Análise técnica e económico-financeira de um sistema de abastecimento de veículos zero emissões integrando um sistema fotovoltaico

Com o aumento da população mundial registado nos últimos anos surgiu também uma maior procura energética. Esse aumento foi inicialmente colmatado recorrendo essencialmente a fontes de origem fóssil, pelo facto destas serem mais baratas. No entanto, essa tendência de preços baixos sofreu o primeiro abalo nos anos 70 do século passado, altura em que o preço do petróleo disparou, devido a questões políticas. Nessa altura ficou visível para os países ocidentais o quanto estes eram dependentes dos países produtores de petróleo que, em geral, são instáveis politicamente. Começou então a procura de fontes energéticas alternativas. Além da questão económica do aumento do preço dos combustíveis, existe também o problema ambiental. Os maiores responsáveis pela emissão de gases efeito estufa (GEE) são os combustíveis fósseis. Os GEE contribuem para o aquecimento global, o que origina fenómenos ambientais severos que poderão levar a mudanças climáticas significativas. As energias renováveis apresentam-se como a solução mais viável ao problema energético e ambiental que se verifica actualmente, porque permitem colmatar o aumento da procura energética de uma forma limpa e sustentável. Na sequência destes problemas surgiram nos últimos anos veículos que permitem reduzir ou mesmo eliminar o consumo de combustíveis fósseis, como os veículos híbridos eléctricos, eléctricos e a hidrogénio. Nesta dissertação analisa-se um sistema que foi pensado para ser implementado em áreas de serviço, que permite efectuar o carregamento de electric vehicles (EV) utilizando energia eléctrica de origem fotovoltaica e a produção de hidrogénio para os fuels cell electric vehicles (FCEV). É efectuada uma análise económica do sistema, uma análise ambiental e analisou-se também o impacto na redução da dependência do país em relação ao exterior, sendo ainda efectuada uma pequena análise ao sistema MOBIE. No caso dos veículos a hidrogénio, foi determinada qual seria a melhor opção em termos económicos, para a produção de hidrogénio considerando três regimes de produção: recorrendo apenas à energia eléctrica proveniente do sistema fotovoltaico, apenas à energia eléctrica da rede, ou uma combinação dos dois regimes. O sistema estudado nesta dissertação apresenta um enorme potencial a nível energético e ambiental, surgindo como alternativa para abastecer os veículos que irão permitir, no futuro, eliminar a dependência energética em relação às fontes fósseis e ao mesmo tempo diminuir a quantidade de gases efeito estufa emitidos para a atmosfera.

Dimensionamento de uma central de miniprodução fotovoltaica para uma exploração agrícola direcionada à indústria de laticínios

Este documento apresenta o trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de “Dissertação/Projeto/Estágio”, do 2º ano do Mestrado em Energias Sustentáveis. O crescente consumo energético das sociedades desenvolvidas e emergentes, associado ao consequente aumento dos custos de energia e dos danos ambientais resultantes, promove o desenvolvimento de novas formas de produção de energia, as quais têm como prioridade a sua obtenção ao menor custo possível e com reduzidos impactos ambientais. De modo a poupar os recursos naturais e reduzir a emissão com gases de efeito de estufa, é necessária a diminuição do consumo de energia produzida a partir de combustíveis fósseis. Assim, devem ser criadas alternativas para um futuro sustentável, onde as fontes renováveis de energia assumam um papel fundamental. Neste sentido, a produção de energia elétrica, através de sistemas solares fotovoltaicos, surge como uma das soluções. A presente dissertação tem como principal objetivo a realização do dimensionamento de uma central de miniprodução fotovoltaica, com ligação à rede elétrica, em uma exploração agrícola direcionada à indústria de laticínios, e o seu respetivo estudo de viabilidade económica. A exploração agrícola, que serve de objeto de estudo, está localizada na Ilha Graciosa, Açores, sendo a potência máxima a injetar na Rede Elétrica de Serviço Público, pela central de miniprodução, de 10 kW. Para o dimensionamento foi utilizado um software apropriado e reconhecido na área da produção de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos – o PVsyst –, compreendendo as seguintes etapas: a) definição das caraterísticas do local e do projeto; b) seleção dos módulos fotovoltaicos; c) seleção do inversor; d) definição da potência de ligação à rede elétrica da unidade de miniprodução. Posteriormente, foram estudadas diferentes hipóteses de sistemas fotovoltaicos, que se distinguem na opção de estrutura de fixação utilizada: dois sistemas fixos e dois com eixo incorporado. No estudo de viabilidade económica foram realizadas duas análises distintas a cada um dos sistemas fotovoltaicos considerados no dimensionamento, nomeadamente: uma análise em regime remuneratório bonificado e uma análise em regime remuneratório geral. Os resultados obtidos nos indicadores económicos do estudo de viabilidade económica realizado, serviram de apoio à decisão pelo sistema fotovoltaico mais favorável ao investimento. Conclui-se que o sistema fotovoltaico com inclinação adicional é a opção mais vantajosa em ambos os regimes remuneratórios analisados. Comprova-se, assim, que o sistema fotovoltaico com maior valor de produção de energia elétrica anual, que corresponde ao sistema fotovoltaico de dois eixos, não é a opção com maior rentabilidade em termos económicos, isto porque a remuneração proveniente da sua produção excedente não é suficiente para colmatar o valor do investimento mais acentuado de modo a obter indicadores económicos mais favoráveis, que os do sistema fotovoltaico com inclinação adicional. De acordo com o estudo de viabilidade económica efetuado independentemente do sistema fotovoltaico que seja adotado, é recuperado o investimento realizado, sendo a remuneração efetiva superior à que foi exigida. Assim, mesmo tendo em consideração o risco associado, comprova-se que todos os sistemas fotovoltaicos, em qualquer dos regimes remuneratórios, correspondem a investimentos rentáveis.

Sistemas de bombagem de água utilizando energia solar fotovoltaica

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Autoconsumo fotovoltaico, um elemento de eficiência energética. Caso de estudo: ISEP

Mestrado em Energias Sustentáveis

Energia Solar Fotovoltaica como Fonte Alternativa de Produção de Energia Elétrica em Angola

Neste trabalho é efetuado o dimensionamento de sistemas fotovoltaicos para serem instalados em edificações localizadas em Angola com o objetivo de analisar a produção de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos. Utilizando o software PVsyst na versão 6.3.2 foram dimensionados três sistemas fotovoltaicos, dois sistemas destinados a ser instalados numa residência, um ligado à rede e o outro autónomo e por fim um sistema fotovoltaico ligado à rede para uma instalação industrial. A determinação dos custos de investimento nos três sistemas foi obtida de forma aproximada, tendo como base preços dos equipamentos no mercado Português e considerando os custos de importação de mercadorias no mercado Angolano. Para os sistemas ligados à rede é analisada a rentabilidade financeira do investimento durante o período de vida útil dos módulos fotovoltaicos considerando três cenários distintos. No primeiro cenário o valor da remuneração pela energia vendida pelo produtor é igual ao valor pago pela energia comprada. No segundo e terceiros cenário de análise económica pretende-se encontrar uma tarifa de energia que torne o investimento rentável com um período de amortização de 7 e 12 anos respetivamente.

A Genetic Algorithm for Solar Boat

Genetic algorithm has been widely used in different areas of optimization problems. Ithas been combined with renewable energy domain, photovoltaic system, in this thesis.To participate and win the solar boat race, a control program is needed and C++ hasbeen chosen for programming. To implement the program, the mathematic model hasbeen built. Besides, the approaches to calculate the boundaries related to conditionhave been explained. Afterward, the processing of the prediction and real time controlfunction are offered. The program has been simulated and the results proved thatgenetic algorithm is helpful to get the good results but it does not improve the resultstoo much since the particularity of the solar driven boat project such as the limitationof energy production

Using input-output data in life cycle inventory analysis

The impacts on the environment from human activities are of increasing concern. The need to consider the reduction in energy consumption is of particular interest, especially in the construction and operation of buildings, which accounts for between 30 and 40% of Australia's national energy consumption. Much past and more recent emphasis has been placed on methods for reducing the energy consumed in the operation of buildings. With the energy embodied in these buildings having been shown to account for an equally large proportion of a building's life cycle energy consumption, there is a need to look at ways of reducing the embodied energy of buildings and related products. Life cycle assessment (LCA) is considered to be the most appropriate tool for assessing the life cycle energy consumption of buildings and their products. The life cycle inventory analysis (LCIA) step of a LCA, where an inventory of material and energy inputs is gathered, may currently suffer from several limitations, mainly concerned with the use of incomplete and unreliable data sources and LCIA methods. These traditional methods of LCIA include process-based and input-output-based LCIA. Process-based LCIA uses process specific data, whilst input-output-based LCIA uses data produced from an analysis of the flow of goods and services between sectors of the Australian economy, also known as input-output data. With the incompleteness and unreliability of these two respective methods in mind, hybrid LCIA methods have been developed to minimise the errors associated with traditional LCIA methods, combining both process and input-output data. Hybrid LCIA methods based on process data have shown to be incomplete. Hybrid LCIA methods based on input-output data involve substituting available process data into the input-output model minimising the errors associated with process-based hybrid LCIA methods. However, until now, this LCIA method had not been tested for its level of completeness and reliability. The aim of this study was to assess the reliability and completeness of hybrid life cycle inventory analysis, as applied to the Australian construction industry. A range of case studies were selected in order to apply the input-output-based hybrid LCIA method and evaluate the subsequent results as obtained from each case study. These case studies included buildings: two commercial office buildings, two residential buildings, a recreational building; and building related products: a solar hot water system, a building integrated photovoltaic system and a washing machine. The range of building types and products selected assisted in testing the input-output-based hybrid LCIA method for its applicability across a wide range of product types. The input-output-based hybrid LCIA method was applied to each of the selected case studies in order to obtain their respective embodied energy results. These results were then evaluated with the use of a number of evaluation methods. These evaluation methods included an analysis of the difference between the process-based and input-output-based hybrid LCIA results as an evaluation of the completeness of the process-based LCIA method. The second method of evaluation used was a comparison between equivalent process and input-output values used in the input-output-based hybrid LCIA method as a measure of reliability. It was found that the results from a typical process-based LCIA and process-based hybrid LCIA have a large gap when compared to input-output-based hybrid LCIA results (up to 80%). This gap has shown that the currently available quantity of process data in Australia is insufficient. The comparison between equivalent process-based and input-output-based LCIA values showed that the input-output data does not provide a reliable representation of the equivalent process values, for material energy intensities, material inputs and whole products. Therefore, the use of input-output data to account for inadequate or missing process data is not reliable. However, as there is currently no other method for filling the gaps in traditional process-based LCIA, and as input-output data is considered to be more complete than process data, and the errors may be somewhat lower, using input-output data to fill the gaps in traditional process-based LCIA appears to be better than not using any data at all. The input-output-based hybrid LCIA method evaluated in this study has shown to be the most sophisticated and complete currently available LCIA method for assessing the environmental impacts associated with buildings and building related products. This finding is significant as the construction and operation of buildings accounts for a large proportion of national energy consumption. The use of the input-output-based hybrid LCIA method for products other than those related to the Australian construction industry may be appropriate, especially if the material inputs of the product being assessed are similar to those typically used in the construction industry. The input-output-based hybrid LCIA method has been used to correct some of the errors and limitations associated with previous LCIA methods, without the introduction of any new errors. Improvements in current input-output models are also needed, particularly to account for the inclusion of capital equipment inputs (i.e. the energy required to manufacture the machinery and other equipment used in the production of building materials, products etc.). Although further improvements in the quantity of currently available process data are also needed, this study has shown that with the current available embodied energy data for LCIA, the input-output-based hybrid LCIA appears to provide the most reliable and complete method for use in assessing the environmental impacts of the Australian construction industry.

Analysing building energy use using sub metering and external weather data

The Intergovernmental Panel on Climate Change and the McKinsey Greenhouse Gas abatement studies have highlighted reduction of building energy consumption as a primary cost-effective element in the abatement of Global Warming. Nevertheless, the energy investigation in most of our existing building stock remains at a novice level at best. Building sub-metering, by which we mean any secondary, hourly, metering (after the main) of various circuits, provides substantial information on when and where energy is used in specific buildings. Furthermore, combining this information with external weather data provides information beyond basic metering results. This paper discusses three case studies and explains how sub-metering, augmented by external solar and temperature data, benefits energy management and identified problems. It explains how different methods of analysing energy usage allowed: justifiable sizing of a solar photovoltaic system, with a calculated Cooling Degree Unit, identified the absence of savings from a proprietary chiller controller, and the energy variation due to user schedules and external conditions indicated anomalies in energy use. The advantages of wireless access are noted. Extracting information in graphical formats suggests better strategies to understand and control energy use.

Robust nonlinear distributed controller design for active and reactive power sharing in islanded microgrids

This paper presents a robust nonlinear distributed controller design for islanded operation of microgrids in order to maintain active and reactive power balance. In this paper, microgrids are considered as inverter-dominated networks integrated with renewable energy sources (RESs) and battery energy storage systems (BESSs), where solar photovoltaic generators act as RESs and plug-in hybrid electric vehicles as BESSs to supply power into the grid. The proposed controller is designed by using partial feedback linearization and the robustness of this control scheme is ensured by considering structured uncertainties within the RESs and BESSs. An approach for modeling the uncertainties through the satisfaction of matching conditions is also provided in this paper. The proposed distributed control scheme requires information from local and neighboring generators to communicate with each other and the communication among RESs, BESSs, and control centers is developed by using the concept of the graph theory. Finally, the performance of the proposed robust controller is demonstrated on a test microgrid and simulation results indicate the superiority of the proposed scheme under different operating conditions as compared to a linear-quadratic-regulator-based controller.

Desempenho de um painel fotovoltaico de baixa tensão, acoplado ao protótipo de um conversor dc/dc topologia Booster

Low voltage solar panels increase the reliability of solar panels due to reduction of in series associations the configurations of photovoltaic cells. The low voltage generation requires DCDC converters devices with high efficiency, enabling raise and regulate the output voltage. This study analyzes the performance of a photovoltaic panel of Solarex, MSX model 77, configured to generate an open circuit voltage of 10.5 V, with load voltage of 8.5 V, with short circuit current of 9 A and a power of 77 W. The solar panel was assembled in the isolated photovoltaic system configuration, with and without energy storage as an interface with a DCDC converter, Booster topology. The converter was designed and fabricated using SMD (Surface Mounted Devices) technology IC (integrated circuit) that regulates its output voltage at 14.2 V, with an efficiency of 87% and providing the load a maximum power of 20.88 W. The system was installed and instrumented for measurement and acquisition of the following data: luminosities, average global radiation (data of INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), solar panel and environment temperatures, solar panel and DC-DC converter output voltages, panel, inverter, and battery charge output currents. The photovoltaic system was initially tested in the laboratory (simulating its functioning in ideal conditions of operation) and then subjected to testing in real field conditions. The panel inclination angle was set at 5.5°, consistent with the latitude of Natal city. Factors such as climatic conditions (simultaneous variations of temperature, solar luminosities and ra diation on the panel), values of load resistance, lower limit of the maximum power required by the load (20.88 W) were predominant factors that panel does not operate with energy efficiency levels greater than 5 to 6%. The average converter efficiency designed in the field test reached 95%

Sistema de geração fotovoltaico multifuncional

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Desenvolvimento de um sistema de posicionamento automático para painéis fotovoltaicos

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Análise do comportamento da bateria utilizada em sistemas fotovoltaicos de pequeno porte pequeno

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Avaliação técnica e econômica da implantação de sistemas fotovoltaicos no Aeroporto Internacional de Belém

O presente trabalho apresenta uma avaliação técnica e econômica para a instalação de um sistema fotovoltaico conectado à rede (SFCR) para a eletrificação do Aeroporto Internacional Val-de-Cans, localizado na cidade de Belém – Pará - Brasil. Trata-se de da avaliação de implantação de um projeto piloto na Região Norte, onde estuda-se a implantação de um SFCR na cobertura do Terminal Aeroportuário, em uma área de aproximadamente 16.000 m². A avaliação técnica foi realizada com auxílio dos dados meteorológicos e do consumo de energia elétrica referentes ao período de 2011 a 2012, da elaboração de duas opções de projeto de SFCR, sendo a primeira proposta com 191 subsistemas utilizando módulos de silício policristalinos, totalizando uma potência nominal de 2,3 MWp (nas condições padrões) e a segunda proposta com 82 subsistemas utilizando módulos de silício amorfo, totalizando uma potência nominal de 1,04 MWp (nas condições padrões). Na avaliação técnica utilizou-se também um software para simular o desempenho dos sistemas propostos durante um ano, destacando-se a avaliação de perfis de irradiância para um dia ensolarado e outro nublado. A avaliação econômica baseou-se nos projetos elaborados, sendo decisiva na escolha do sistema fotovoltaico mais indicado para a implantação, pois a proposta 1 possui um investimento inicial de R$ 14.970.089,48, estimando-se a redução da energia consumida da concessionária pelo terminal aeroportuário em no máximo 34%, referente ao mês com maior irradiação solar, e em 24% no mês com menor irradiação solar. A proposta 1 se pagará, sem o auxílio de outras fontes contribuintes, em aproximadamente 21 anos. Já a proposta 2 possui um custo de investimento inicial de R$ 10.067.826,13, reduzindo a energia consumida da concessionária pelo terminal aeroportuário em no máximo 15% no mês de maior irradiação solar, e em 11% no mês de menor irradiação solar, contudo, essa proposta não se pagará sem o auxílio de outras fontes contribuintes. Como resultado, pretende-se demonstrar o percentual de redução do consumo de energia elétrica fornecida pela concessionária, além de divulgar esta alternativa energética promissora e contribuir para a preservação do meio ambiente.

Viabilidade técnica e econômica na utilização de um sistema fotovoltaico para alimentação de luminárias LED na Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá SP

Solar energy can be considered the largest source of energy available on earth and has attracted in recent decades, attention and interest for its rational use. The use of energy sources in a sustainable way is essential to the survival of future generations, due to the scarcity of natural resources and their exploitation in a disorderly way. This academic work aims to bring a possible alternative to reduce the consumption of eletrical energy, at the University of Engineering – Campus of Guaratinguetá, through the use of a photovoltaic system interconnected to the LED bulbs. For this, the necessary data for the design of the photovoltaic system componentes and their acquisition costs were obtained and three differents configurations were developed to choose the one that bests fits the studied case, considering the return time of the initial investment (payback)