Sensitivity analysis of the efficiency of a parabolic-trough solar collector

The text presented below analyses the variation of the performance of a parabolic trough solar collector, when some of the parameters that govern its operation vary due to dirty mirror, degradation etc. In order to reach that point, it will be seen how the human has made use of solar energy with different purposes, through history until it has been reached the point where solar technology has the widespread use and in such a variety of technologies as it has today. As in this project, the technology analysed is the solar collectors, it is going to make more emphasis on solar thermal technology. They will be explained in detail how the parabolic trough collectors are, analysing from its different components, to its thermal performance. Once acquainted with this technology, it will be seen which tests will be carried out. Finally it is going to be explained how the model, used for the simulation and implementation of the relevant tests, has been developed. It will also be explained how the model has been validated, for once validated, proceed to the sensitivity analysis of the collectors.

Spatial and temporal downscaling of solar global radiation and mean air temperature from weather forecast data - an introductory numerical study and validation

This short paper presents a numerical method for spatial and temporal downscaling of solar global radiation and mean air temperature data from global weather forecast models and its validation. The final objective is to develop a prediction algorithm to be integrated in energy management models and forecast of energy harvesting in solar thermal systems of medium/low temperature. Initially, hourly prediction and measurement data of solar global radiation and mean air temperature were obtained, being then numerically downscaled to half-hourly prediction values for the location where measurements were taken. The differences between predictions and measurements were analyzed for more than one year of data of mean air temperature and solar global radiation on clear sky days, resulting in relative daily deviations of around -0.9±3.8% and 0.02±3.92%, respectively.

Annual Average Value of Solar Radiation and its Variability in Portugal

Solar resource assessment is essential for the different phases of solar energy projects, such as preliminary design engineering, financing including due diligence and, later, insurance phases. An important aspect is the long term resource estimation. This kind of estimation can only be obtained through the statistical analysis of long-term data series of solar radiation measurements, preferably ground measurements. This paper is a first step in this direction, with an initial statistical analysis performed over the radiation data from a national measurement network, consisting of eighty-nine meteorological stations. These preliminary results are presented in figures that represent the annual average values of Global Horizontal Irradiation (GHI) and its Variability in the Portuguese continental territory. These results show that the South of Portugal is the most suitable area for the implementation of medium to large scale solar plants.

Lake–atmosphere interactions at Alqueva reservoir: a case study in the summer of 2014

The study of lake–atmosphere interactions was the main purpose of a 2014 summer experiment at Alqueva reservoir in Portugal. Near-surface fluxes of momentum, heat and mass [water vapour (H2O) and carbon dioxide (CO2)] were obtained with the new Campbell Scientific’s IRGASON Integrated Open-Path CO2/H2O Gas Analyser and 3D Sonic Anemometer between 2 June and 2 October. On average, the reservoir was releasing energy in the form of sensible and latent heat flux during the study period. At the end of the 75 d, the total evaporation was estimated as 490.26 mm. A high correlation was found between the latent heat flux and the wind speed (R = 0.97). The temperature gradient between air and water was positive between 12 and 21 UTC, causing a negative sensible heat flux, and negative during the rest of the day, triggering a positive sensible heat flux. The reservoir acted as a sink of atmospheric CO2 with an average rate of −0.026 mg m−2 s−1. However, at a daily scale we found an unexpected uptake between 0 and 9 UTC and almost null flux between 13 and 19 UTC. Potential reasons for this result are further discussed. The net radiation was recorded for the same period and water column heat storage was estimated using water temperature profiles. The energy balance closure for the analysed period was 81%. In-water solar spectral downwelling irradiance profiles were measured with a new device allowing measurements independent of the solar zenith angle, which enabled the computation of the attenuation coefficient of light in the water column. The average attenuation coefficient for the photosynthetically active radiation spectral region varied from 0.849 ± 0.025 m−1 on 30 July to 1.459 ± 0.007 m−1 on 25 September.

Cálculo y mapeo de la radiación solar directa y difusa en Costa Rica (ING)

Knowledge of direct and diffuse solar radiation in the area is vital importance for the use of solar energy, since it is a prerequesite information for the assessment and design of solar energy system. The work presented here focus on calculation and plotting of contours values of direct and diffuse solar radiation maps based on sixty two scattered radiometric stations nation wide. In the plotting of these contours experimental and predicted values are used, these are compared with the period of dry and rainy season into the six main climate regions of Costa Rica: Central Valley, North Pacific, Central Pacific, South Pacific, North Zone and Caribbean Region. The observed daily mean levels of direct solar radiation oscillate between 6.1 and 10.1 MJ/m2 with higher values in the North Pacific, western part of the Central Valley and in the tops of the highest mountains. The lowest values agree with the North Zone and the Caribbean Region. The highest values of diffuse solar radiation agree with the North Zone and the South Pacific. It is observed an increase of 40% of the direct radiation during dry season months.

Silicon nanocrystals tailored for bioimaging and energy conversion

This thesis focus is the development of hybrid organic-inorganic systems based on Silicon Nanocrystals (SiNCs) with possible applications in the field of bioimaging and solar energy conversion. SiNCs were engineered thanks to the realization of a strong covalent Si-C bond on their surface, which allowed us to disperse them in different solvents with different final purpose. Chapter 1 introduces the basic properties of nanomaterials. Chapter 2 describes all the synthetic procedures to obtain the organic molecules-functionalized SiNCs. Chapter 3 illustrates an organic-inorganic antenna system based on SiNCs conjugated with diphenylanthracene (DPA) photoactive molecules, which was also embedded into Luminescent Solar Concentrators (LSC) made of a polymeric matrix. The optical and photovoltaic performances of this device were compared with the ones of a LSC embedded with a physical mixture made of SiNCs plus DPA at the same concentrations of the two components in the covalent system. Chapter 4 shows many different techniques to functionalize SiNCs with polyethylene glycol (PEG) chains in order to make them dispersible in water, for biomedical imaging applications. Chapter 5 presents the synthesis of dyes and/or SiNCs loaded Polymer Nanoparticles (PNPs) capable of excitation energy transfer (EET) mechanism. Chapter 6 is focused on the realization of photo-switchable systems based on azobenzene derivatives-functionalized SiNCs. These organic-inorganic hybrid materials were studied to possibly obtain a new light-driven response of SiNCs. In the end, chapter 7 reports the activity I followed in America, at The University of Texas at Austin, in the laboratory led by the professor Brian Korgel. Here I studied and compared the properties of high temperature hydrosilylated SiNCs and room temperature, radical promoted, hydrosilylated SiNCs.

Study of low grade temperature CCHP systems for the realization of zero power buildings

Combined Cooling Heat and Power Generation (CCHP) or trigeneration has been considered worldwide as a suitable alternative to traditional energy systems in terms of significant energy saving and environmental conservation. The development and evaluation of a solar driven micro-CCHP system based on a ORC cogenerator and an Adsorption Chiller (AC) experimental prototypes has been the focus of this PhD research. The specific objectives of the overall project are: • To design, construct and evaluate an innovative Adsorption Chiller in order to improve the performances of the AC technology. • To thermodynamically model the proposed micro-scale solar driven CHP system and to prove that the concept of trigeneration through solar energy combined with an organic Rankine turbine cycle (ORC) and an adsorption chiller (AC) is suitable for residential applications.

Sistematização do dimensionamento técnico e econômico de sistemas fotovoltaicos isolados por meio de programa computacional

One of the main referring subjects to the solar energy is how to compare it economically with other sources of energy, as much alternatives as with conventionals (like the electric grid). The purpose of this work was to develop a software which congregates the technical and economic main data to identify, through methods of microeconomic analysis, the commercial viability in the sizing of photovoltaic systems, besides considering the benefits proceeding from the proper energy generation. Considering the period of useful life of the components of the generation system of photovoltaic electricity, the costs of the energy proceeding from the conventional grid had been identified. For the comparison of the conventional sources, electric grid and diesel generation, three scenes of costs of photovoltaic panels and two for the factor of availability of diesel generation had been used. The results have shown that if the cost of the panels is low and the place of installation is more distant of the electric grid, the photovoltaic system becomes the best option.

Fitossociologia de um Cerrado denso em área de influência de torre de fluxo de carbono, Pé-de-Gigante, Parque Estadual de Vassununga, SP

O domínio do Cerrado compreende uma área contínua nos estados centrais do Brasil e áreas disjuntas em outros estados, incluindo São Paulo. Essa vegetação ocupava originalmente 21% do território brasileiro, restando atualmente apenas 21,6% de sua extensão original. A área recoberta por essa vegetação em São Paulo cobria 14% de sua área total e seus remanescentes recobrem menos de 1% da ocorrência original dessa vegetação. Estudos recentes indicam que o valor da produtividade líquida no Cerrado Pé-de-Gigante (SP) constitui um pequeno dreno de carbono e indicou que a sazonalidade foi o fator determinante do valor observado. Os estudos dos fluxos de carbono em ecossistemas terrestres são raramente acompanhados de abordagens ecofisiológicas de modo a explorar a relação funcional das espécies que compõem o ecossistema e os valores líquidos obtidos para o mesmo. Assim, o objetivo deste trabalho foi caracterizar estruturalmente a vegetação presente na área de maior influência da torre de fluxo instalada no Cerrado Pé-de-Gigante, visando possibilitar estudos relacionados à quantificação em longo prazo da dinâmica dos fluxos de água, energia e CO2 na vegetação de Cerrado. Para isso foram levantadas 20 parcelas (10 x 10 m) em 0,2 ha de Cerrado, e amostraram-se todas as plantas com perímetro ao nível do solo >6 cm (exceto lianas e árvores mortas). A distribuição das classes de diâmetro e estrutura vertical, assim como os parâmetros fitossociológicos foram analisados. Encontramos 1451 indivíduos, distribuídos em 85 espécies, 52 gêneros e 31 famílias. A densidade absoluta e área basal foram de 7255 ind. ha-1 e de 7,9 m².ha-1, respectivamente. A família Leguminosae apresentou o maior número de espécies (13). O Índice de diversidade de Shannon (H') foi 3,27 nats.ind-1. A distribuição em classes de diâmetro mostrou uma curva de "J" invertido, estando a maioria dos indivíduos na primeira classe. Concluímos que a área deve ser classificada como Cerrado denso, devido principalmente à dominância pela espécie arbórea Anadenanthera falcata, cuja ocorrência no estado foi relatada apenas em locais com solos ricos em saturação de bases na região das Cuestas Basálticas, devido também à maior área basal dos indivíduos, comparando com outros fragmentos de Cerrado. Além da espécie citada, Myrcia lingua e Xylopia aromatica, apresentaram os maiores IVI (Valor de importância).

Dual mode cooling house in the warm humid tropics

Passive techniques as an alternative to artificial cooling can bring important energy, environmental, financial, operational and qualitative benefits. However, regions such as the wet tropics can reach high levels of thermal stress in which passive means alone are unable to provide appropriate thermal comfort standards for some parts of the year. Despite a great accumulation of empirical information on the passive performance of houses for either free-running or conditioned modes, very little work has been done on the thermal performance of buildings that can operate with a mixed-running strategy in warm-humid climates. Buildings with such design features are able to balance the needs for comfort, privacy, and energy efficiency during different periods of the year. As free-running and conditioned modes are believed by many to be 'opposite' approaches, and have been presented as separate strategies, this paper demonstrates that not all parameters are directly opposite and a possible dual-mode integrated operation can be used for warm-humid locations for maximum comfort and minimum energy requirements. For this purpose, simulation runs using ESP-R (University of Strathclyde, ESRU, UK) were based on the climate data of Darwin (Australia) and on the ventilation styles of the house: free running and conditioned. Design features applicable to both, i.e. for a dual mode operation could be identified and the differences between conditioned and free running were demonstrated and proved not to be totally conflicting and therefore suitable for a dual mode operation. Different daily usage profiles (five use patterns were defined), and zoning of sleeping and living areas are presented. The dual mode use patterns compared to the base case house, for all the user possibilities, had improved performances of 17-52%, when compared to the free-running mode and 66-98% when compared to the conditioned mode. Simulation runs using other warm-humid climates (Miami, USA; Sao Luis, Brazil; Kuala Lumpur, Malaysia) were also conducted and compared to the results found for Darwin. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Introdução dos Painéis Fotovoltaicos como Elementos de Composição Arquitectónica

Imaginação, talvez a palavra mais cruel para “nós” arquitectos, o medo da folha em branco, o medo de uma nova e alternativa metodologia de projecto, o medo de investir em novas soluções, novos materiais, o medo de trabalhar com outros conceitos com novas regras, novas metas, em novas soluções construtivas que respondam ás novas necessidades “sustentáveis”, onde, precisamos urgentemente tirar partido dos nossos conhecimentos e tecnologias actuais na procura de tirar o máximo partido desta nova, limpa e inesgotável fonte de energia, o CLIMA.

Sistema de contagem de tráfego e classificação automática de veículos, em tempo real e sem fios

Esta tese tem por objectivo o desenho e avaliação de um sistema de contagem e classificação de veículos automóveis em tempo-real e sem fios. Pretende, também, ser uma alternativa aos actuais equipamentos, muito intrusivos nas vias rodoviárias. Esta tese inclui um estudo sobre as comunicações sem fios adequadas a uma rede de equipamentos sensores rodoviários, um estudo sobre a utilização do campo magnético como meio físico de detecção e contagem de veículos e um estudo sobre a autonomia energética dos equipamentos inseridos na via, com recurso, entre outros, à energia solar. O projecto realizado no âmbito desta tese incorpora, entre outros, a digitalização em tempo real da assinatura magnética deixada pela passagem de um veículo, no campo magnético da Terra, o respectivo envio para servidor via rádio e WAN, Wide Area Network, e o desenvolvimento de software tendo por base a pilha de protocolos ZigBee. Foram desenvolvidas aplicações para o equipamento sensor, para o coordenador, para o painel de controlo e para a biblioteca de Interface de um futuro servidor aplicacional. O software desenvolvido para o equipamento sensor incorpora ciclos de detecção e digitalização, com pausas de adormecimento de baixo consumo, e a activação das comunicações rádio durante a fase de envio, assegurando assim uma estratégia de poupança energética. Os resultados obtidos confirmam a viabilidade desta tecnologia para a detecção e contagem de veículos, assim como para a captura de assinatura usando magnetoresistências. Permitiram ainda verificar o alcance das comunicações sem fios com equipamento sensor embebido no asfalto e confirmar o modelo de cálculo da superfície do painel solar bem como o modelo de consumo energético do equipamento sensor.

Gestão sustentável da água em empreendimentos turísticos

O presente documento enquadra-se no âmbito do trabalho final do mestrado (TFM) do curso de Engenharia Civil, na área de especialização de Hidráulica, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, sob a forma de um projeto na fase de estudo prévio com o título ―Gestão Sustentável da Água no empreendimento turístico Parque de Campismo da Ilha do Pessegueiro situado em Porto Covo - Região de Turismo do Alentejo‖. Este trabalho é constituído essencialmente por 5 partes. Sendo a primeira uma breve introdução às questões a abordar, a segunda corresponde à discrição teórica do uso eficiente da água baseando-se no PNEUA (Programa nacional para o uso eficiente da água). Já a terceira parte é relativa ao atual sistema de utilização da água no Parque de campismo da ilha do pessegueiro (PCIP), sendo a quarta o estudo do desenvolvimento do projecto para a gestão eficiente da água no empreendimento e a quinta parte o estudo de viabilidade económica e financeira a implementar no projecto. Para além da implementação de medidas de poupança são também objetivos principais deste trabalho a reutilização da água através da recolha, o tratamento e armazenamento das águas residuais e aproveitamento das águas pluviais para posterior abastecimento do sistema de utilização em descargas sanitárias, lavagem de pavimentos e regas de espaços verdes. São, portanto, três os subsistemas de gestão eficiente da água que se pretende implementar. Dá-se importância ao estudo de viabilidade económica do projeto, cujo período de retorno do capital investido em capitais próprios e alheios é de seis anos. Este projeto pretende dar apoio técnico ao uso eficiente da água no PCIP, de forma a conseguir por um lado obter vantagens económicas e por outro proteger o ambiente. As vantagens económicas são interessantes para orientar os recursos financeiros para outros investimentos e as questões ambientais são a base de uma campanha, já em curso, para obtenção de certificação energética, em conjunto com outras práticas já em curso, nomeadamente a recolha seletiva de resíduos sólidos para recircular e aproveitamento de energia solar.

Efeito do sombreamento nos painéis fotovoltaicos

Trabalho Final para obtenção do grau Mestre em Engenharia Electrotécnica

Produção de hidrogénio por fotoeletrólise da água – aproveitamento do subproduto oxigénio

A noção de Economia relativa ao Hidrogénio no vocabulário dos líderes políticos e empresariais tem vindo a mudar sobretudo pela preocupação da poluição global, segurança energética e mudanças climáticas, para além do crescente domínio técnico dos cientistas e engenheiros. O interesse neste composto, que é o elemento mais simples e abundante no universo, está a crescer, devido aos avanços tecnológicos das células de combustível – as potenciais sucessoras das baterias dos aparelhos portáteis eletrónicos, centrais elétricas e motores de combustão interna. Existem métodos já bem desenvolvidos para produzir o hidrogénio. Contudo, destacase a eletrólise da água, não só por ser um método simples mas porque pode utilizar recursos energéticos renováveis, tais como, o vento ou os painéis fotovoltaicos, e aumentar a sua eficiência. Os desafios para melhorar a utilização deste método consistem em reduzir o consumo, a manutenção e os custos energéticos e aumentar a confiança, a durabilidade e a segurança. Mais ainda, consistem em rentabilizar o subproduto oxigénio pois é um gás industrial e medicinal muito importante. Neste trabalho, estudou-se a viabilidade económica da instalação de uma unidade de produção de hidrogénio e oxigénio puros por eletrólise da água, utilizando como fonte energética a energia solar, na empresa Gasoxmed – Gases Medicinais S.A., pretendendo num futuro próximo, comercializar o hidrogénio como fonte de energia, e por outro lado, aproveitar o subproduto oxigénio para utilização industrial. Projetou-se assim uma unidade utilizando um eletrolisador da marca Proton, modelo C30, com capacidade de produção gasosa de 3 kg/h (30 m3/h) de hidrogénio e 20 kg/h (15 m3/h) de oxigénio. Os gases produzidos são comprimidos num compressor da marca RIX a 200 bares para posterior armazenamento em cilindros pressurizados. Dimensionou-se ainda um sistema de miniprodução fotovoltaico com potência 250 kW para alimentar eletricamente a instalação. A realização do projeto na nova área de produção necessitará de 1.713.963€, os quais serão adquiridos por empréstimo bancário. Definiram-se todos os custos fixos associados ao projeto que perfazem um total de 62.554€/mês para os primeiros 5 anos (duração do crédito bancário) findo o qual diminuirão para 21.204€/mês. Da comercialização do hidrogénio, do oxigénio industrial e da eletricidade produzida no sistema de miniprodução de 250 kW, prevê-se um lucro mensal de 117.925€, perfazendo assim um total líquido mensal positivo de 55.371€ durante os primeiros 5 anos e a partir daí de 96.721€/mês, resultando uma amortização do investimento inicial no final do 3º ano.