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.

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.

Distributed solar micro generation

Taking into account the fact that the sun’s radiation is estimated to be enough to cover 10.000 times the world’s total energy needs (BRAKMANN & ARINGHOFF, 2003), it is difficult to understand how solar photovoltaic systems (PV) are still such a small part of the energy source matrix across the globe. Though there is an ongoing debate as to whether energy consumption leads to economic growth or whether it is the other way around, the two variables appear correlated and it is clear that ensuring the availability of energy to match a country’s growth targets is one of the prime concerns for any government. The topic of centralized vs distributed electricity generation is also approached, especially in what regards the latter fit to developing countries needs, namely the lack of investment capabilities and infrastructure, scattered population, and other factors. Finally, Brazil’s case is reviewed, showing that the current cost of electricity from the grid versus the cost from PV solutions still places an investment of this nature with 9 to 16 years to reach breakeven (from a 25 year panel lifespan), which is too high compared to the required 4 years for most Brazilians. Still, recently passed legislation opened the door, even if unknowingly, to the development of co-owned solar farms, which could reduce the implementation costs by as much as 20% and hence reduce the number of years to breakeven by 3 years.

Multifunctional converter to interface renewable energy sources and electric vehicles with the power grid in smart grids context

This paper proposes a multifunctional converter to interface renewable energy sources (e.g., solar photovoltaic panels) and electric vehicles (EVs) with the power grid in smart grids context. This multifunctional converter allows deliver energy from the solar photovoltaic panels to an EV or to the power grid, and exchange energy in bidirectional mode between the EV and the power grid. Using this multifunctional converter are not required multiple conversion stages, as occurs with the traditional solutions, where are necessary two power converters to integrate the solar photovoltaic system in the power grid and also two power converters to integrate an off-board EV battery charger in the power grid (dc-dc and dc-ac power converters in both cases). Taking into account that the energy provided (or delivered) from the power grid in each moment is function of the EV operation mode and also of the energy produced from the solar photovoltaic system, it is possible to define operation strategies and control algorithms in order to increase the energy efficiency of the global system and to improve the power quality of the electrical system. The proposed multifunctional converter allows the operation in four distinct cases: (a) Transfer of energy from the solar photovoltaic system to the power grid; (b) Transfer of energy from the solar photovoltaic system and from the EV to the power grid; (c) Transfer of energy from the solar photovoltaic system to the EV or to the power grid; (d) Transfer of energy between the EV and the power grid. Along the paper are described the system architecture and the control algorithms, and are also presented some computational simulation results for the four aforementioned cases. It is also presented a comparative analysis between the traditional and the proposed solution in terms of operation efficiency and estimated cost of implementation.

Desenvolvimento de um concentrador solar com sistema de seguimento

Dissertação de mestrado em Engenharia Mecânica

Development of a data acquisition system to characterise sustainable energy technologies and to support Web-Based learning (DAQ-WBL)

Driven by concerns about rising energy costs, security of supply and climate change a new wave of Sustainable Energy Technologies (SET’s) have been embraced by the Irish consumer. Such systems as solar collectors, heat pumps and biomass boilers have become common due to government backed financial incentives and revisions of the building regulations. However, there is a deficit of knowledge and understanding of how these technologies operate and perform under Ireland’s maritime climate. This AQ-WBL project was designed to address both these needs by developing a Data Acquisition (DAQ) system to monitor the performance of such technologies and a web-based learning environment to disseminate performance characteristics and supplementary information about these systems. A DAQ system consisting of 108 sensors was developed as part of Galway-Mayo Institute of Technology’s (GMIT’s) Centre for the Integration of Sustainable EnergyTechnologies (CiSET) in an effort to benchmark the performance of solar thermal collectors and Ground Source Heat Pumps (GSHP’s) under Irish maritime climate, research new methods of integrating these systems within the built environment and raise awareness of SET’s. It has operated reliably for over 2 years and has acquired over 25 million data points. Raising awareness of these SET’s is carried out through the dissemination of the performance data through an online learning environment. A learning environment was created to provide different user groups with a basic understanding of a SET’s with the support of performance data, through a novel 5 step learning process and two examples were developed for the solar thermal collectors and the weather station which can be viewed at http://www.kdp 1 .aquaculture.ie/index.aspx. This online learning environment has been demonstrated to and well received by different groups of GMIT’s undergraduate students and plans have been made to develop it further to support education, awareness, research and regional development.

Einbindung von Solar- und Windkraft-Anlagen in dezentrale Energieversorgungssysteme

Dezentrale Energieversorgung; Regenerative Energien; Kraft-Wärme-Kopplung; Windkraft; Photovoltaik; Solarthermie; Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung; Bewertungskriterien dezentraler Energieversorgung

Degradació en planta pilot de colorants reactius mitjançant el procés de foto-Fenton assistit amb llum solar: aplicació del procés com a pre-tractament d'un procés biològic

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Plataforma Solar de Almería entre desembre del 2006 i gener del 2007. S’ha dut a terme la degradació en planta pilot dels colorants reactius Procion Red H-E7B i Cibacron Red FN-R mitjançant el procés de foto-Fenton aplicat com a tractament únic i com a pretractament d’un procés biològic. El procés de foto-Fenton, assistit amb llum solar, es va realitzar en un fotoreactor solar tipus Col•lector Parabòlic Compost (CPC) i el tractament biològic en un Reactor de Biomassa Immobilitzada (RBI). Com a punt de partida, i amb l’objectiu d’estudiar la reproductibilitat del sistema, es van prendre resultats obtinguts d’experiments realitzats prèviament a escala de laboratori i amb llum artificial. El paràmetre Carboni Orgànic Total (COT) es va emprar com a indicador de l’eliminació dels colorants i dels seus intermedis. En aplicar únicament el procés de foto-Fenton com a tractament, concentracions de 10 mg•l-1 de Fe (II) i 250 mg•l-1 de H2O2 per degradar 250 mg•l-1 Procion Red H-E7B, i de 20 mg•l-1 de Fe (II) i 500 mg•l-1 de H2O2 per degradar 250 mg•l-1 Cibacron Red FN-R, van reproduir els resultants obtinguts al laboratori, amb uns nivells d’eliminació de COT del 82 i 86%, respectivament. A més, l’ús beneficiós de la llum solar en el procés de foto-Fenton, juntament amb la configuració del CPC, van incrementar la velocitat de degradació respecte als resultats previs, permetent la reducció de la concentració de Fe (II) de 10 a 2 mg•l-1 (Procion Red H-E7B) i de 20 a 5 mg•l-1 (Cibacron Red FN-R) sense pèrdues d’efectivitat. D’altre banda, el sistema combinat foto-Fenton/tractament biològic en planta pilot, unes concentracions d’oxidant de 225 mg•l-1 H2O2 per Cibacron Red FN-R i 65 mg•l-1 H2O2 per Procion Red H-E7B van ser suficients per generar solucions intermèdies biodegradables i alimentar així el RBI, millorant inclús els resultats obtinguts prèviament al laboratori.

L'energia solar fotovoltaica com una alternativa en els espais urbans

Estudi realitzat per avaluar la possibilitat i viabilitat d’instal·lació de panells solar fotovoltaics als terrats de les comunitats de veïns del Districte de l’Eixample de Barcelona. La seva finalitat és conscienciar a la població sobre la problemàtica actual del canvi climàtic fent ús de la ciutat com a element clau per a fomentar l’estalvi de consum energètic i la reducció d’emissions de diòxid de carboni (CO2). Els resultats obtinguts ens donen un valor aproximat de la superfície i potència necessària pels habitants de la ciutat de Barcelona i Catalunya, per tal de cobrir el seu consum d’electricitat d’ús domèstic amb energia solar fotovoltaica, així com una comparativa amb els resultats obtinguts en el Districte de l’Eixample en les dimensions: socio-econòmica, mediambiental i política.

L'energia solar fotovoltaica

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. Després d'una breu introducció sobre l'energia solar, l'estudi analitza quin és el procés de fabricació que se segueix per fer les plaques solars fotovoltaiques policristal·lines i monocristal·lines i quin és el seu funcionament. És a dir, com és possible obtenir energia elèctrica gràcies a la llum del Sol. També es descriuen les instal·lacions autònomes i les connectades a la xarxa, així com els elements que les integren. S'inclou, a més, un punt explicant quins són els factors que condicionen l'obtenció d'energia i els avenços més recents en aquest camp de la tecnologia. Per finalitzar la part teòrica, s'analitza una instal·lació fotovoltaica situada a Cervera i la seva producció. Pel que fa al treball de camp, es va construir un seguidor solar.

Cap a l'autosuficiència energètica: barri La Plana, Sitges

En el present estudi s’ha analitzat si és possible l’autosuficiència energètica al barri projectat de La Plana de Sitges a partir de fonts renovables d’energia. S’ha realitzat un anàlisi de l’oferta potencial del barri de La Plana, format per habitatges unifamiliars i plurifamiliars, serveis i equipaments i s’ha comparat el potencial de producció energètica dels recursos renovables locals a cada subsistema i pel sistema de La Plana. Diferenciant si són una Oferta estàndard (4.000 MWh/a) seguint la Normativa d’ecoeficiència de Sitges o bé una Oferta renovable (19.000 MWh/a) segons un Ecobarri proposat en aquest projecte a partir d’energia solar fotovoltaica i tèrmica. En l’estudi de la demanda, diferenciant entre una Demanda estàndard (39.000 MWh/a), respon al total de La Plana seguint el consum d’un habitatge tipus de la mitjana catalana (ICAEN, 2002) i una Demanda eficient (20.800 MWh/a) seguint un model de baix consum projectat en un Ecobarri de Barcelona. (Vallbona, 2009). Per analitzar de forma detallada les variables d’oferta i demanda, s’han proposat quatre escenaris diferents on es valoren l’autosuficiència energètica del sistema de la Plana i aspectes ambientals d’emissions derivades de la utilització de l’energia. El primer escenari és l’estàndard i és el resultat d’analitzar conjuntament una oferta i una demanda estàndard. Al segon escenari conflueixen una Oferta Estàndard i una Demanda Eficient. En el tercer escenari coincideixen una Oferta Renovable i una Demanda Estàndard. El quart i últim escenari respon a la proposta d’Ecobarri on l’Oferta és renovable i la Demanda eficient. Tanmateix, s’ha realitzat un estudi sobre els aspectes econòmics de La Plana que s’estimen en uns beneficis per la venda de l’energia d’uns 5 milions d’euros anuals i uns costos d’instal·lació de 80 milions d’euros. Finalment s’ha constatat que és possible assolir una autosuficiència del 90% a l’escenari Ecobarri (oferta renovable - demanda eficient). Mitjançant la instal·lació de sistemes de captació solar a les cobertes, cobrint el 100% de la demanda d’ACS, i captadors solars FV, ambdues estratègies són viables i representen beneficis econòmics i una reducció d’emissions de l’ordre de 13.700 Tn CO2 equivalents anuals que suposen un estalvi del 88% respecte un escenari d’oferta i demanda estàndard.

Projecte d'energia solar tèrmica

El proyecto consiste en el diseño de una instalación solar térmica para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en un edificio de nueva construcción en la localidad de Mollerussa (Lleida). Se han estudiado las necesidades térmicas de ACS en atención a las características constructivas y funcionales del edificio, dando cumplimiento a la normativa vigente. Conocida la demanda energética esperada, se han analizado los datos climatológicos y de temperatura de red de agua fría propios del emplazamiento, y se ha propuesto un campo de captación compuesto por captadores planos y los distintos subconjuntos que componen la instalación: acumulación, transferencia térmica, trazado hidráulico, regulación y control, y energía auxiliar. Con ello se ha llevado a cabo una simulación energética mediante la herramienta TSOL, software de simulación solar recomendado por entidades de reconocido prestigio, para comprobar que se han alcanzado los objetivos del sistema propuesto. Por último, se ha realizado un estudio del beneficio medioambiental que supone la instalación proyectada, indicando el ahorro energético para el usuario y las toneladas equivalentes de dióxido de carbono evitadas.

Anàlisi i disseny d'un programari de Gestió Remota d'un Parc Modular d'Energia Solar

Anàlisi i disseny d'una aplicació per gestionar de manera remota l'activitat d'un parc d'energia solar fotovoltaica.

The second law of thermodynamics and the global climate system : A review of the maximum entropy production principle

The long-term mean properties of the global climate system and those of turbulent fluid systems are reviewed from a thermodynamic viewpoint. Two general expressions are derived for a rate of entropy production due to thermal and viscous dissipation (turbulent dissipation) in a fluid system. It is shown with these expressions that maximum entropy production in the Earth s climate system suggested by Paltridge, as well as maximum transport properties of heat or momentum in a turbulent system suggested by Malkus and Busse, correspond to a state in which the rate of entropy production due to the turbulent dissipation is at a maximum. Entropy production due to absorption of solar radiation in the climate system is found to be irrelevant to the maximized properties associated with turbulence. The hypothesis of maximum entropy production also seems to be applicable to the planetary atmospheres of Mars and Titan and perhaps to mantle convection. Lorenz s conjecture on maximum generation of available potential energy is shown to be akin to this hypothesis with a few minor approximations. A possible mechanism by which turbulent fluid systems adjust themselves to the states of maximum entropy production is presented as a selffeedback mechanism for the generation of available potential energy. These results tend to support the hypothesis of maximum entropy production that underlies a wide variety of nonlinear fluid systems, including our planet as well as other planets and stars