Energia solar fotovoltaica: contributo para um roadmapping do seu desenvolvimento tecnológico

Trabalho realizado sob orientação do Prof. António Brandão Moniz para a disciplina “Sócio-Economia da Inovação” do Mestrado Engenharia Integrado em Engenharia Electrotécnica e Computadores realizado na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (Portugal)

Produção de eletricidade a partir de energia solar fotovoltaica de larga escala PV e CPV na zona rural do município de Évora: área disponível e potencial técnico

No sentido de diminuir a dependência externa de energia nomeadamente de combustíveis fósseis, combater as alterações climáticas e colmatar o défice potencial de energia associada à dependência de energia hídrica, Portugal necessita aumentar o investimento noutras fontes de energia renovável (FER) para produção de eletricidade, nomeadamente na energia solar. Sendo uma das zonas com maior radiação solar da Europa (1 900 kWh/m2), Portugal não aproveita este recurso como poderia. O presente estudo avalia o potencial técnico de produção de energia solar fotovoltaica centralizado de larga escala (> 1 MW), no Concelho de Évora. Recorrendo ao sistema de informação geográfica ArcGIS, foram estimadas as áreas disponíveis e as áreas úteis potenciais para implementação de projetos de aproveitamento de energia solar fotovoltaica, por forma a calcular o potencial de potência instalada (MW) e de produção de energia elétrica (GWh/ano). Foram considerados diferentes cenários relativos ao uso do solo, no contexto do Plano Diretor Municipal, e ao tipo de projeto, tendo sido consideradas as tecnologias de sistema fotovoltaico sem concentração (PV) e de sistema fotovoltaico concentrado (CPV). No cenário mais restritivo sobre a ocupação do solo foi estimada uma área útil de 4 978 ha (cerca de 4% da área total do Município) que corresponde a um potencial técnico de produção de energia de 2 357 GWh/ano, se se considerar um sistema CPV com 1 MW de potência instalada. Para efeitos de comparação, esta produção corresponde a 9 vezes o valor do consumo de eletricidade anual do Concelho de Évora e a cerca de 5% do consumo anual de eletricidade em Portugal continental em 2012. O potencial muito significativo de produção de eletricidade solar é justificada pela disponibilidade de ocupação do solo, pelo declive suave do terreno e pelo excelente nível de radiação solar incidente. Da análise dos diversos cenários avaliados, concluiu-se que o sistema mais vantajoso, em termos de produção de energia por unidade de área, independentemente do cenário de ocupação do solo, é o sistema CPV de larga escala (20 a 30 MW) que apresenta valores de produção da ordem de 0,64 GWh/ha.

O caminho para a viabilidade económica e ambiental da energia fotovoltaica

É impensável viver hoje em dia sem energia. Mas é possível fornecer energia através de fontes menos poluentes e exploradas de forma sustentável. As fontes convencionais estão associadas a problemas como as alterações climáticas e a limitação de recursos. Dentro das energias renováveis, a energia solar fotovoltaica começa a ser competitiva com outras fontes de energia elétrica, devido à sua rápida evolução. O objetivo desta dissertação é identificar o potencial da energia fotovoltaica, tendo em conta os obstáculos económicos e ambientais e identificar qual o caminho a seguir para que sejam ultrapassados. Através da revisão económica, foi possível verificar que, ao longo dos últimos anos, a capacidade instalada global tem aumentado e os preços dos sistemas têm diminuído, mas isto não significa que a competitividade a nível global tenha sido atingida. O custo nivelado da eletricidade dos sistemas fotovoltaicos varia consoante a localização do sistema e segundo a literatura, atualmente, está entre os 0,72 €/kWh (China) e os 0,91 €/kWh (Japão). Em 2020, o LCOE de uma central fotovoltaica num local com valores elevados de radiação solar será inferior ao custo associado à maior parte das fontes convencionais. Na vertente ambiental, analisou-se a poluição gerada por este tipo de energia, bem como o consumo de recursos, onde foram admitidos pressupostos para uma leitura mais fácil dos dados de estudos de análise de ciclo de vida. É indispensável o uso desta ferramenta para determinar o potencial fotovoltaico e a sua evolução sustentável. Em relação às matérias-primas, o silício é abundante, apesar de ter custos energéticos avultados, enquanto que outros materiais como o índio e o telúrio são escassos, sendo necessário fazer uma extracção eficiente e otimizada. A literatura refere que o CdTe é das tecnologias fotovoltaicas que apresenta menos impactes, usa menos energia e, apesar de ser constituída por um metal pesado, as suas emissões são referidas como residuais. Relativamente a Portugal, apesar de ser um país com potencial, o investimento em sistemas fotovoltaicos, sobretudo residenciais, ainda não é vantajoso. Acontece atualmente uma situação caricata, na qual os sistemas sob regime geral são mais benéficos para o investidor que o sistemas com regime bonificado. O regime geral é mais rentável, se se considera uma tarifa de 0,140 €/kWh. Se considerarmos que num sistema de auto-consumo se remunera a energia produzida e consumida, este classifica-se como o melhor regime para se investir.

Viabilidade da aplicação da energia solar no reaquecimento de uma central termoeléctrica

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Contributos para a avaliação do potencial de produção de energia em contexto urbano – Caso de Beja, Portugal

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

Estudo e viabilidade técnico-económica de sistemas autónomos

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Optimização de células fotovoltaicas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Microelectrónica e Nanotecnologias

Aplicação do novo regime de produção distribuída de eletricidade renovável

A necessidade de reduzir a dependência energética externa de Portugal e contribuir para a mitigação das alterações climáticas, passa por uma aposta na produção de energia elétrica com origem em fontes renováveis. O elevado número de horas de Sol disponíveis e a redução dos custos dos painéis fotovoltaicos, atingindo-se a paridade em relação aos custos de compra de eletricidade pelo consumidor, tornou o aproveitamento doméstico da energia solar particularmente atraente. Nos anos recentes, face ao elevado défice tarifário, o Governo mudou a sua política de tarifas garantidas para produção de eletricidade renovável e a sua injeção na rede, substituindo-a pelo conceito de autoconsumo. Trata-se duma oportunidade estratégica que reduz o transporte de eletricidade e promove uma produção descentralizada, mas que implica um conhecimento detalhado da procura, incentivando o consumidor a gerir melhor a energia em sua casa. O presente estudo avalia a aplicação deste novo regime de produção distribuída de eletricidade renovável segundo duas abordagens. A primeira teve em conta uma amostragem muito simples dos consumos mínimos em moradias e apartamentos no Monte de Caparica, nas horas de maior produção de energia fotovoltaica. A segunda abordagem baseou-se em perfis individualizados de consumo de eletricidade para uma amostra de 19 moradias da cidade de Évora durante o ano de 2014. Foram calculados diversos parâmetros para três potências diferentes de painéis fotovoltaicos (200 Wp, 250 Wp e 500 Wp) tais como a produção fotovoltaica utilizada, poupança, gastos e período de retorno do investimento. O período de retorno teve por base preços de mercado de painéis fotovoltaicos. Os resultados obtidos permitiram identificar a melhor solução em termos de custo para cada moradia. Constatou-se que as potências dos painéis que melhor se adequavam às moradias estudadas são 250 Wp e 500 Wp com percentagens de utilização da eletricidade produzida acima dos 80%. As poupanças potenciais no consumo total de eletricidade situam-se entre os 7% e os 30% e os períodos de retorno do investimento entre os cinco e os doze anos.

Módulo fotovoltaico com seguimento da posição solar

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Desenvolvimento de uma ferramenta informática para avaliação económica de implementação de microgeração fotovoltaica em edifícios

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentável

Análise de ciclo de vida da tecnologia fotovoltaica em Portugal

É impensável viver nos dias de hoje sem energia eléctrica. Com o aumento das alterações climáticas, é fulcral substituir ou diminuir a dependência dos combustíveis fósseis, apostando em tecnologias de produção de energia mais limpas e amigas do ambiente. Neste seguimento, as energias renováveis surgem como uma boa alternativa a este problema. A tecnologia fotovoltaica aproveita a energia solar para a produção de electricidade, apresentando a vantagem de não produzir emissões durante a sua operação e ter um tipo de instalação distribuída, mas põe-se em causa o seu ciclo de vida. O principal objectivo desta dissertação é analisar o ciclo de vida da tecnologia fotovoltaica em Portugal, consistindo o objectivo secundário em comparar esta tecnologia com outras fontes de electroprodução, também em Portugal. Do ponto de vista ambiental, de maneira a ser possível identificar as fases críticas do ciclo de vida e comparar as tecnologias, foi utilizado o método Ecoblok, que fornece indicadores de desempenho. Após a análise, constatou-se que os principais impactes no ciclo de vida estão ligados à fase de produção da célula, montagem do painel e componentes do sistema (BOS). Os indicadores mais críticos são a extracção de recursos, emissão de gases de efeito de estufa e a poluição da água e do solo. Em relação à extracção de matérias-primas, o silício é abundante, mas requer elevadas quantidades de energia na sua transformação. Dentro dos tipos de tecnologia fotovoltaica, o silício monocristalino gera mais impactes ambientais comparado com o silício policristalino. Esta diferença está relacionada com o processo produtivo do silício monocristalino, um processo mais lento e com maior consumo de energia. Na comparação da tecnologia fotovoltaica com outras fontes de energia, verificou-se que a tecnologia de gás natural apresenta mais impactes gerados nos indicadores extracção de água, extracção de recursos e emissão de gases de efeito de estufa; já a tecnologia hídrica gera mais impactes no indicador uso do solo. Nos indicadores poluição da água e solo e poluição do ar, a tecnologia fotovoltaica apresenta o valor mais elevado de todas as tecnologias. A fonte de energia fotovoltaica apresenta a vantagem de ter uma produção mais estável e previsível durante o ano e de o seu horário de produção coincidir com as horas de maior consumo energético.

Inversor fotovoltaico para utilização em ambiente doméstico

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Impacto de cenários de alterações climáticas nos recursos energéticos renováveis: sistema elétrico português até 2070

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Gestão e Sistemas Ambientais