Estudo técnico-económico de um sistema solar termoelétrico com back-up a biomassa

Este trabalho consistiu no estudo técnico-económico (dimensionamento) de uma central térmica solar de torre norte, com back-up a biomassa (pellets) para produção de energia elétrica. A partir da plataforma PVGIS obteve-se a irradiação normal direta, DNI, da região do Alentejo, Portugal, segundo critérios descritos na secção 3.1. O valor anual obtido foi de 2319 !"ℎ/%&, valor este que foi convertido em energia elétrica, obtendo-se, assim, um montante de 105.761.800 kWh por ano, em 25 anos. Estas importâncias foram obtidas através dos equipamentos que constituem a central, entre eles o campo solar (composto por 2067 helióstatos com área total de 188097 %&), a torre (convertendo a concentração da DNI para energia térmica ao fluído de transferência de calor, HTF), o bloco de potência (composta por permutador de calor, turbina, gerador elétrico e outros) e com ajuda de uma caldeira a biomassa (pellets) que consome cerca de 24.001,23 toneladas de pellets por ano. O estudo económico foi realizado num modelo executável no Excel, calculando, assim, o custo total do sistema, 138.515.886,87 €. A partir deste valor calcularam-se os indicadores económicos (Valor Atualizado Líquido, VAL=-12.282540,28 €) com uma tarifa bonificada de 0,22114 €/kWh, que indica que o sistema termo solar com back-up a biomassa (pellets) não é viável economicamente (e o mesmo acontece com o sistema termo solar sem a biomassa). O dimensionamento técnico do sistema CSP de torre é feito a partir de um modelo matemático executado em Excel e MatLab e pelo software System Advisor Model, SAM e o da caldeira a pellets é concretizado também no Excel. Os resultados do modelo matemático foram comparados com os valores obtidos no SAM para o mês típico de julho comprovando, assim, as fórmulas e conceitos contidos no estado da arte. Realizou-se, também, uma comparação dos valores anuais do sistema obtidos no SAM com os valores reais da Gemasolar (em Espanha), demonstrando então a veracidade dos valores obtidos no dimensionamento feito para Portugal.

Light harvesting in solar cells using natural pigments from red fruits adsorbed to mesoporous TiO2

Nature has developed strategies to present us with a wide variety of colours, from the green of leaves to the bright colours seen in flowers. Anthocyanins are between these natural pigments that are responsible for the great diversity of colours seen in flowers and fruits. Anthocyanins have been used to sensitize titanium dioxide (TiO2) in Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs). DSSCs have become one of the most popular research topic in photovoltaic cells due to their low production costs when compared to other alternatives. DSSCs are inspired in what happens in nature during photosynthesis. A primary charge separation is achieved by means of a photoexcited dye capable of performing the electron injection into the conduction band of a wide band-gap semiconductor, usually TiO2. With this work we aimed to synthesize a novel mesoporous TiO2 structure as the semiconductor in order to increase the dye loading. We used natural occurring dyes such as anthocyanins and their synthetic flavylium relatives, as an alternative to the widely used metal complexes of Ru(II) which are expensive and are environmentally unsafe. This offers not only the chance to use safer dyes for DSSCs, but also to take profit of waste biological products, such as wine and olive oil production residues that are heavily loaded with anthocyanin dyes. We also performed a photodegradation study using TiO2 as the catalyst to degrade dye contaminants, such as those from the wine production waste, by photo-irradiation of the system in the visible region of the light spectrum. We were able to succeed in the synthesis of mesoporous TiO2 both powder and thin film, with a high capacity to load a large amount of dye. We proved the concept of photodegradation using TiO2 as catalyst. And finally, we show that wine production waste is a possible dye source to DSSCs application.

Historic and potential technology transition paths of grid battery storage: Co-evolution of energy grid, electric mobility and batteries

Scarcity of fuels, changes in environmental policy and in society increased the interest in generating electric energy from renewable energy sources (RES) for a sustainable energy supply in the future. The main problem of RES as solar and wind energy, which represent a main pillar of this transition, is that they cannot supply constant power output. This results inter alia in an increased demand of backup technologies as batteries to assure electricity system safety. The diffusion of energy storage technologies is highly dependent on the energy system and transport transition pathways which might lead to a replacement or reconfiguration of embedded socio-technical practices and regimes (by creating new standards or dominant designs, changing regulations, infrastructure and user patterns). The success of this technology is dependent on hardly predictable future technical advances, actor preferences, development of competing technologies and designs, diverging interests of actors, future cost efficiencies, environmental performance, the evolution of market demand and design and evolution of our society.

Comportamentos das famílias portuguesas em épocas de calor e durante a onda de calor de Agosto de 2003

RESUMO - Este estudo teve como principal objectivo a caracterização das atitudes e da adopção de medidas de protecção em períodos de calor e em particular conhecer aquelas que efectivamente foram adoptadas durante a onda de calor de Agosto de 2003 (29 de Julho a 15 de Agosto). Foi realizado um inquérito por via postal, aplicando um questionário aos indivíduos de 18 e mais anos das unidades de alojamento (UA), que constituem a amostra ECOS (Em Casa Observamos Saúde) do Observatório Nacional de Saúde. Estudaram-se 769 indivíduos, o que correspondeu a 25,6% da totalidade dos indivíduos elegíveis nas UA. Uma vez que a amostra ECOS não é autoponderada, foram ponderados os resultados das unidades de alojamento pela variável do Instituto Nacional de Estatística (INE) «número de famílias clássicas» por região e pela «população residente segundo o nível de instrução» obtidas pelos censos de 2001. Os comportamentos referidos como adoptados em épocas de calor que apresentaram maiores percentagens foram «tomar duches ou banhos» (84,6%), «ingestão de líquidos» (79,6%), «uso de roupa leve, larga e clara» (73,2%) e «tomar refeições leves» (53,7%). Durante a onda de calor de 2003, a maior parte da população (92,5%) leu, ouviu ou viu informação sobre os cuidados a ter durante a onda de calor, tendo sido a televisão (95,2%), a rádio (56,3%) e os jornais (49,3%) os meios de comunicação social mais referidos. Cerca de metade da população (51,4%) informou alguém, fundamentalmente a família, sobre os cuidados a ter. Com efeito, durante esta onda de calor verificou-se um maior cuidado em relação a comportamentos mais prejudiciais em épocas de maior calor. Por um lado, a população portuguesa andou menos ao sol (49,4%), fez menos viagens de carro/transportes à hora do calor (39,8%), realizou menos actividades que exigiriam esforço físico (32,5%) e também houve alguma preocupação em beber menos bebidas alcoólicas (26,5%). Por outro lado, aumentaram os comportamentos que já são mais habituais durante o período de Verão, tais como abrir as janelas durante a noite (40,8%), tomar refeições leves (46,7%), tomar mais duches ou banhos (58,5%), o uso de roupas leves largas e claras (42,5%) e o uso de ventoinhas (37,8%). A alteração do comportamento andar ou estar ao sol sem restrições aumenta com o número de meios de comunicação onde se obteve informação. Abrir as janelas de casa durante a noite e tomar duches ou banhos apresentou uma associação com o número de meios de comunicação onde se obteve informação e com o número de pessoas que prestaram informação. Ingerir líquidos e usar roupa leve, larga e clara mostrou também uma dependência do número de meios de comunicação onde se obteve informação.

Perylene Diimide acceptors: Fabrication and characterization of electron-only, hole-only devices and solar cells

The thrust towards energy conservation and reduced environmental footprint has fueled intensive research for alternative low cost sources of renewable energy. Organic photovoltaic cells (OPVs), with their low fabrication costs, easy processing and flexibility, represent a possible viable alternative. Perylene diimides (PDIs) are promising electron-acceptor candidates for bulk heterojunction (BHJ) OPVs, as they combine higher absorption and stability with tunable material properties, such as solubility and position of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level. A prerequisite for trap free electron transport is for the LUMO to be located at a level deeper than 3.7 eV since electron trapping in organic semiconductors is universal and dominated by a trap level located at 3.6 eV. Although the mostly used fullerene acceptors in polymer:fullerene solar cells feature trap-free electron transport, low optical absorption of fullerene derivatives limits maximum attainable efficiency. In this thesis, we try to get a better understanding of the electronic properties of PDIs, with a focus on charge carrier transport characteristics and the effect of different processing conditions such as annealing temperature and top contact (cathode) material. We report on a commercially available PDI and three PDI derivatives as acceptor materials, and its blends with MEH-PPV (Poly[2-methoxy 5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]) and P3HT (Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)) donor materials in single carrier devices (electron-only and hole-only) and in solar cells. Space-charge limited current measurements and modelling of temperature dependent J-V characteristics confirmed that the electron transport is essentially trap-free in such materials. Different blend ratios of P3HT:PDI-1 (1:1) and (1:3) show increase in the device performance with increasing PDI-1 ratio. Furthermore, thermal annealing of the devices have a significant effect in the solar cells that decreases open-circuit voltage (Voc) and fill factor FF, but increases short-circuit current (Jsc) and overall device performance. Morphological studies show that over-aggregation in traditional donor:PDI blend systems is still a big problem, which hinders charge carrier transport and performance in solar cells.