumir a corrente do circuito el ctrico do m dulo 9 como o n mero de c lulas superior a vinte os pontos sobreaquecidos ser o criados Para diminuir o efeito dos pontos sobreaquecidos s o geralmente ligados aos circuitos dos m dulos FVs diodos desviadores figura 6 3 C que t m como objectivo desviar a corrente da c lula sobreaquecida n o permitindo assim criar tens o suficiente que permita inverter o sentido da corrente Os diodos s o geralmente ligados a partir de 18 a 20 c lulas o que significa que um m dulo com 36 c lulas dever ter pelo menos dois diodos um m dulo com 72 c lulas quatro e um m dulo com 216 c lulas oito ci C2 C17 cas C19 C20 C35C36 f ra Figura 6 3 M dulo FV cristalino de 36 c lulas com dois diodos desviadores Fonte Haselhuhn R M dulos de pel cula fi
204. o amp viabilidade econ mica 4 Sistemas fotovoltaicos Os sistemas fotovoltaicos FVs s o sistemas energ ticos solares que convertem directamente a energia contida na radiac o solar em electricidade isto n o existe nenhum processo interm dio basicamente os m dulos solares captam a energia luminosa proveniente da radiag o solar e transformam na directamente em electricidade A electricidade produzida pelos sistemas FVs depende fundamentalmente da intensidade da radia o solar W m e n o da temperatura 4 1 Tipos de sistemas FVs A 2 Conforme pode se observar no esquema representado na figura 4 1 os sistemas FVs podem ser estruturados da seguinte maneira Sistemas FV ligados rede el ctrica normal p blica dependentes Simples sem armazenamento com armazenamento H bridos sem armazenamento com armazenamento gt Sistemas independentes sistemas que n o se ligam rede p blica Simples sem armazenamento com armazenamento H bridos sem armazenamento com armazenamento Sistemas FV Independentes armazenamento S armazenamento S armazenamento C armazenamento Figura 4 1 Estrutura dos tipos de sistemas FV Fonte Adapt Earthscan 4 2 Sistemas FVs ligados rede p blica sistemas FVs dependentes Como o pr prio nome indica estes sistemas ligam se rede el ctrica p blica e s o tamb m conhecidos como sistemas FVs dependentes Os sistemas FVs depen
205. o 9 Inversores 99 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 9 Inversores Os inversores s o componentes fundamentais de qualquer sistema FV que n o se destina a alimentar apenas circuitos em corrente cont nua S o dispositivos de funcionamento el ctro electr nico que convertem a corrente cont nua DC de um circuito el ctrico de um dispositivo el ctrico para corrente alternada CA Uma vez que os geradores FVs apenas produzem electricidade em DC a instalag o de um inversor na ee grande maioria dos sistemas FVs indispens vel pois como sabido a corrente alternada CA e a corrente cont nua DC s o por natureza simplesmente UE incompat veis 9 1 Caracter sticas gerais dos inversores Os inversores modernos devem possuir as seguintes caracter sticas b sicas Alto nivel de efici ncia nv gt 90 Poucas perdas energ ticas no modo de descanso stand by Ms Regulador autom tico de frequ ncia 50 Hz EU 60 Hz EUA Os Regulador de distorg o harmonica para suavizar picos de sa da indesejaveis de forma a minimizar poss veis danos nos equipamentos resultantes dos efeitos de aquecimento Fiabilidade dever o requerer o m nimo de manuten o Factor de correc o de pot ncia dever o manter um bom equil brio entre a fonte de energia e as cargas el ctricas Interruptor de transfer ncia de carga dever o ter
206. o Rural Energy Independence Off Grid and Sustainable Living Ontario ATZTEXT PRESS 2005 pags 249 254 2 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edig o New York CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 pags 163 166 78 Sistemas de montagem dos geradores FVs 3 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p gs 15 19 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edig o New York CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 p gs 170 178 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pags 200 234 Donauer Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 232 figura 6 95 Solar Fabrik Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 232 figura 6 95 F Berger Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning
207. o atinge o interior da superf cie terrestre que estimado em aproximadamente 27 0 de que resulta E Emax Eequador Eo 0 27 E Emax Ezouapor 1000 W m ano 3 13 Figura 3 3 Pico de radia o solar da superf cie terrestre Fonte Adapt English Wikipedia A tabela 3 2 O apresenta uma rela o entre o ngulo de inclina o da radia o solar incidente y e a quantidade de radia o solar absorvida Na ltima coluna desta tabela apresentam se valores relativos redu o m dia que a radia o solar sofre ao penetrar a atmosfera terrestre Os dados da tabela 3 2 podem ser utilizados para efeitos de c lculos em sistemas de aproveitamento solar 31 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Radia es solares nos v rios pontos do globo O valor da express o 3 13 apenas ocorre supondo condi es meteorol gicas ideais isto aus ncia completa de nebulosidade ao longo do ano o que raramente acontece Para ocorr ncias frequentes A regi o do Equador possui as maiores horas de pico solar com mais de 2300 kWh m seguindo se com um valor situado no intervalo entre 2100 e 2300 kWh m 8 J as regi es do norte de frica zona sul da Am rica do norte noroeste da Am rica do sul e norte da Austr lia A regi o do continente europeu que regista as maiores horas de pico solar a pen nsula ib rica que a regi o que alberga Espanha e Portugal e qu
208. o dom stico comercial e industrial massivo Sao consideradas energias renovaveis e alternativas a energia solar a energia e lica a biomassa a energia geot rmica a micro hidroel ctrica e a energia oce nica das ondas e das mar s Pode se ent o agrupar as energias renov veis da seguinte maneira gt Convencional hidroel ctrica gt Nao convencional alternativa e Energia solar e Energia e lica e Biomassa e Energia micro hidroel ctrica e Energia dos oceanos energia das ondas e energia das mar s Pode se ent o afirmar o seguinte nem todas energias renov veis s o alternativas e 5 nem todas energias alternativas s o necessariamente renov veis than we can say that not all forms of renewable energy are alternatives energies and not all alternatives energies are necessarily renewables Adapt Leonard 2007 11 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 2 2 2 As energias renov veis como fontes prim rias de energia Ao tentar estabelecer as energias renov veis e alternativas como fontes prim rias de energia deve se em primeiro lugar colocar duas quest es fundamentais gt Existem quantidades suficientes de fontes energ ticas renov veis e alternativas para produzir quantidades de energia que possam suportar as necessidades energ ticas mundiais no seu todo As na es desenvolvidas disp em de
209. o estacion rias de placa tubular e Baterias de chumbo cido em bloco ou placa plana 83 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 8 4 Baterias de chumbo cido de l quido ventilado As baterias de chumbo cido de l quido ventilado s o tamb m chamadas de baterias solares baterias de c lulas molhadas inundadas wet flooded cells 9 ou ainda baterias de placas malhadas com flu do electrol tico A constitui o base de uma bateria solar pode ser observada na figura 8 1 Observa se nesta figura que para cada placa existe uma grelha correspondente e o conjunto placa e grelha fixado num encaixe pr prio constituindo assim os chamados el ctrodos cada el ctrodo isolado por um separador de material electricamente inerte que mant m os el ctrodos isolados Caixa com base estavel Encaixa da placa positiva Separador H Grelha positiva Placa negativa l Grelha negativa liga de prata Placa positiva Figura 8 1 Estrutura de uma bateria de chumbo cido de l quido ventilado Fonte Adapt Varta Hemmerl C Material Encaixe da placa negativa activo O n mero de ciclos dura o em fun o da capacidade de descarga el ctrica sucessiva das baterias solares assim como as demais baterias de chumbo cido pode ser observado no gr fico da figura 8 2 O As quatro curvas do gr fico est o ordenadas da seguinte maneira
210. o inversor principal ou mestre e OS restantes como secund rios ou escravos por m no dimensionamento do sistema FV a pot ncia total relativa ao inversor dever ser dividida pelo n mero total de inversores O inversor mestre projectado para funcionar em condi es de baixa radia o solar mas quando a intensidade de radia o solar aumenta atinge a sua capacidade m xima e acciona um dos inversores escravos O inversor mestre e os inversores escravos efectuam normalmente um processo de rota o c clica com o objectivo de carregar os inversores 7 equitativamente Este conceito possui uma durabilidade elevada e boa efici ncia energ tica contudo um custo muito elevado 105 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Figura 9 5 Conceito de inversor mestre escravo Fonte Adapt Solarpraxis Para al m do conceito mestre escravo os t cnicos de sistemas FVs utilizam tamb m frequentemente o conceito de inversor modular que consiste na instalac o de inversores individuais para cada m dulo solar formando assim um nico componente m dulo inversor que ajusta se individualmente ao PPM do gerador FV e aumenta a efici ncia do sistema FV Os inversores modulares s o de f cil instala o e perfeitamente ajust veis aos m dulos FVs por m menos eficientes que os inversores s rie al m disso 4 E E 7 possuem um custo muito mais elevado que os demais inversores 9 6 In
211. o montados externamente por cima das coberturas dos edif cios atrav s de estruturas de suporte que podem ser met licas de pl stico flex vel ou ainda de bet o armado tendo como principal objectivo a gera o de electricidade Como estruturas de suporte destes sistemas FVs para al m dos postes met licos dos sistemas livres tamb m utilizam se arma es met licas de formato triangular curvas ou ainda angular figura 7 2 que possuem um ngulo de inclina o de 30 Associando os suportes triangulares consegue se montar 11 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica estruturas de maior dimens o figura 7 3 o que permite obter um maior campo energ tico solar uma vez que o gerador FV pode focar melhor o sol Figura 7 2 Arma es em formato angular e curvil nio para coberturas planas Fonte Adapt Donauer Solar Fabrik Figura 7 3 Arma es com diferentes n veis de altura para coberturas planas Fonte Berger F Sistema de montagem em ncora No sistema de montagem em ncora s o definidos pontos de fixac o ou ncoras no pavimento do edif cio para a montagem das arma es dos m dulos ou seja neste sistema de montagem existe sempre a necessidade de perfurar o pavimento da cobertura do edif cio no qual o sistema FV em ncora ser montado Refer ncias bibliogr ficas 1 KEMP WILLIAM H The Renewable Energy Handbook A Guide t
212. odo ou seja FE1 5594 kWh x 0 6500 kWh 796 00 4432 Os fluxos de entrada e sa da de capitais para os restantes per odos correspondem respectivamente as quantidades de energia vendidas e pagas rede el ctrica p blica FS1 FS20 Epaga FE2 FE20 Ey Com base nos dados da tabela 12 1a verifica se que o investimento possui um prazo de recupera o de 5 8 anos Ou seja aproximadamente 5 anos e 9 meses que para um per odo de 7 anos seria considerado como investimento de risco porque precisa de aproximadamente 80 do per odo de tempo total para recuperar o seu valor contudo se for considerado o per odo correspondente ao prazo de vida do sistema FV que estimado em 20 anos ter uma elevada viabilidade econ mica uma vez que recuperado no decorrer de aproximadamente menos de um ter o do seu per odo de validade Nas tabelas 12 1 identificam se as seguintes vari veis FE Fluxo de entrada de capitais no ltimo per odo FS Fluxo de sa da de capitais no ltimo per odo CF Diferen a entre os fluxos de entrada e sa da de capitais no ltimo per odo CFA Soma entre o CFA do ano anterior e o CF do ltimo per odo Mitha 2008 51 54 Y 145 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Capital dinheiro produzido Conforme pode se observar nas tabelas 12 1a e 12 1b o capital bruto produzido de 7282 O valor desta ltima express o maio
213. odu o pode injectar na Rede El ctrica de Servi o P blico RESP 1 3 Produtor a entidade colectiva ou singular que produz electricidade por interm dio da unidade de microprodu o Podem ser produtores de electricidade de microprodu o todas entidades que disponham de um contrato de compra e venda de electricidade em Baixa Tens o 1 4 Pot ncia contratada refere se ao limite da pot ncia estabelecida no dispositivo controlador da pot ncia de consumo 1 5 Tipos de energia as unidades de microprodu o poder o utilizar as seguintes formas de energia Solar E lica H drica Cogera o a biomassa Pilhas de combust vel fuel cells com base em hidrog nio Combina o das fontes anteriores 1 6 Comercializador entidade titular da licen a de comercializa o de electricidade 1 7 Comercializador de ltimo recurso entidade titular da licen a de comercializa o de electricidade sujeita a obriga es universais 1 8 RESP Rede El ctrica de Servi o P blico Rede El ctrica P blica 1 9 Condom nio refere se as zonas de circula o de edif cios de uso colectivo quer estejam ou n o constitu das em regime de propriedade horizontal A instala o el ctrica estabelecida no condom nio designa se por instala o de servi os comuns Regime remunerat rio geral As condi es de acesso ao regime geral aplicam se a todas entidades com acesso actividade de microprodu o
214. or fotovoltaico 33 Figura 4 1 Estrutura dos tipos de sistemas FVS serrana 36 Figura 4 2 Principio de funcionamento de um sistema FV dependente simples 38 Figuras 4 3 4 6 Esquemas e estruturas de sistemas FVs dependentes 39 43 Figuras 4 7 4 10 Esquemas e estruturas de sistemas FVs independentes 44 46 Figura 5 1 Esquema da composi o de uma matriz FV rr 50 Figura 5 2 Condutibilidade extr nseca num processo de inclus o p n de sil cio 51 Figura 5 3 Princ pio de funcionamento da c lula FV cristalina esses 53 Figura 5 4 Composi o de uma c lula FV amorfa esee 57 Figura 5 5 Composi o de uma c lula FV CIS agent A AA qe dts 59 Figura 5 6 Composi o de uma c lula FV de CdTe eene 59 Figura 5 7 Diagrama completo estendido do circuito el ctrico equivalente de uma c lula EVI AA Gi Ru E R sa Rega d E A pa a osa cgit SO aa 60 Figura 6 1 Estrutura de um m dulo solar convencional 68 Figura 6 2 Caixa de deriva o jun o dos m dulos FV eese 69 Figura 6 3 M dulo FV cristalino de 36 c lulas com dois diodos desviadores 71 Figura 6 4 Efeito de sombreamento na pot ncia dos m dulos cristalinos e de pel cula fina A Oi 72 Figura 7 1 Gerador FV fixo com estrutura auto susten
215. ores de transmiss o por caixa mais adequada gt P s 2ou 3 Hub Rotor p s amp hub ESB An is colectores j Mecanismo de guinada Y Condutores el ctricos Torre mastro 1 Escovas el ctricas 2 Rotor do alternador 3 Imanes permanentes Figura 10 8 Aerogerador com mecanismo de transmiss o directa direct drive Fonte Adapt Woofenden lan Piggott Hugh Home Power 116 2006 Controlo da velocidade Estes sistemas permitem regular a velocidade dos rotores dos aerogeradores quando estes giram de maneira muito r pida evitando assim que produzam uma pot ncia superior pot ncia projectada o que protege os seus alternadores contra poss veis sobreaquecimentos A grande maioria dos aerogeradores ultraleves Pr lt 1 kW possuem geralmente um de dois tipos de sistemas de controlo de velocidade sistema de furling ou sistema de mudan a do ngulo das p s changing blade pitch pitch No sistema furling a posi o do rotor relativamente aos ventos mudada permitindo assim a redu o da quantidade da rea varrida pelo rotor rea frontal da sua velocidade de rota o e energia produzida 25 Existem dois tipos de furling o furling horizontal em que o rotor desvia se lateralmente da direc o dos ventos e o furling vertical em que o rotor devia se para cima no entanto alguns aerogeradores modernos utilizam um sistema de controlo de furling angular angle furling que um sistema qu
216. orma figura 5 4 sil cio que n o possui uma estrutura cristalina regular Estas c lulas solares t m o diborano B gt Hs como elemento de inclus o positiva inclus o p e a fosfina ou hidreto de f sforo PH3 como elemento de inclus o negativa inclus o n aD entre os dois elementos de inclus o geralmente acrescentada uma camada intr nseca e livre de inclus o de sil cio com objectivo de prolongar o tempo de vida das cargas carregadas pois elas n o sobreviveriam numa jun o p n o tempo necess rio para gerar electricidade devido ao comprimento difuso muito curto do sil cio amorfo hidrogenado Nestas c lulas FVs utilizam se geralmente como xido condutor transparente OCT TCO Transparent Conductive Oxide o xido de zinco ZnO o di xido de estanho SnO ou ainda o xido de ndio e estanho OIE 90 In 03 10 SnO ou ITO Indium Tin Oxide As c lulas amorfas apresentam como principal desvantagem a sua efici ncia z reduzida que atribu da a sua degrada o devido a auto indu o da luz tamb m D D este efeito conhecida como efeito Staebler Wronski Staebler Wronski effect provoca uma diminui o na efici ncia das c lulas ainda nos seus primeiros 12 ou 6 meses de funcionamento 2 Para contrariar a degrada o por auto indu o da luz das c lulas amorfas colocam se frequentemente no seu topo estruturas de suporte contendo v rios encaixes
217. os sistemas FVs com baterias perdem entre 15 a 30 da sua energia produzida ou seja 22 5 em m dia para poderem manter a carga das baterias num n vel ptimo Assim sendo verifica se Ervr22 5 6388 6388 x 0 225 4951 kWh ano 12 18 Esta ltima express o indica que o consumidor tera um excedente energ tico de 2191 kWh em rela o ao seu consumo m dio contudo ter a possibilidade de ligar simultaneamente v rias cargas sem sobrecarregar o sistema FV no per odo de maior consumo energ tico 12 3 2 Viabilidade econ mica poupan a do sistema Considere se para efeitos de c lculo que a moradia do consumidor possui um comprimento de uso partilhado de 100 m e um comprimento de uso exclusivo de 50 m que por sua vez possui custos directos de 1100 sendo ambas instala es subterr neas Com base nos dados do anexo D uma nova liga o rede el ctrica p blica com a mesma pot ncia contratada da moradia em estudo teria os seguintes custos 152 Estudos de casos Encargos exclusivos 30 50 x 1100 660 Encargos partilhados 17 48 m x 100 50 30 m 2097 6 Encargos com o refor o da rede 0 174 x 3 45 2 07 Custo total dos encargos 660 2097 6 2 07 2459 67 12 19 Com base no valor da express o 12 18 e recorrendo as express es 12 3 e 12 4 para um per odo de 20 anos s o obtidos os seguintes resultados EpAGAQ0 anos 14768
218. ossuir dois reguladores de carga A remog o do componente 7 do sistema FV h brido da figura 4 6 permite montar um sistema FV que alimenta apenas circuitos el ctricos em CA Sem armazenamento A composi o do sistema FV h brido sem armazenamento facilmente alcan ada atrav s da remo o do regulador de carga e das baterias da estrutura do sistema FV h brido da figura 4 6 isto atrav s da remo o dos componentes 3 e 5 Figura 4 6 Sistema FV dependente h brido com armazenamento O gerador FV complementado pelo gerador e lico Fonte Adapt SEI 4 3 Sistemas FVs independentes Stand alone systems Estes sistemas FVs n o est o ligados rede el ctrica p blica ou seja s o independentes da rede el ctrica p blica Portanto nestes sistemas a alimenta o da rede el ctrica dom stica feita na sua totalidade pelo sistema FV 4 3 1 Sistemas FVs independentes simples Os sistemas FVs independentes simples s fazem sentido t cnico em termos de autonomia com um sistema de baterias integrado pois ainda n o existem meios tecnol gicos com custos razo veis e pratic veis que permitem armazenar a energia luminosa da radia o solar para um uso futuro Na figura 4 7 est representado um esquema que representa a disposi o de um sistema FV independente simples Nota se facilmente que este sistema possui menos tr s elementos que o sistema FV dependente representado na figura
219. oto Optical Instrumentation Engineers SPIE 2008 pag 3 tabela 1 3 Wikipedia 2009 Renewables Global Status Report 2009 Renewable Energy World Energy Resources and Consumption pagina consultada a 16 11 2009 lt http www wikipedia org gt EIA 2009 International Energy Annual p gina consultada a 16 11 2009 http www eia doe gov iea lt www eia doe gov olaf aeo gt 21 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 7 EIA 2005 International Energy Anual 2003 p gina consultada a 18 12 2009 lt http www eia doe gov iea gt 8 IPCC 04 05 2007 Summary for Policymakers Climate Chance 2007 The Physical Science Basis Contribution Of Working Group I to the Fourth Assessment Report of IPCC Apud Wikipedia s d Global Warming p gina consultada a 22 12 2009 lt http www wikipedia org gt 9 Chang Raymond Quimica 5 Edig o Lisboa Mcgraw Hill Lda 1994 p gs 801 820 10 IPCC 2007 IPCC Fourth Assessment Report Climate Change Apud IEA 2009 IEA Statistics CO Emissions From Fuel Combustion Highlitghts p gina consultada a 22 12 2009 lt http www iea org gt 11 Popular Science The Future of Energy Popular Science volume 275 n 1 2009 p g 39 12 Chiras Dan Sagrillo Mick Woofende Ian Power from The Wind A Pratical Guide To Small Scale Energy Production Gabriola Island New Society Publishers
220. ou seja dever representar pelo menos metade da popula o de uma determinada regi o o que n o se verifica na frica subsaariana nem t o pouco em pa ses como Angola ou Mo ambique que chegam a apresentar taxas de electrifica o de 15 1 e 6 5 respectivamente Z O processo de distribui o de electricidade em zonas rurais extremamente dispendioso por vezes a instala o de um sistema energ tico independente nestas zonas mesmo uma necessidade neste particular os sistemas fotovoltaicos levam uma grande vantagem pois podem abastecer uma consider vel popula o sem custos acrescidos de transforma o e distribui o 19 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Popula o Milh es Taxa de electrifica o Pa s Regi o Total C Electricidade S Electricidade 96 frica do Norte 153 146 7 01 95 4 frica Subsaariana 738 191 547 25 9 Angola 15 9 2 40 13 5 15 1 Mocambique 19 9 1 3 18 6 6 5 Mundo 6452 4875 1577 75 6 Tabela 2 8 Acesso electricidade em frica e a n vel mundial em 2006 Fonte Adapt OECD AIE 2 5 2 Sistemas e licos aproveitamento e lico Sistema e lico um termo t cnico que se utiliza para designar os sistemas energ ticos que aproveitam os recursos e licos ventos para a produ o de energia Como foi visto em pontos anteriores deste cap tulo e segundo os dados energ ticos mais rec
221. percentagens individuais de cada fonte de energia utilizada Considerando como factor de pondera o os limites m ximos anuais da energia vendida por tipo de produ o LMEPS LMs produ o solar e LMERP LMk restantes produ es verifica se o seguinte Tv LMs Tr x Ps LMg 0 7 Tr x Pg 0 3TR Pu Pp LMs Ps LMe x Pg Py Pg onde Ty Tarifa de venda LMs Limite m ximo de produ o solar 2 4 MW ano por cada kW instalado LMp Limite m ximo das restantes produ es 4 0 MW ano por cada kW instalado Tr Tarifa de refer ncia 0 6500 kWh Ps Pot ncia solar nominal Pg Pot ncia e lica nominal Ph Pot ncia h drica nominal Pg Pot ncia biomassa nominal 3 5 Condi es de acesso ao regime bonificado 3 5 1 3 5 2 Instala o n o integrada num condom nio a b c A pot ncia de liga o limitada a 50 da pot ncia contratada com um m ximo de 3 68 kW Exist ncia de uma instala o nova de colectores solares t rmicos para aquecimento de gua na instala o de consumo com uma rea de 2 m de rea de colector caso n o esteja prevista a instala o de cogera o a biomassa que a existir dever estar integrada no aquecimento do edif cio Limite a anual de pot ncia de liga o registada a n vel nacional n o tenha sido excedido Instala o integrada a b c A pot ncia de liga o limitada a um m x
222. quenos contentores que cont m uma solu o electrol tica i nica de cido sulf rico H2SO4 na qual s o inseridas duas placas de chumbo Pb de diferentes polaridades que servem de el ctrodos o el ctrodo negativo nodo constitu do por chumbo puro Pb s e o el ctrodo positivo c todo por di xido de chumbo PbO 8 3 2 Tipos de baterias de chumbo cido As baterias de chumbo cido podem ser classificadas em fun o da profundidade do ciclo de descarga e do tipo de tecnologia utilizada Quanto profundidade do seu ciclo de descarga elas podem classificar se nos seguintes grupos gt Baterias de baixo ciclo nestas baterias faz se a extrac o de uma corrente elevada durante um per odo de tempo curto gt Baterias de ciclo profundo elevado s o baterias com extrac es de correntes de intensidades significativamente mais baixas mas durante um per odo de tempo muito mais extenso s o chamadas de baterias de ciclo profundo porque podem suportar v rios processos ciclos de descarga carga inclusive com um estado de carga SOC muito pr ximo dos 20 Quanto ao tipo de tecnologia existem dois grupos de baterias de chumbo cido gt Baterias de l quido ventilado c lulas molhadas inundadas y gt Baterias seladas de chumbo cido reguladas por v lvula VRLA Valve Regulated Lead Acid 6 e Baterias de chumbo cido de gel D e Baterias de chumbo cid
223. quer que as sociedades modernas podem alcan ar n veis de desenvolvimento superiores ou iguais aos actuais sem o recurso aos combust veis f sseis uma utopia pois os combust veis Energy is the life breath of modern society Without energy almost every event we take for granted would come to a screeching halt Adapt Ramlow e Nusz 2009 Introdu o f sseis est o presentes praticamente em quase todos sectores industriais reas t cnico cient ficas e tecnol gicas das na es desenvolvidas e subdesenvolvidas directa ou indirectamente Pode se mesmo dizer que pouco realista ou at aned tica a ideia que se pode baixar at menos de 50 a depend ncia mundial nos combust veis f sseis para satisfazer as necessidades energ ticas mundiais actuais e qui futuras Os combust veis f sseis s o importantes inclusive para produ o das pr prias energias renov veis isto para fabrica o dos pain is e colectores solares e seus elementos estruturais na produ o de turbinas e licas para produ o de biomassa etc Pretende se fundamentalmente com as energias renov veis diminuir a depend ncia energ tica mundial dos combust veis f sseis Uma posi o activa e firme de todas as na es mundiais no desenvolvimento de solu es energ ticas renov veis e alternativas e sustent veis permitir n o s diminuir ou minimizar as agress es antropog nicas ao meio ambie
224. r fico 5 Edi o Porto Porto Editora 2009 p g 817 Resnick Halliday Krane Phisics 5h Edition Volumel New York John Wiley amp Son 2002 p gs 175 191 Anil Rao Apud Chiras Dan Sagrillo Mick Woofende lan Power from The Wind A Pratical Guide To Small Scale Energy Production Gabriola Island New Society Publishers Fevereiro 2009 p gs 37 50 149 figuras 2 7 3 3 6 2 White Frank M Fluid Mechanics 5 Edition New York McGraw Hill 2003 p gs 451 491 Chiras Dan Sagrillo Mick Woofenden lan Power from The Wind A Pratical Guide To Small Scale Energy Production Gabriola Island New Society Publishers 2009 p gs 86 91 Wikipedia s d anemometers wind measure p gina consultada a 10 04 2010 lt http en wikipedia org wiki Anemometer Cup_anemometers gt Microsoft Corporation Apud Rincon Del Vago s d Cup Anemometer pagina consultada a 10 04 2010 lt http html rincondelvago com 000352060 png gt Impac s d anem metros digitais p gina consultada a 12 04 2010 http www impac com br anemometro digitallutron anemometrodigitaltipoco ncha jpg gt Termomed s d anem metros digitais m veis p gina consultada a 12 04 2010 lt http www termomed net images 370407 jpg gt Twilight s d anem metros digitais p gina consultada a 12 04 2010 http www twilight com mx OE ANEMOMETRO anemometro avm07 gif 129 Sistemas fotovolt
225. r o CTP das c lulas solares As condi es de teste padr o CTP ou STC Standard Test Conditions foram definidas pela JEC com vista poder comparar diferentes c lulas e ou m dulos FVs Considera se que uma c lula FV ou m dulo FV funciona nas CTP quando se verificam as seguintes condic es O Valor da radiag o solar vertical Es que incide sobre a c lula ou m dulo de E crp 1000 W m gt A sua superf cie regista uma temperatura T de T crp 25 3 C Est definida para um espectro luminoso de AMI 5 Caracterizac o da curva de corrente e tens o curva I V As curvas I V s o caracterizadas pelos seguintes par metros Intensidade de corrente em curto circuito Icc que a corrente que a c lula FV apresenta no estado de curto circuito ou seja sem nenhuma resist ncia e que obtida atrav s do encurtamento dos terminais do circuito el ctrico equivalente representado na figura 4 7 Tens o em circuito aberto Voc que a tens o da c lula FV quando nenhuma corrente extra da do seu circuito Ponto de pot ncia m xima PMM que o ponto cujos par metros s o iguais aos das CTP P Destes tr s par metros a Voc e a Icc s o os mais utilizados para descrever o comportamento das curvas I V das c lulas solares e no caso particular das c lulas cristalinas convencionais 10 cm x10 cm sujeitas s CTP a sua Icc regista um 11 z he E a poat valor aproximado de 3A
226. r que 5000 e logo n o possui isen o de IRS Com base na tabela de impostos ou reten o de IRS de 25 de Maio de 2010 obt m se a receita l quida de 6290 G 7 EXKW kW CFA 0 650 A f EE NT N 06500 ssa 443 asz 399 1216 06500 5594 443 3636 3194 11022 5594 445 3636 3194 7809 EW M S M Loser wm na E ara 3104 Qo oU a win ones s sg as sm ojos ss as no ze es 24 Payback anos 25 Receita bruta 7282 Receita real 6290 Tabela 12 1a Payback do investimento num sistema FV de 4 kWp em regime bonificado em Famalic o Payback descontado o payback com os fluxos de capital actualizados por uma taxa de custo ou desconto de capital ou seja por defini o verifica se CFD CF 1 i 12 7 Onde i a taxa de desconto de capital e n o per odo ou ano considerado 146 Estudos de casos B vk is 1 EO Co DE r a uo un DIT DIT DIT DI DIT TIT 24 Payback anos 25 Receita bruta SOMA G22 Receita real 7250 1 0 1358 825 7250 1 0 2408 ee tin fa es Tabela 12 1b Payback do investimento num sistema FV de 4 kWp em regime bonificado em Famalic o f rmulas Considere se que o investimento no sistema FV dependente em quest o possui uma taxa de desconto de capital anual de 10 ao longo dos 20 anos do investimento uma vez z z que o sector energ tico um sec
227. radia o solatio lira cai 32 3 3 Sistemas energ ticos SO TALES x ea OU ioi iia 33 Refer ncias bibliogr ficas emision iii entao 34 4 Sistemas AMV A SS td 36 A Tipos desistemas E V S RR 36 4 2 Sistemas FVs ligados rede p blica sistemas FVs dependentes 36 4 2 1 Sistemas FVs dependentes Simples ccccccnnnnconcccnnnncnnnnnnonannnnnnnnnnnnnnnannnncnnnnnnn 38 4 2 2 Sistemas FVs dependentes h bridos errei 42 4 3 Sistemas FVs independentes Stand alone systems essen 43 4 3 1 Sistemas FVs independentes simples occononnnoccccnnncccnnnnnannnnnnonncononananancnnnncnn ns 43 4 3 2 Sistemas FVs independentes h bridos eere tenente 44 Refer ncias bibliogr ficas usina dada dida Gave a e eI e a dde 46 2 A c lula solar EV ri a He ii t tnis a eda e opone chee 49 Sd oAssociacoes de c lulas solares se D deste eo e As dee en eas ea eons 49 A il A A Se erry ceo ure 49 A E V o ee o o x udi E Ee e 49 5 2 Ci ncia das c lulas solares aui iacet e ee HR a e t adios 50 5 2 1 Funcionamento da c lula solar de sil cio cristalino eeeseeesss 52 2 9 pos de colas SOIADES 10s aceite eti ennn D o rp pap 53 5 3 1 C lulas de sil cio monocristalino cristal singular nico 54 5 3 2 C lulas solares de sil cio policristalino eee 55 5 4 As Camadas anti reflectoras camadas AR
228. ralski Corte em blocos e oo Lingote lingotes is AL ga Ry Difus o do f sforo Corte em gt gt pm Superf cie frontal 1 Sil cio a i VEM pas ER Aplicacao Superf cie polisil cio A EE a fa 0 8 0 6 0 4 0 2 m 2 9 S v q 5 m 9 2 E q t 0 300 500 1000 Comprimento de onda nm Figura B 2 Sensibilidade do espectro solar das c lulas cristalinas e c lulas de pel cula fina Fonte Adapt ISET Kassel Mulligan 2004 Tipo de c lula solar E Celular Lab E Celular Prod E Modular Prod 96 Sil cio monocristalino 24 7 21 5 16 9 Sil cio policristalino 20 3 16 5 14 2 Sil cio de pel cula fina 19 2 9 5 7 9 Sil cio amorfo 13 10 5 7 5 Silfcio microamorfo 12 10 7 9 1 CIS 19 5 14 11 CdTe 16 5 10 9 Hibrida HIT 21 18 5 16 8 Tabela B 1 Efici ncias celulares e modulares dos diferentes tipos de c lulas solares Notas a Estado estabilizado b Medic o com concentrac o solar Fonte Fraunhofer ISE University Of Suttgart Quaschning Photon 2 2000 171 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica v o Ve Tensao de 20V bloqueio Sentido inverso q Anodo Catodo Terminal negativo Figura B 4 Associa o em s rie de dois m dulos FVs com 3A e 12 Vdc Fonte Adapt SEI Figura B 5 Associac o em paralelo de dois m dulos FVs de 3A e 12 Vdc com o objectivo
229. rdem de representatividade s o os seguintes Di xido de carbono CO2 com aproximadamente 74 do total de GEE produzidos sendo que aproximadamente 55 s o resultantes da combust o de combust veis f sseis e processos industriais de fabrico de cimento e aproximadamente 19 resultantes dos processos de aterro e desflorestac o Metano CH4 com aproximadamente 16 xido nitroso N20 com aproximadamente 9 Clorofluorcarbonetos CFCs CF Cl com aproximadamente 1 10 a1 Portanto o CO CH e N20 s o por ordem decrescente de import ncia os GEE mais perigosos para o efeito de estufa e aquecimento global O CH antropog nico produzido fundamentalmente pelas actividades agr colas e pecu rias Estas actividades representam aproximadamente 45 do total de emiss es de CHa sendo que aproximadamente 30 resultam da cria o de gado bovino e caprino atrav s do processo de fermenta o ent rica ou intestinal das vacas e cabras durante o seu processo de digest o ou rumina o e aproximadamente 3 da produ o de estrume 9 Os restantes 12 resultam da produ o do arroz e outros produtos agr colas que tamb m s o indispens veis ao ser humano O CO antropog nico resulta maioritariamente da produ o de energia el ctrica Este sector respons vel por mais de 60 da emiss o de CO dos quais aproximadamente 75 resultam da combust o de carv o 0O A energia el
230. rede el ctrica p blica apresenta se como uma solu o economicamente mais vi vel que os sistemas fotovoltaicos quer sejam simples ou h bridos uma vez que possui menores custos globais ao longo do ciclo de vida dos sistemas fotovoltaicos considerando uma oscila o m nima no pre o do kWh de electricidade Ainda sobre a aplica o dos sistemas FVs independentes na regi o de Famalic o foi poss vel ver que a aplica o de um aerogerador de 1 2 kWp para compor um sistema FV h brido com pot ncia de 4 kWp permite reduzir consideravelmente os custos do sistema sem no entanto deixar de suportar o consumo energ tico di rio ainda que durante um per odo m dio aproximado de 10 horas di rias haja uma menor pot ncia de liga o dispon vel para a rede el ctrica dom stica Quanto aplica o dos sistemas fotovoltaicos em Angola uma vez que as tarifas de electricidade praticadas neste pa s s o consideravelmente mais baixas que a tarifa m dia mundial a op o pela liga o rede el ctrica p blica sempre que existir a solu o mais rent vel em rela o a qualquer outra solu o energ tica tanto para sistemas dependentes como independentes Quando n o existir a possibilidade de liga o rede el ctrica p blica com base nos pre os regulamentados pelos servi os aduaneiros e nos pre os dos combust veis praticados em Angola admitindo uma oscila o m nima dos mesmos os geradores el ctri
231. representa a velocidade dos ventos a jusante da turbina por m caso a intensidade dos ventos do ar a jusante da turbina seja muito inferior a intensidade dos ventos a 3 3 p montante como geralmente acontece o seu efeito pode ser ignorado entao neste caso a express o 10 2 pode ser representada conforme a express o 10 1 111 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Energia e lica espec fica A energia e lica espec fica Ee exprime a quantidade de energia que teoricamente pode ser produzida num determinado local 9 _ onde se pretende instalar um sistema e lico Por defini o ela expressa em watts por metro quadrado de rea do rotor da turbina a instalar a partir da seguinte rela o Ee xpxv W m 10 3 Coeficiente de pot ncia do rotor O coeficiente de pot ncia do rotor Cp um n mero adimensional que representa a fracg o da pot ncia que extra da pelas p s do rotor e efectivamente transferida ao gerador el ctrico da turbina Por defini o o Cp obtido analiticamente segundo a rela o Cp 4 1 vo v x 1 vy v 10 4 Estima se por simula o gr fica entre o r cio entre a velocidade de entrada e de sa da vo v e a efici ncia dos rotores que o Cp apresenta um valor m ximo de 0 59 no entanto na pr tica o Cp varia entre 0 4 e 0 5 para turbinas de tr s p s e entre 0 2 e 0 4 para turbinas de duas p s porta
232. res tamb m s o dimensionados em fun o do consumo energ tico e do gerador FV 8 8 1 Controlador de carga Convencional Os controladores convencionais devem ter em conta os seguintes factores gt Tens o em corrente cont nua do sistema V pc da gt Corrente em curto circuito do gerador FV Iccrv o controlador deve ter a capacidade de suportar a Icc do gerador FV Adicionalmente os projectistas devem multiplicar esta Icc pelo n mero de m dulos FVs ligados em paralelo e por um factor de seguran a de 1 25 para estimar a Iccev que ter o mesmo valor da corrente em curto circuito do controlador ou seja Iccev Icem buLos X n de m dulos associados em paralelo x 1 25 Icc ro gm Corrente m xima de cargas el ctricas em DC 3 8 8 2 Controlador MPPT Estes controladores s o dimensionados segundo os seguintes crit rios gt Tens o m xima do gerador FV tens o m xima de entrada o controlador deve apresentar em r tulo o valor da tens o m xima proveniente do gerador FV que pode suportar O valor m ximo rotulado n o deve ser excedido e determinado atrav s da multiplica o da tens o em circuito aberto dos m dulos Vocm puLos pelo n mero de m dulos em s rie e por um factor de temperatura listado na NEC 2005 tabela 690 7 artigo 690 7 5 gt Corrente m xima de sa da o controlador deve ter a capacidade de suportar a tens o m xima de funcionamento das ba
233. resa n o p blica durante um per odo superior a sete anos sem nenhum retorno financeiro tem grande 144 Estudos de casos probabilidade de n o ser rent vel e um per odo de 20 anos porque os sistemas FVs fazem parte do sector energ tico que um sector que possui investimentos com capitais elevados e cujos per odos de validade dos mesmos dependem fundamentalmente do tempo ou ciclo de vida dos componentes ou equipamentos que comp em o sistema FV ou sistema el ctrico energ tico em geral Por definig o o payback determinado a partir da seguinte express o Payback ltimo ano com fluxo monet rio ou cash flow CF negativo valor absoluto do CF acumulado neste ano valor total do CF neste ano e 12 6 Com base nos dados dos anexos D e F e considerando como o per odo ano zero 0 o ano da aquisi o do sistema FV podem ser feitas as seguintes considera es A tarifa minima de venda do regime bonificado ser igual a tarifa do regime geral actualmente em vigor ou seja Tvmm 0 1285 O fluxo de sa da de capitais no ano zero corresponde ao custo total do sistema FV isto FSO 17468 67 450 00 287 060 18205 73 O fluxo de entrada de capitais no primeiro per odo corresponde soma do valor do desconto de IRS e a quantidade de energia vendida rede el ctrica p blica com base na tarifa de venda de energia em regime bonificado em vigor neste per
234. resentados pelas baterias electroqu micas As baterias t m a tarefa de sustentar o sistema FV quando a rede p blica falhar ou n o existirem condi es climat ricas favor veis para que o sistema FV possa produzir energia de forma a garantir o fornecimento cont nuo de electricidade ao consumidor Nestes sistemas FVs o uso de baterias implica a utiliza o de um novo componente chamado regulador controlador de carga figura 4 4 que tem a miss o de garantir o bom funcionamento das baterias Com a aplica o deste novo componente a sa da do QE do gerador FV da figura 4 3 passar primeiro pelo controlador de carga e pelas baterias antes de chegar ao inversor Sem alimenta o de DC Na figura 4 4 est representado um esquema que descreve o modo de funcionamento de um sistema FV dependente simples com baterias Pode se verificar neste esquema que exceptuando as baterias e o controlador de carga o sistema apresenta os mesmos componentes do sistema FV sem armazenamento Deve se ter muita aten o ao dimensionamento das baterias pois ao contr rio da rede el ctrica p blica n o recebem quantidades infinitas de electricidade Figura 4 4 Esquema de um sistema FV dependente simples com armazenamento Fonte Adapt SET 40 Sistemas energ ticos solares directos Com alimenta o de DC A integracdo de circuitos em DC facilmente alcangada atrav s da simples introdug o de um QG para circuitos em DC no
235. rg ticos mundiais Fonte Adapt EIA 2 2 Energia renov vel vs energia alternativa Energia renov vel e energia alternativa s o dois conceitos intimamente ligados que no entanto representam dois fen menos diferentes 2 2 1 Energia renov vel D se o nome de energia renov vel a todo o tipo de energia cuja fonte capaz de se regenerar de maneira natural num espa o de tempo considerado til para o ciclo de produ o energ tica e de vida humana As energias cujas fontes energ ticas n o s o capazes de se regenerar neste espa o de tempo s o chamadas n o renov veis Os combust veis f sseis e a energia nuclear s o dois exemplos de fontes energ ticas n o renov veis 10 A energia no contexto mundial actual Energia alternativa todo tipo de energia que ainda n o tem um uso dom stico comercial e industrial massivo e que apresenta se como alternativa s fontes convencionais de energia Para al m das energias renov veis alternativas s o tamb m consideradas como recursos energ ticos alternativos o g s de aterro o g s proveniente do tratamento de gua o g s resultante do tratamento de res duos s lidos etc Energia renov vel convencional E o tipo de energia renov vel que j utilizada mundialmente para uso dom stico comercial e industrial Ex A energia hidroel ctrica Energia renov vel n o convencional alternativa todo tipo de energia renov vel que ainda n o tem um us
236. rgia solar para produ o directa de electricidade ou seja transformar directamente os fot es luminosos provenientes dos raios emitidos pelo sol em electricidade A energia produzida pelos sistemas fotovoltaicos para uma mesma tecnologia fotovoltaica depende da quantidade de energia emitida pela radia o solar em watts por metro quadrado W m e da rea ocupada pelos pain is geradores fotovoltaicos em metros quadrados m Portanto para uma quantidade de irradia o radia o solar Ey expressa em W m e uma rea fotovoltaica A expressa em m um sistema FV produz a seguinte pot ncia el ctrica Pry Eo A W 2 1 Aplica o em sistemas el ctricos de pequena escala A produ o de energia el ctrica em pequena escala provavelmente a mais valiosa aplicag o dos sistemas fotovoltaicos a par dos sistemas e licos s o os dois nicos recursos renov veis que podem produzir boas quantidades de energia el ctrica com custos razo veis a esta escala 17 Sistemas fotovoltaicos sua aplicag o amp viabilidade econ mica Os sistemas fotovoltaicos classificam se em independentes stand alone systems dependentes da rede el ctrica normal p blica grid tied connected systems e h bridos Os sistemas fotovoltaicos dependentes para al m de ligarem se a rede el ctrica p blica tamb m podem alimenta la electricamente desde que existam regulamentos que permitem a aplicag o de tarifas
237. rias Na especifica o destes inversores devem se verificar os seguintes pontos Pot ncia de sa da Wca devem ser calculados dois valores para a pot ncia de sa da um valor atrav s do produto entre pot ncia nominal em corrente cont nua Ppc nas CTP e a efici ncia do inversor e outro valor referente a pot ncia necess ria para alimentar as cargas cr ticas D Tens o de entrada V pc Tens o de sa da Vca Frequ ncia Hz Tipo de onda 107 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Refer ncias bibliogr ficas 1 Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 pags 84 89 Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 pag 86 figura8 2 Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 pag 85 figura 8 1 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pags 310 316 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008
238. rias dever ser extra da apenas entre 50 a 60 da sua carga ou seja 50 lt DOD lt 60 Como poss vel verificar atrav s dos dados de radiac o solar da regi o de Famalic o representados no PVGIS o valor da intensidade de radia o solar regista em m dia valores significativos durante aproximadamente 8 horas di rias no per odo que vai das 08 00 horas da manh at as 16 00 horas da tarde o que significa que em m dia o gerador FV fica inoperativo durante aproximadamente 16 horas di rias ao longo do ano J a velocidade dos ventos em Famalic o e na regi o do Minho como pode se observar nos dados do anexo C regista anualmente em m dia valores inferiores a 3 m s durante aproximadamente 4 16 horas distribu das alternadamente e ou consecutivamente entre o per odo que vai das 00 00 horas da noite at as 06 00 horas da manh e das 11 00 horas da manh at as 15 00 horas da tarde D Portanto na pr tica existir o dias em que a velocidade do vento ser menor do que 3 m s durante um per odo m ximo de aproximadamente 10 horas 135 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 11 1 1 Efici ncia nominal te rica dos geradores FVs Como foi poss vel ver no cap tulo 5 no ponto referente as propriedades el ctricas das c lulas FVs a efici ncia de um m dulo FV pode ser determinada a partir da express o nm puLo Pppm Amopu
239. s gt Provocam um desgaste intenso nas turbinas e diminuem de maneira constante e progressiva a resist ncia destas O desgaste das turbinas provoca uma redu o brutal no seu tempo de vida de tal forma que turbinas projectadas para funcionarem efectiva e eficientemente durante um per odo de 10 a 20 anos 4 apenas conseguem funcionar durante um per odo de 2 anos e no caso das microturbinas ultraleves um tempo de dura o de 20 anos pode ser reduzido de A er 4 maneira dr stica para um ano ou em alguns casos extremos para 6 meses 1 Perfil inicial dos ventos 2 Perfil de ventos obstruidos 3 Recuperacao do perfil inicial 1 2 Figura 10 2 Perfil dos ventos em zonas abertas e em zonas obstru das Fonte Adapt Anil Rao 116 Sistemas energ ticos e licos 10 3 4 Forca de arrasto como factor de afectac o das turbul ncias A resist ncia que os obst culos oferecem ao movimento dos ventos denomina se for a de arrasto Esta for a o principal factor de afecta o dos ventos das turbul ncias 9 Para um referencial ar vento objecto a intensidade da for a de arrasto caracterizada pela seguinte express o Fa Ca x p x 4 Vx A N 10 6 Onde Fa For a de arrasto Ca Coeficiente de arrasto que dependente da geometria e dimens es do objecto p Densidade do ar 1 293kg m V velocidade do ar vento A rea de refer ncia do objecto
240. s 163 165 Solarpraxis DGS Berlin BRB Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p gs 65 71 figura 2 1 figuras 2 8 2 17 p g 94 figuras 2 74 2 75 Sheuten Solar Weldings On Cells Berlin DGS LV 2007 p gs 1 6 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p gs 65 74 86 97 Pilkington Solar Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p g 73 figura 2 19 Markus Oct vio Circuitos El ctricos Corrente Cont nua e Corrente Alternada 4 Edi o S o Paulo 2004 p g 21 Haselhuhn R Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 p gs 87 91 figuras 2 58 2 66 2 68 12 Cap tulo 7 Sistemas de montagem dos geradores FVs Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 7 Sistemas de montagem dos geradores FVs Como foi poss vel ver em cap tulos ant
241. s aos sistemas e licos ventos irregulares 115 10 3 4 For a de arrasto como factor de afecta o das turbul ncias 117 10 3 5 Medi o da intensidade dos ventos cette eren eret espe tr hen totes penes 117 10 4 rea varrida pelo rotor e densidade do vento 119 10 4 1 rea varrida pelo rotor eee reete teen ens 119 104 2 Densidade do Jr A IE boda de pa duis 120 10 43 A altura do Iuba iss np bI e ae tite tots 120 10 5 Tipos de sistemas CO COS sist 120 TU S T Escala energ ticas cu bo DID e PS a DE o RA INANEM Qa M DR us 120 10 5 2 Sistemas e licos de alimenta o da rede el ctrica dom stica 121 xii ndice 10 6 A turbina coli A A as 122 T0 6 1 Tipos deturbmas eolicas iii es 122 10 6 2 Eixo de rota o do rotor Lamisil rigido 122 10 6 3 Posicionamento do rotor em rela o ao vento 123 10 6 4 Mecanismo de transmiss o de energia essere 124 TOF TOMES ssa ei lee nate E R T Ri ela 126 Referencias DIDO STANCAS ibas 128 11 Desempenho dos sistemas PSone 132 11 1 Desempenho nominal do sistema FV h brido independente 132 11 1 1 Efici ncia nominal te rica dos geradores FVS eese 136 11 1 2 Quantidades energ ticas nominais produzidas pelos m dulos geradores FVs 11 2 Desempenho real dos m dulos geradores FVs eene 136 11 2 1 Quantidades ener
242. s c lulas solares O factor de forma das c lulas solares FF um n mero adimensional que indica o nivel de qualidade el ctrica das mesmas e definido como o r cio entre o ponto de pot ncia m xima PMM das c lulas e a sua pot ncia m xima nominal Qu Pmaxpy ou analiticamente FF Pot ncia real Pot ncia nominal te rica Veum X Ipmm Voc x Icc Ppmm Voc X Icc 5 5 O FF relaciona se directamente com o n vel de qualidade das c lulas solares isto quanto maior for o FF de uma c lula maior ser a sua qualidade e vice versa Na tabela 5 1 9 apresentam se os factores de forma das principais c lulas FVs dispon veis no mercado Verifica se nesta tabela o seguinte as c lulas cristalinas possuem o maior FF com um valor compreendido entre 0 75 e 0 85 enquanto as c lulas CIS possuem de todas c lulas de pel cula fina o maior factor de forma com um valor compreendido entre 0 64 e 0 70 As c lulas amorfas multi jun es tamb m possuem um factor de forma muito bom estando compreendido entre 0 5 e 0 7 no entanto as c lulas amorfas convencionais possuem um factor de forma de apenas 0 56 a 0 61 As c lulas de CdTe possuem em m dia o menor FF de todas as c lulas FVs estando compreendido entre 0 47 e 0 64 63 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Tipo de M dulo Factor de Forma FF M dulos Solares de Sil cio Cristalino 0
243. s de chumbo Figura 8 5 Sec o transversal da placa plana de uma bateria OGI Fonte Adapt Hemmerle C 8 6 Propriedades el ctricas das baterias Uma vez que as baterias s o fabricadas com o objectivo de produzir e absorver energia el ctrica o conhecimento das propriedades el ctricas das baterias fundamental para a sua correcta utiliza o e manuseamento 8 6 1 Circuito el ctrico equivalente das baterias No seu estado estabilizado a bateria electroqu mica pode ser representada pelo circuito el ctrico equivalente da figura 8 6 que no seu estado mais simples trabalha como uma fonte de tens o real Er ou seja uma fonte de tens o E que possui uma resist ncia interna Ri A tens o em circuito aberto Voc ou tens o electroqu mica da bateria diminui linearmente com a descarga em Ah Qp e a resist ncia interna Ri aumenta linearmente com a descarga 0 portanto analiticamente verifica se o seguinte Er Ei Eo K1 x Qp Ri Ro K2 x Qp Errar Ei Ri x I O 8 2 Onde K1 e K2 s o duas constantes determinadas pelas curvas de teste de descarga carga da bateria Carga RC Figura 8 6 Circuito el ctrico equivalente de uma bateria no seu estado estabilizado Fonte Adapt Patel Mukund R 89 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 8 6 2 Especificac o dimensionamento das baterias Deve se especificar as baterias na projecg o dos sistemas FVs em fun
244. s de pre os estabelecidos pelo mercado energ tico Geralmente para incentivar o investimento nos sistemas energ ticos renov veis o mercado estabelece um pre o de kWh mais alto para electricidade vendida pelo consumidor relativamente ao kWh vendido pelos fornecedores Ao aplicar este tarifa as concession rias podem montar dois contadores el ctricos na rede el ctrica dom stica do utilizador um para medir a quantidade de electricidade fornecida pela rede p blica da concession ria que consumida pelo consumidor e outro para medir a quantidade de electricidade que o utilizador produz a partir do seu sistema FV O valor do consumo de electricidade na factura mensal resulta da diferen a entre a quantidade de electricidade fornecida pela concession ria e a quantidade de electricidade produzida pelo utilizador tendo em conta os pre os de electricidade pr estabelecidos pelo mercado energ tico Ex Se o utilizador consumisse 1000 kWh de electricidade da rede el ctrica p blica e produzisse 1000 kWh a partir do seu sistema fotovoltaico e os pre os de mercado fossem de 0 1 e 0 08 para electricidade da concession ria e do utilizador respectivamente Ent o o valor do consumo cobrado na factura seria de 0 1 x 1000 0 08 x 1000 ou seja 20 37 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 4 2 1 Sistemas FVs dependentes Simples Estes sistemas FVs s o assim designados porque par
245. s de uma regi o de consider vel dimens o prov ncia pa s ou pa ses ou seja Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica ws ds Sto P p sao fontes energ ticas auto sustent veis 2 Segundo este crit rio com excep o da energia hidroel ctrica convencional todas as fontes energ ticas prim rias s o n o renov veis Ex carv o g s natural petr leo e derivados e energia nuclear Crit rio da deriva o autonomia S o prim rias as fontes energ ticas que n o dependem de outras fontes para produzirem energia isto s o fontes aut nomas Segundo este crit rio todos combust veis f sseis todas fontes renov veis e a energia nuclear s o fontes energ ticas prim rias O hidrog nio H2 e a electricidade s o dois exemplos de fontes energ ticas secund rias Consumo TW Per odo Aa Quota Fonte energ tica 1980 2004 2006 04 06 1980 04 2006 Petr leo 4 38 5 58 5 74 1 42 1 014 36 6 Carv o 2 34 3 87 4 27 5 04 2 12 27 2 G s natural 1 80 3 45 3 61 2 29 2 75 23 0 Total f sseis 8 52 12 9 13 6 2 75 1 74 86 7 Hidroel ctrica 0 599 0 994 0 995 0 050 2 13 6 3 Energias alternativas 0 016 0 133 0 158 8 99 9 23 1 0 Total renov veis 0 62 1 13 1 15 1 15 2 56 7 34 Energia nuclear 0 253 0 914 0 929 0 82 5 50 5 92 Total energ tico 9 39 14 9 15 7 2 52 1 96 100 Tabela 2 1 Consumo dos principais recursos ene
246. significativamente e permite forgar o 113 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica movimento do ar frio do oceano para preencher o vazio deixado pelo ar quente evaporado da massa de terra Este fluxo de ar frio para o ar quente cria os ventos on shore Durante o per odo nocturno o fluxo de ar ocorre no sentido inverso ou seja da massa de terra para a massa de gua resultante do processo de arrefecimento que as duas TE A A 4 massas iniciam ap s o p r do sol Y provocado pela diminuig o sucessiva da intensidade da energia solar Neste processo a massa de terra cede calor mais rapidamente que a massa de gua e a sua superf cie arrefece mais rapidamente o que provoca a expans o e subida do ar junto massa de gua para a atmosfera que a medida que eleva se cria uma esp cie de fenda na superf cie do oceano que imediatamente preenchida pelo ar proveniente da massa de terra Este fluxo de ar forma os chamados ventos off shore Fluxo de ar 8km Press o alta e Thermal AT Press o alta 1km Press o baixa T Ar 15 C T Ar 25 C T1 agua 10 C Figura 10 1 Formag o dos ventos costeiros Fonte Adapt Weather Vaughan b Ventos de correntes de larga escala Os ventos de correntes de larga escala ocorrem em quase todas regides do globo por esta raz o s o vulgarmente conhecidos como ventos predominantes ou prevailing winds Estes ventos s o
247. sistema ficando o custo final do sistema por 10682 97 Capacidade nominal das baterias a uma temperatura de 25 C C129 668 Ah 1 85 V C Obs Com excep o do sistema FV dependente h brido de 1 kWp os restantes sistemas FVs possuem os seguintes custos adicionais Trabalhos de construg o civil com abertura e cobertura de valas V1 Redes el ctricas at ao quadro dos equipamentos V2 Protec o el ctrica no quadro geral V3 V1 V2 V3 450 G 1 185 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Designa o Qtde Modelo Pe o Unit rio Pre o Total 1 Sistema FV dependente simples Pry 4050 Wp Pry liga o 3680 W a M dulos policristalinos S Energy 18 SM 225 Wp b Inversor dependente SMA SB 3800 c Contador est tico ACE SL 7000 d Descarregador de sobrevoltagem DC e Disjuntor diferencial com rearmamento autom tico f Estrutura de fixa o em a o galvanizado 1 g Jogo de conex es h Cabo solar de ligac o ao campo de 1 colectores 1 Liga es el ctricas em DC j Montagem do sistema 1 Valor global mbito do fornecimento 15 459 00 IVA 13 2 009 67 Valor total da proposta 17 468 67 Tabela F 2 Custo do sistema FV dependente simples de 3 68 kW 4 kWp proposto para regime bonificado Fonte Vimasol
248. snatural 18 345 3 61 D6 C6 1 2 100 06 86 1 24 1 100 Total f sseis SOMA BA 6 Hidroel ctrica 0 599 0 994 0 995 08 08 1 2 1 100 c8 B8 1 24 1 100 Energias alternativas 0 016 013 0 158 D9 c9 2 100 c9 89 1 24 1 100 Total renov veis _ SOMA B8 89 Energlanuclear 0258 0914 2 Totalenerg tico B7 B1O B11 C7HCIOHCIA 07010011 D12 C42 1 2 1 100 C12 812 1 24 1 100 p12 0 12 100 Tabela K 1 Ilustrac o das f rmulas utilizadas para a execuc o da tabela 2 4 a partir do Microsoft Excel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pa p o H Hist PWh Projec es PWh A 0 Quota 2 Fonte energ tica 2020 2030 2006 2030 2006 2030 3 Energia hidroel ctrica 2 338 1000 4359 o00 4773 1000 F3 B3 1 24 1 100 B3 5B87 100 F3 SFS7 100 4 Energia e lica 3121000 687 1000 1214 1000 F4 B4 1 24 1 100 B4 SB87 100 FA ES7 100 5 Energia geot rmica 109 1000 FS BSY 1 24 1 100 B5 8B 7 100 FS SFS7 100 6 Restantes renov veis 628 1000 F6 B6 1 24 1 100 B6 B 7 100 F6 SFS7 100 7 Totalmundial SOMA B3 B6 S0MA C3 C6 SOMA D3 DG SOMA F3F6 F7 B7 1 24 1 100 B7 B 7 100 F7 SFS7 100 Tabela K 2 Ilustrac o das f rmulas utilizadas para a execuc o da tabela 2 5 a partir do Microsoft Excel F Capacidade instalada MW Aa 2007
249. so uma vez que n o poss vel verificar o estado de carga atrav s da concentra o do electr lito necessitam de medi es frequentes de tens o A estrutura o dos componentes de uma bateria de gel convencional pode ser observada no esquema da figura 8 3 Observa se neste esquema que deixam de existir os tamp es e entra um novo componente que se designa por v lvula de seguran a e que protege a bateria contra sobrecargas V lvula de seguranca Terminais Caixa resistente microporoso Figura 8 3 Componentes de uma bateria de chumbo cido de gel Fonte Adapt Deutsche Exide GmgH 8 5 2 Bateria estacion ria de chumbo cido de placa tubular As baterias estacion rias de chumbo cido de placa tubular s o especialmente adequadas para aplica es de sistemas energ ticos potentes de m dia larga e larga escala que funcionam continuamente durante um per odo de tempo longo 15 20 anos A constitui o destas baterias est representada na figura 8 4 Observa se nesta figura que a v lvula de seguranga para a sa da de gases os terminais dos el ctrodos e os separadores microporosos tamb m est o presentes na estrutura desta bateria Quanto solu o electrol tica ela pode ser constitu da por fluidos electr litos com separadores especiais que formam as chamadas baterias estacion rias de placa tubular especial ou OPZS Ortsfeste Panzerplatte Spezial ou por uma solu o electrol tica de el
250. sos 9_ Vento de larga escala Ventos predominantes Ventos irregulares 5 a Ventos localizados Dos ventos localizados os ventos costeiros on shore e fora da costa off shore apresentam se como sendo os mais importantes Eles formam se dentro e fora do per metro da costa dos oceanos e dos grandes lagos e uma vez que as superf cies desses possuem baixo coeficiente de atrito superficial como pode se observar na tabela 10 1 s o geralmente mais poderosos e consistentes que os ventos continentais A gerag o destes ventos pode ser visualizada e compreendida atrav s do esquema idealizado apresentado na figura 10 1 que pode ser descrita simplificadamente da seguinte maneira a medida que o sol nasce regista se um aumento significativo da energia solar que atinge a superf cie terrestre Este aquecimento sentido directamente nas massas de terra e de gua oceanos e grandes lagos no entanto a energia solar recebida ao nivel do mar pelos oceanos e ou grandes lagos rapidamente dispersada e como consequ ncia o ar que se encontra junto da massa de terra aquece mais rapidamente que o ar da massa de gua como resultado o ar que se encontra junto massa de terra expande se e torna se menos denso o que provoca a sua subida ou elevag o para atmosfera e a forma o de correntes de ar quente ascendente ou thermal V rias horas ap s o thermal ocorrer o gradiente de press o aumenta
251. stemas e licos podem ser classificados da seguinte maneira Pequena escala PruggiA lt 20 kW 9 Neste grupo encontram se as turbinas ultraleves que possuem uma pot ncia menor ou igual a 10 kW UB Pequena m dia escala 20 kW lt Prursina lt 60 kW 18 M dia escala 60 lt Prursina lt 600 kW 1 M dia larga escala 600 KW lt Prursina 1500 kW Larga escala 1500 lt Prursina 6000 kW 7000 7500 kW 4220 18 10 5 2 Sistemas e licos de alimentac o da rede el ctrica dom stica Neste crit rio os sistemas e licos podem ser classificados de acordo ao esquema estrutural da figura 10 5 da seguinte forma gt Sistemas e licos dependentes 1 Simples sem armazenamento com armazenamento 2 H bridos sem armazenamento com armazenamento gt Sistemas e licos independentes 1 Simples sem armazenamento com armazenamento 2 H bridos sem armazenamento com armazenamento Sistemas e licos Dependentes Independentes armazenamento S armazenamento S armazenamento C armazenamento Figura 10 5 Estrutura dos diferentes tipos de sistemas e licos Fonte Adapt Earthscan Caracterizac o dos sistemas e licos Verifica se no esquema do sistema e lico dependente representado na figura 10 6 OD que exceptuando a fonte e lica ou turbina e lica representada pelo componente 1 todos restantes componentes do sistema s o exactamente os mesmos dos esquemas estruturais definidos anteriormente para os sis
252. studos de casos dinheiro durante o tempo de vida dos sistemas FVs ou seja durante o per odo de validade do investimento pode se dizer que o investimento possui viabilidade econ mica uma vez que para que haja poupan a num investimento as receitas directas ou indirectas do mesmo A 4 t m necessariamente de cobrir os seus custos globais Para este estudo ser utilizado como objecto a moradia do estudante angolano definida anteriormente e um sistema FV independente simples com uma pot ncia el ctrica equivalente de 3 68 kW 12 3 1 Quantidades de energia produzidas pelo sistema FV Sabe se que o gerador FV produz uma energia anual de 5594 kWh ano ou 15 3 kWh dia e que o consumo energ tico m ximo Ecmax de 10167 Wh dia Ent o com base nas express es definidas no cap tulo anterior tem se Coo 2 x 10167 Wh dia x 2 5 dias 48 V 1059 Ah 12 13 Portanto para um conjunto de baterias com uma tens o de 48 V podem ser utilizadas 24 baterias 8 OPzS Hoppecke 800 cujas propriedades se encontram representadas no anexo F pois conforme se pode verificar neste anexo para uma descarga de 50 horas as baterias possuem uma capacidade superior a capacidade de descarga necess ria ou seja Cso 8 OpzS Hoppecke 800 1145 Ah gt Ceo 1059 Ah Considerando uma autonomia m xima tem se que Cioo 1220 Ah ent o as baterias disponibilizar o e fornecer o diariamente as seguintes quantidades energ ticas
253. superf cie terrestre corresponde ao albedo ab da superf cie terrestre O albedo de uma superf cie depende do material que constitui essa superf cie e quanto maior for o seu valor maior ser a radia o solar reflectida mais luminosa ser a rea que circunda e consequentemente 3 maior ser a radia o solar reflectida produzida De uma maneira geral pode assumir se um albedo de 0 2 para a maioria das superf cies no entanto para as superf cies aqu ticas devem ser aplicados os valores da tabela 3 1 pois estas superf cies est o sempre em ps 3 movimento o que provoca a ocorr ncia de ondas que reflectem a radia o solar A radia o solar reflectida pode ser calculada com aproxima o atrav s da seguinte express o E ab x Ea En 3 8 No caso de uma superf cie que fa a um ngulo B com o plano horizontal vem Ep E x 1 cos B Y 3 9 Superf cie Albedo Superf cie Cont Albedo Cont Relva Julho Agosto 0 25 Aqu tica y gt 45 C 0 05 Relva Seca 0 28 0 32 Aquatica y gt 30 C 0 08 Bet o Liso Limpo 0 30 Aquatica y gt 20 C 0 12 Bet o Desgastado 0 20 Aquatica y gt 10 C 0 2 Tabela 3 1 Valores para os albedos de diversas superficies Fonte Quaschning V Radia o solar total global A radia o solar global ou total pode ser representada por unidade de rea e tempo atrav s da som
254. tada ooooocccnnonoconcnononancnnnnonancnnnannnos 75 Figura 7 2 Arma es em formato angular e curvil nio para coberturas planas 78 Figura 7 3 Arma es com diferentes n veis de altura para coberturas planas 78 Figura 8 1 Estrutura de uma bateria de chumbo cido de l quido ventilado 84 Figura 8 2 Ciclo de carga das baterias de chumbo cido 85 Figura 8 3 Componentes de uma bateria de chumbo cido de gel 86 Figura 8 4 Componentes de uma bateria OPZV e secg o transversal do el ctrodo positivo XV Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Figura 8 6 Circuito el ctrico equivalente de uma bateria no seu estado estabilizado 89 Figura 8 7 Principio de funcionamento de um regulador de carga paralelo shunt 93 Figura 8 8 Principio de funcionamento de um regulador de carga s rie 93 Figura 8 9 princ pio de funcionamento de um controlador de carga com seguidor do PPM SA DD e eh ene ame E 95 Figura 8 12 Controlador de carga de redu o de tens o 2 0 0 0 eeeeeeeeesneeceeeeeeeeeeeeenneeeeeeeees 95 Figura 9 1 Formas de onda produzidas pelos diversos inversores esssss 102 Figura 9 2 Principio de funcionamento de um inversor dependente 103 Figura 9 3 Conceito de inversor central para ba
255. tal Mundial 2861 2 7957 4 13444 9 69 0 47 2 100 Tabela 2 7 Capacidade instalada acumulada fotovoltaica mundial em 2009 Fonte Adapt IEA Photovoltaic Power Systems Programme EPIA and EurObserver Os sistemas fotovoltaicos dependentes simples t m melhor aplica o em pa ses ou regi es em que a dificuldade de produ o e distribui o de electricidade muito reduzida Em pa ses com grandes dificuldades de produ o e distribui o de electricidade como o caso dos pa ses da frica subsaariana ou frica negra da qual faz parte Angola a maioria da popula o n o tem acesso a energia el ctrica como pode observa se na tabela 2 84 Angola em particular um pa s que possui muitas e variadas fontes de energia el ctrica mas infelizmente a maioria da sua popula o n o tem acesso electricidade e sendo um pa s tropical a aplica o de sistemas fotovoltaicos pode ser muito competitiva Na tabela 2 8 verifica se que enquanto a frica saariana branca apresenta uma taxa de electrifica o de 95 4 a frica subsaariana apresenta uma taxa de electrifica o de apenas 25 9 A taxa de electrifica o um ndice apresentado em percentagem que calculado atrav s do r cio entre a popula o com acesso electricidade e a popula o total de uma determinada regi o sendo um ndice percentual para que possa ser considerado como razo vel dever ser de pelo menos 50
256. temas FVs no entanto os reguladores de carga e licos diferenciam se dos reguladores de carga FVs pois devem possuir a capacidade de transformar a electricidade em CA produzida pela turbina e lica em DC uma vez que a maioria das turbinas e licas produz electricidade sob a forma de corrente alternada desequilibrada wild AC 4 que resulta das varia es de corrente e tens o da turbina provocadas pelas varia es das velocidades dos ventos que incidem sobre a turbina 121 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Para poder ser convertida em CA equilibrada a CA desequilibrada deve ser previamente convertida em DC atrav s de rectificadores de corrente rectifiers que 21 geralmente se encontram instalados nos reguladores de carga ou nos inversores 2 Figura 10 6 Esquema de um sistema edlico dependente Fonte Adapt Earthscan Anil Rao 10 6 A turbina edlica A turbina e lica a unidade de produ o energ tica dos sistemas e licos ou seja o seu gerador e lico Todas as caracter sticas e ou propriedades de qualquer sistema e lico dependem essencialmente do comportamento da turbina que o comp e 10 6 1 Tipos de turbinas e licas As turbinas e licas s o geralmente classificadas em fun o das seguintes caracter sticas gt Eixo de rota o das p s do rotor Turbinas de eixo horizontal ou aerogeradores HAWTs Turbinas de eixo vertical VAWTs
257. terias Refer ncias bibliogr ficas 1 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edig o New York CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 p gs 185 191 96 Sistemas de armazenamento amp controladores de carga 10 11 12 13 14 Patel Mukund R Wind and Solar Power Systems Design Analysis and Operation 2 Edi o New York CRC Press Taylor amp Francis Group 2006 p g 200 tabelas 10 4 10 5 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pags 298 308 Solar Energy International SEI Photovoltaics Design and Installation Manual Gabriola Island New Society Publishers NSP 2009 pags 60 71 Varta Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 300 figura 8 6 Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berlin The German Energy Society Deutsche Gesellshaft fur Sonnenenergie DGS LV 2008 pag 300 figura 8 4 Deutsche Exide Standby GmgH Apud Earthscan Photovoltaic Systems Planning amp Installing A guide for Installers Architects and Engineers Berl
258. tor prim rio de afecta o econ mica isto possui pa 4 A varia es quase constantes Supondo se que os restantes par metros permanecem constantes o investimento n o possui prazo de recupera o pois como poss vel verificar na tabela 12 2 o valor do cash flow acumulado ao longo dos 20 anos negativo Aplica o do valor actual l quido VAL O valor actual l quido VAL ou NPV Net Present Value define se como a soma do valor actualizado ou descontado dos fluxos de capital previsionais tendo em conta a taxa de custo de capital Por defini o para uma taxa de custo de capital constante o VAL determinado a partir da express o VAL CFV 1 i9 Crua D CFy 1 8 12 8 147 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Ou ainda VAL CFDo CFD CFDn X CFDA 12 9 Portanto o VAL de um projecto de investimento possui o mesmo valor que o seu CF descontado acumulado CFDA Com base no sinal do valor do VAL e como regra geral devem ser tomadas as seguintes decis es VAL gt 0 o projecto investimento deve ser aceite VAL lt 0 o projecto investimento deve ser rejeitado Caso existam dois projectos investimentos A e B se VAL A gt VAL B o projecto investimento B deve ser preterido e vice versa Com base nos valores da tabela 12 2 e na express o de defini o do VAL o investimento num sistema FV em regime bonificado ter
259. trial governa e determina o n vel de desenvolvimento de todas sociedades desenvolvidas e subdesenvolvidas no entanto as mesmas s poder o alcan ar o desenvolvimento industrial se possu rem sustento energ tico isto os seus recursos energ ticos devem estar dispon veis abundantemente para que o pa s possa crescer industrialmente e ininterruptamente A escassez do petr leo recurso energ tico mais utilizado actualmente pelas sociedades mais desenvolvidas as consequ ncias de conflitos e guerras civis como desastres humanit rios xodos populacionais pobreza extrema e enriquecimento bruto e inimagin vel de um pequeno n mero de indiv duos provocados pela procura produ o e venda do petr leo e outros combust veis f sseis que comprovadamente provocam danos ambientais fez com que as sociedades desenvolvidas investissem na investiga o e desenvolvimento de novas fontes energ ticas que garantissem um desenvolvimento sustent vel ou seja um desenvolvimento que consegue satisfazer as necessidades presentes sem comprometer as necessidades futuras As sociedades mais desenvolvidas conseguiram ent o desenvolver novas fontes de energias denominadas alternativas com o objectivo de diminuir a sua depend ncia do petr leo e demais combust veis f sseis e assumir uma posi o de maior responsabilidade mundial na preserva o do meio ambiente E importante perceber que de momento quase imposs vel pensar se
260. u rotor e com a densidade do ar que atinge as p s do rotor 10 4 1 rea varrida pelo rotor Para o caso da turbina de eixo horizontal ou aerogerador a rea varrida pelo seu rotor fun o do di metro que o rotor apresenta ou seja A x x D 4 n Esta equac o de rea tamb m pode ser aplicada para determinar a rea varrida pelo rotor de uma turbina e lica de eixo vertical VAWT Savonius por m n o v lida para a determina o da rea varrida pela VAWT Darrieus Para efeitos de c lculo pode se aproximar a forma das p s do rotor de uma VAWT Darrieus a uma curva parab lica e a sua rea pode ser determinada por interm dio da seguinte express o AROTOR DARRIEUS 2 3 x largura m xima do rotor a partir do seu centro x altura do rotor m 10 7 119 Sistemas fotovoltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica 10 4 2 Densidade do Ar A densidade do ar atmosf rico varia em fung o da sua press o temperatura e altitude em que se encontra no entanto para efeitos de c lculos toma se como valor de refer ncia o seu valor em relag o ao n vel do mar para uma press o atmosf rica de latm 101 325 kPa e uma temperatura de 15 5 C que de 1 225 kg m 9 Par 1 225 kg m Substituindo o valor da densidade do ar a 15 5 C e 1 atm e da rea do rotor na express o 10 5 pode se definir as seguintes express es gerais de c lculo para as pot ncias el ctricas prod
261. ue muita vezes este composto forma ligas com o g lio Ga e ou enxofre S Como pode se observar na 5 02 nestas c lulas o xido de zinco com inclus o de alum nio ZnO Al figura 5 utilizado como contacto transparente frontal e como material condutivo negativo e forma com xido de zinco intr nseco i ZnO a camada interm dia enquanto o sulfito de c dmio negativo CdS n geralmente utilizado para formar uma pequena camada que funciona como tamp o e permite reduzir as perdas energ ticas causadas pelo desalinhamento da rede cristalina do CIS e do xido de zinco Em rela o s c lulas de sil cio amorfo as c lulas CIS apresentam a vantagem de n o serem afectadas pela degrada o por auto indu o da luz por m ao associa las na montagem dos m dulos devem ser devidamente seladas devido susceptibilidade de oxida o da camada de xido de zinco em ambientes h midos que tem como consequ ncia a redu o dr stica da efici ncia dos m dulos 2 As c lulas CIS apresentam as seguintes propriedades gt Efici ncia possuem uma efici ncia modular compreendida entre 9 e 11 U gt Dimens es rea m dulos padr o standard 1 2 m x 0 6 m espessura entre 2 a 4 mm para o substrato vidro n o endurecido com 3 um 0 003 mm a 4 um 0 004 mm de revestimento dos quais 1 a 2 um de CIS i gt Apar ncia estrutura e colora o apar ncia estrutura uniforme colora o
262. unidade fechada designada nacela que montada no topo das suas torres da serem vulgarmente chamadas de aerogeradores ou geradores a reos Os aerogeradores possuem uma estrutura tripartida constitu da por uma torre mastro uma nacela e um rotor que comporta as p s e o elemento central hub conforme pode observar se no esquema da figura 10 7 N mero de p s do rotor O aerogerador de tr s p s foi estabelecido como modelo padr o pela ind stria energ tica e lica mundial e europeia 22 todavia em pa ses como EUA Canada e Reino Unido a percentagem de fabrico e utiliza o de aerogeradores de duas p s chega a ser A 4 22 maior que a de tr s pas 10 6 3 Posicionamento do rotor em relac o ao vento Neste crit rio os aerogeradores s o classificados em fun o do posicionamento do seu rotor em rela o ao sentido ou direc o do vento eles podem estar posicionados na direc o do fluxo dos ventos ou upwind figura 10 8 4 ou no sentido contr rio ao fluxo do vento ou downwind figura 10 7 Os aerogeradores upwind conseguem produzir uma maior quantidade de energia relativamente aos downwind pois o seu posicionamento em rela o torre permite eliminar as sombras da torre sobre as suas p s de que resultam menores n veis de fadiga das p s e uma pot ncia de sa da mais consistente contudo necessitam que os seus rotores estejam constantemente orientados para direc o do vento gt A aus nc
263. uzidas por um aerogerador Pem x 0 295x 1 225 x 3 14 x 0 25 xd x v 0 284 x d x v W Pg opAs 0 225 x 1 225 x 3 14 x 0 25 x d x v 0 216 x d x v W Pg 3pAs 0 15 x 1 225 x 3 14 x 0 25 x d x v 0 144 x d x v W 10 8 10 4 3 A altura do Hub A velocidade dos ventos de um determinado local relaciona se com a altura do Hub de um aerogerador instalado neste local a partir da seguinte express o V5 V x ho hy a m s 10 9 Onde h Altura do Hub de refer ncia altura inicial em metros m h Altura do Hub incrementada em metros m V Velocidade de refer ncia medida a partir de h em metros por segundo m s V2 Velocidade medida a partir de h2 em metros por segundo m s a Coeficiente de atrito superficial do solo referente a h e 10 5 Tipos de sistemas e licos Os sistemas e licos podem ser classificados em fun o dos seguintes crit rios 2 d FX Jl E 2 3 S A Capacidade energ tica ou pot ncia el ctrica Local ou rea de instala o das turbinas e licas Sistema de alimenta o da rede el ctrica dom stica 10 5 1 Escala energ tica Nesta classifica o aceite como crit rio padr o no seio de v rios ciclos da ind stria e lica e energ tica a classifica o em fun o da produ o de uma nica turbina 120 Sistemas energ ticos e licos e lica por cada sistema e lico considerado Segundo este crit rio os si
264. v ncias quase que apelam ao investimento na produ o das energias solar e e lica contudo tal investimento deve ser correctamente planeado e executado com estudos adequados t cnico cient ficos e de viabilidade econ mica ou custo benef cio relativamente s solu es energ ticas existentes Sejam quais forem os custos inerentes ao investimento em energias renov veis especificamente solar e e lica pa ses como Angola que possuem taxas de electrifica o extremamente baixas querendo ou n o ter o obrigatoriamente de investir eventualmente nestas solu es energ ticas renov veis para poder fornecer energia el ctrica s zonas ou regi es desprovidas deste recurso precioso e imprescind vel se realmente pretendem nos pr ximos anos elevar o seu n vel de desenvolvimento industrial humano e econ mico e consequentemente estabelecerem se como na es industrialmente e economicamente evolu das pois as sociedades industrializadas consomem maiores quantidades energ ticas por unidade de produ o econ mica e por pessoa do que as na es pobres e dos E Aus d 3 n o industrializadas especialmente as que se encontram na fase pr industrial Ent o 3 lt Advanced industrialized societies use more energy per unit of economic output and far more energy per capita than poorer societies especially those still in a preindustrial state Adapt Toman Jemelkova 2002
265. v ncias cidades do Huambo Hu la Cunene Cuando Cubango e Namibe e respectivos estudos de viabilidade econ mica An lise e estudos de sistemas FVs e solares de microescala para alimentar pequenas bombas el ctricas de gua e aparelhos el ctricos de primeira necessidade para as popula es rurais de Angola 167 Anexos 168 Anexo A Capacidades instaladas mundiais de energia fotovoltaica e energia e lica Anexo A Capacidade instalada mundial de energia fotovoltaica e energia e lica Capacidade Instalada MW Aa Quota Posic o Pa s 2004 2006 2007 2008 07 08 06 08 04 08 2008 1 Alemanha 1044 2863 3998 5498 37 5 38 6 51 5 40 9 2 Espanha 37 4 118 2 630 2 32912 422 428 206 24 5 3 Jap o 1132 1708 5 1918 9 2148 9 12 0 12 2 17 4 16 0 4 EUA 376 624 830 5 1172 5 41 2 37 1 32 9 8 72 5 It lia 30 7 50 120 2 458 2 281 203 96 6 3 41 6 Coreia do Sul 8 5 34 7 77 6 351 6 353 218 154 2 62 7 Fran a 26 43 9 75 2 121 2 61 2 66 2 46 9 0 90 8 Austr lia 52 3 70 3 82 5 100 5 21 8 19 6 17 7 0 75 9 Portugal 2 7 3 8 18 2 68 2 275 324 124 0 51 10 Holanda 49 5 52 7 54 3 55 9 2 95 2 99 3 09 0 42 11 Su ca 23 1 29 7 36 2 46 2 27 6 24 7 18 9 0 34 12 Canada 13 9 20 5 25 8 32 4 25 6 25 7 23 6 0 24 13 Austria 21 1 25 6 27 7 30 2 9 03 8 61 9 38 0 22 14 M xico 18 2 19 7 20 8 21 8 4 81 5 20 4 62 0 16 15 Reino Unido 8 1 14 17 9 21 4 19 6 23 6 2
266. v s das taxas aduaneiras de combust vel e frete mar timo e terrestre determinou se a viabilidade econ mica ou custo benef cio dos sistemas FVs em Luanda e no Huambo 1 4 Resultados Qualquer estudo a ser realizado seja qual for o tema ou rea s v lido com a an lise de dados palp veis discretos ou concretos ou seja resultados mensur veis Os resultados permitem chegar as conclus es dos estudos de investiga o e n o s e conduzir os pesquisadores para a direc o certa ainda que esta n o seja a mais desejada Sem resultados que possam descrever convenientemente as conclus es de um estudo de investiga o a veracidade deste estudo tem necessariamente de ser posta em causa Com base nos resultados dos estudos de viabilidade econ mica ou custo benef cio atrav s dos crit rios de an lises de investimentos espera se fazer as seguintes an lises gt Viabilidade econ mica dos sistemas FVs dependentes em Famalic o com base nos sistemas FVs em regime bonificado previstos no DL n 363 2007 de 2 de Novembro e sua compara o com a rede el ctrica p blica gt Viabilidade dos sistemas FVs em Luanda e no Huambo e sua compara o com os geradores el ctricos tanto em sistemas dependentes como independentes Maia 2008 Refer ncias bibliogr ficas Ramlow Bob Nusz Benjamim Solar Water Heating A comprehensive Guide To Solar Water a
267. va qualquer neste processo toda a corrente do gerador FV pode circular quando a bateria encontra se num estado de baixa carga e a medida que as baterias aproximam se da carga completa o controlador e as cargas resistivas dissipam uma parte da energia do gerador FV para que uma corrente mais reduzida flua para as baterias Quando as baterias se aproximam do SOC completo a corrente descai at a uma carga pontual gt Para al m de sem aplicados nos sistemas FVs estes controladores tamb m podem ser aplicados em sistemas e licos micro h dricos etc As necessidades de ventila o e de instala o de um diodo para poder evitar a ocorr ncia do fluxo de corrente inversa durante os per odos nocturnos s o provavelmente as duas desvantagens mais significativas dos controladores de carga desviadores 8 7 5 Controlares de carga de pulso com largura modulada PWM Estes controladores s o os mais comuns para aplica es de sistemas FVs residenciais Eles afunilam a carga atrav s da desactiva o r pida da corrente de carga completa quando as baterias atingem SOC completo gt neste processo o comprimento do pulso da corrente de carga diminui gradualmente a medida que a tens o aumenta reduzindo deste modo a corrente m dia que flui para as baterias A maioria dos controladores PWM possui um sistema integrado de preven o contra o fluxo de corrente 13 inversa nos per odos nocturnos
268. versores independentes Os inversores independentes s o instalados em sistemas FVs independentes Eles devem possuir as seguintes caracter sticas b sicas Elevada capacidade de surto de corrente devem possuir a capacidade de produzir correntes suficientemente altas para arrancar motores el ctricos e ou suportar v rias cargas em simult neo Protec o contra sobretens es Baixo conte do harm nico Sinaliza o autom tica ou encerramento autom tico em caso de n vel de bateria baixo Selagem apropriada Capacidade de carregamento das baterias Arranque e paragem autom tica da fonte energ tica adicional permite lhes serem programados para arrancar e encerrar o gerador FV automaticamente sempre que o n vel de carga das baterias estiver baixo ou muito alto respectivamente 9 7 Inversores dependentes com baterias Estes inversores s o mais complexos que os inversores independentes e dependentes simples pois executam fun es correspondentes aos dois quase em simult neo isto fornecem o excedente de energia rede el ctrica fornecem energia as 106 Inversores cargas de reserva cargas cr ticas durante falhas el ctricas e ainda carregam as baterias do sistema durante as falhas el ctricas 9 8 Dimensionamento especificac o Na projecg o de um sistema FV o inversor dimensionado em fung o da capacidade total pot ncia total do gerador FV e normalmente para uma pot nc
269. voltaicos sua aplica o amp viabilidade econ mica Ventos das turbul ncias As turbul ncias resultam do movimento do ar atmof rico atrav s de superf cies r gidas isto superf cies que t m uma forma completamente definida e inalter vel O De uma forma geral os corpos ou objectos s lidos comuns como rvores edif cios veiculos autom veis etc possuem uma forma definida ou seja s o corpos r gidos como tal actuam como obst culos ao movimento dos ventos podendo alterar o seu curso normal o que faz com que os ventos efectuem movimentos compledamente bruscos e desordenados como pode se observar no segundo perfil dos ventos da figura 10 2 Esta movimentag o brusca e desorganizada do fluxo dos ventos designada vulgarmente por turbul ncia Y Na projec o dos sistemas e licos devem se evitar sempre que poss vel os ventos turbulentos pois eles apresentam as seguintes desvantagens aos sistemas e licos gt Provocam grandes danos nas turbinas e licas no caso das microturbinas ultraleves que geralmente s o instaladas em torres ou mastros de dimens es reduzidas elas podem ser literalmente distru das pelas turbu ncias gt Diminuem consideravelmente o campo energ tico dos geradores e licos Y gt Provocam vibra es mec nicas indesaj veis e o aparecimento de cargas desiguais nas p s das turbinas que t m como consequ ncia o enfraquecimento das turbina

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Sua aplicação & Viabilidade económica

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