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Relatório Parque Fotovoltaico
Relatório Parque Fotovoltaico
Relatório Parque Fotovoltaico
Executado por:
Eva Kaná 6832
Fábio Oliveira 6844
Orientado por:
Duarte Alves
Entregue em:
21-10-2009
Parque fotovoltaico na ESTG
1. Resumo
Índice
1. Resumo .............................................................................................................. 2
2. Objectivo ............................................................................................................ 5
3. Parque fotovoltaico ............................................................................................ 6
4.1.1. Generalidades................................................................................................. 6
A energia solar como uma energia renovável ................................................ 6
Energia solar / Radiação solar ........................................................................ 7
Como se processa o aproveitamento da energia solar? .................................. 9
Energia solar fotovoltaica............................................................................. 11
Componentes de um parque solar ................................................................ 11
Silício monocristalino .................................................................................. 12
Silício policristalino ..................................................................................... 12
Silício amorfo ............................................................................................... 13
Vantagens e desvantagens da energia solar fotovoltaica ............................. 13
4. Projecto do parque fotovoltaico na ESTG ....................................................... 14
5.1. Caracterização da área para a implantação do parque fotovoltaico ................ 14
Terraço do edifício principal: ............................................................................ 14
Terraço da Biblioteca ......................................................................................... 14
Zona relvada do lago.......................................................................................... 15
Conclusão........................................................................................................... 15
Medidas do terreno na planta do local (em m) .................................................. 15
Dados da radiação do sol .............................................................................. 16
5. Projectos de colocação dos painéis fotovoltaicos ............................................ 16
6.1. Características do painel solar fotovoltaico .................................................... 16
Disposição dos painéis solares fotovoltaicos no terraço da Biblioteca ........ 17
6.2. Características do inversor .............................................................................. 19
6. Cálculos ........................................................................................................... 19
Ângulo dos painéis........................................................................................... 19
Energia recebida com painéis inclinados ......................................................... 20
Amortização do investimento .......................................................................... 21
7. Conclusão......................................................................................................... 23
Tabela 1...................................................................................................................... 13
Tabela 2...................................................................................................................... 16
Tabela 3...................................................................................................................... 16
Tabela 4...................................................................................................................... 19
Tabela 5...................................................................................................................... 19
Tabela 6...................................................................................................................... 21
Tabela 7...................................................................................................................... 22
Tabela 8...................................................................................................................... 22
2. Objectivo
Os objectivos do presente trabalho são:
a) Definir uma área na ESTG;
b) Estudo da implantação dos painéis fotovoltaicos:
Tipo;
Número;
Disposição;
c) Análise do potencial solar dos painéis fotovoltaicos:
Relação consumo/rendimento;
d) Análise económica para posterior amortização do investimento;
e) Impactos (visual e ambiental);
f) Conclusões sobre se o projecto será ou não rentável.
3. Parque fotovoltaico
4.1.1. Generalidades
Viana do Castelo estende-se entre o mar e o rio Lima, num amplo vale delimitado,
a norte, pelo monte de Santa Luzia. Nesta cidade situa-se o Instituto Politécnico de
Viana do Castelo (IPVC), com o pólo da Escola Superior de Tecnologia e Gestão
(ESTG) situada em frente à praia Norte. Este é um distrito com aproximadamente 2400
horas anuais de sol, em que não sendo o distrito de Portugal a beneficiar de mais tempo
de exposição solar, pode ultrapassar alguns países da Europa.
origem de outras fontes de energia. Quer isto dizer que as fontes de energia existentes
são, em última instância, derivadas da energia do sol. A vida na Terra depende
totalmente do sol.
Portugal é um dos países da Europa com maior disponibilidade da energia do sol.
Como se pode observar na figura 1, o nosso país tem uma insolação que varia entre os
2200 a 3000 horas de sol por ano, em termos energéticos,
a radiação diária média varia entre 14 a 17 MJ/m2. Assim,
Portugal está muito acima da média da Europa referente à
insolação, com apenas cerca de 1750 horas anuais.
Em conclusão, é fácil perceber que todas e quaisquer
medidas de desenvolvimento da energia solar têm de ser
feitas de forma coordenada, balanceada e em estreita
ligação com os vários agentes responsáveis nestas áreas e
em áreas anexas, fazendo também passar ao público em
geral este tipo de iniciativas de forma a criar sinergias
entre os utilizadores e os responsáveis, e não cometer
erros de isolamento do público em geral, que será o
verdadeiro motor de arranque do desenvolvimento deste
tipo de energia, uma vez que será ele o principal
Figura 1 Número de horas de sol
beneficiado em termos de economia energética,
nos distritos de Portugal.
monetária e de aumento de conforto.
O total da energia solar que chega à superfície da Terra por ano é superior a 10.000
vezes o consumo total da energia da humanidade. Em apenas 20 minutos o sol fornece à
Terra tanta energia como a que toda a humanidade consome num ano.
A radiação disponível à superfície terrestre divide-se em três componentes:
1. Directa: a que vem directamente desde o disco solar;
2. Difusa: a proveniente de todo o céu excepto do disco solar, das nuvens, gotas de
água etc;
3. Reflectida: proveniente da reflexão no chão e dos objectos circundantes
(albedo).
A soma destas três componentes é a radiação global e representa cerca de 1000
W/m2, sendo este um valor considerado num dia de céu limpo ao meio-dia, o qual é
afectado fortemente pela posição do sol em relação ao local, ou seja, irá variar
significativamente em função da altura do ano (estações), em consequência do
movimento de translação do planeta. A restante radiação é absorvida ou reflectida para
fora da atmosfera pelos elementos atmosféricos.
Para que os colectores estejam “virados” ao sol o maior número de horas possível e
durante o período do dia em que a potência irradiada pelo sol é máxima, os colectores
devem ser orientados para sul geográfico (fig. 4), que actualmente para Portugal,
coincide praticamente com o sul magnético.
As regras expostas são básicas e ideais para uma correcta instalação de colectores
solares e devem ser o ponto de partida para avaliar o potencial de um determinado local.
O facto de, por vezes, não se dispor das condições de instalação óptimas referidas,
não é sinónimo de impossibilidade de instalação de um colector solar. Na prática podem
existir algumas condicionantes, como por exemplo, um telhado sem inclinação e
orientação ideais, sombreamentos, obstáculos, etc., o que não quer dizer que não se
possa aplicar energia solar. Por exemplo, um desvio de 30º na orientação do colector em
relação ao sul, traduz-se numa penalização na energia captada na ordem dos 4%.
O instalador, que deve ser certificado, estará em condições de analisar situações que
não se enquadrem nas situações ideais e identificar as soluções que melhor se adequam.
Deste modo, é de salientar que para a disposição dos painéis será necessário um
estudo prévio da radiação solar incidente no local para proceder à respectiva instalação
tendo em conta a inclinação, a área e o número de painéis fotovoltaicos.
Silício monocristalino
Este é o colector historicamente mais usado e comercializado como conversor directo
de energia solar em electricidade e a tecnologia para a sua fabricação é um processo
muito básico. É constituído por fatias de blocos de monocristais de silício crescente.
Chegam a ter uma espessura de 2 µm. São, então, constituídos por células de silício
monocristalino, as quais apresentam uma estrutura cristalina com elevada pureza de
silício, cerca de 98%. São os que se distinguem por uma elevada eficiência mantendo a
sua capacidade durante anos e por isso os mais caros.
Silício policristalino
As células de silício policristalino são mais baratas relativamente às de silício
monocristalino, porque o custo de produção é inferior devido a necessitarem de menor
energia no seu fabrico e do seu processo de preparação ser menos rigoroso.
A eficiência, no entanto, cai um pouco em comparação com as células de silício
monocristalino. O processo de pureza do silício utilizada na produção das células de
silício policristalino é similar ao processo do silício monocristalino, o que permite
obtenção de níveis de eficiência compatíveis. Basicamente, as técnicas de fabricação de
células policristalinas são as mesmas na fabricação das células monocristalinas, porém
com menores rigores de controlo.
Ao longo dos anos, o processo de fabricação tem alcançado uma eficiência máxima
de 12,5% em escalas industriais e de 18% em laboratórios.
Silício amorfo
É constituído por células de silício amorfo que apresentam estrutura cristalina com
um grande grau de desordem na sua estrutura de átomos. São fabricados através de
metalização por vácuo de várias camadas de silício em cima de um material básico. É o
procedimento mais económico e de eficiência mais baixa.
Tabela 1
Terraço da Biblioteca
A biblioteca é constituída por 3 aglomerados em que o terraço nos dois
primeiros é completamente livre de obstáculos, deste modo, não haveria
impedimentos à instalação de painéis fotovoltaicos. Porém existe um baixo muro
à volta do terraço que seria facilmente corrigível com uma armadura em metal.
Além disso, no último existe uma série de clarabóias que, pelos mesmos motivos
anteriores, inviabilizariam a instalação de painéis.
Conclusão
Desta forma, concluímos que os melhores locais para a instalação dos painéis
fotovoltaicos, de modo a rentabilizar o espaço e tendo em conta a ausência de
obstáculos, seriam um dos primeiros aglomerados da biblioteca e a zona relvada do
lago.
Biblioteca
Área a maximizar: 264,5 m2
Zona relvada
Área total: 14 310 m2
Área do lago: 1 474 m2
Área a maximizar: 12 836 m2
Tabela 3
Potência (W em teste -/8%) 222 W
Número de células em série 60
Corrente no ponto máximo de potência 7,44 A
Tensão máxima potência ponto 29,84 V
Curto-circuito 7,96 A
Tensão em circuito aberto 37,20 V
Preço 1.285,00 €
Dimensões
Comprimento 1,645 m
Largura 0,990 m
Espessura 0,050 m
Peso 20 kg
Tabela 4
Potência 5000 W
Potência pico 10 000 W
Tensão entrada 24 V DC
Tensão saída 220 V AC
Frequência 50 Hz
Dimensões
Comprimento 46 cm
Largura 21 cm
Profundidade 15,5 cm
6. Cálculos
Ângulo dos painéis
Tendo como referência a altura do sol no primeiro e último dia de cada mês,
calculamos a altura média do sol para o dito período e através do relatório climatérico
que nos foi fornecido fizemos a correspondência com a quantidade de energia que cada
dia de cada mês recebe por metro quadrado na horizontal.
Tabela 5
Irradiação Solar Diária
Mês Altura do Sol ( ) na horizontal
(kWh/m2)
Janeiro 28,97 0,8
Fevereiro 40,26 1,3
Março 47,62 2
Abril 58,96 2,6
Maio 67,69 3,2
Junho 71,64 3,9
Julho 69,55 4,1
Agosto 62,07 3,7
Setembro 51,42 2,5
Com os valores anteriores calculamos a altura média a que o sol se encontra todo o
ano tendo em consideração a quantidade de energia que cada mês recebe; para isso
usamos uma média aritmética, isto é:
Tabela 6
Irradiação Solar Diária Irradiação Solar
Mês na horizontal Diária a
2
(kWh/m ) (kWh/m2)
Janeiro 0,8 0,95
Fevereiro 1,3 1,54
Março 2 2,37
Abril 2,6 3,08
Maio 3,2 3,79
Junho 3,9 4,62
Julho 4,1 4,86
Agosto 3,7 4,38
Setembro 2,5 2,96
Outubro 1,6 1,90
Novembro 1,0 1,18
Dezembro 0,7 0,83
Nota: Esta é uma aproximação grosseira, visto que o plano do painel apenas
pontualmente faz com a radiação solar.
Amortização do investimento
Tabela 7
Tabela 8
N.º de painéis 73
Potência instalada
Preço total dos painéis 93 805 €
N.º de inversores
Preço dos inversores 3 744 €
Preço Total 97 549 €
Energia ao ano (segundo relatório climático) 14 694,60 kWh
7. Conclusão
Balanço custo/benefício
13,59 toneladas
Carvão 800 ~ 1050 g/kWh
E a segurança?
Visto que o parque solar é constituído por partes estáticas, não existe
nenhum perigo subjacente.
8. Na nossa opinião…
No nosso ponto de vista, todas as medidas que incentivem e apoiem o
uso de energias renováveis são bem-vindas. Nesta linha de pensamento,
achamos que o projecto deveria de ser implementado, e para responder à
viabilidade económica, a energia produzida deveria ser vendida à rede.
9. Observações
Não foi realizado nenhuma disposição de painéis solares para a zona relvada visto
que esta tem uma área muito elevada e por isso seriam necessários vários painéis. Se se
pretender uma potência maior, então a área referida deverá ser escolhida. De referir
também que a biblioteca dispõe de dois terraços iguais, um dos quais faz parte do
estudo, e por isso se se pretender duplicar a potência instalada, pode-se aplicar este
estudo ao outro terraço.
10. Bibliografia
http://i.treehugger.com/images/2007/10/24/panel_fotovoltaico.jpg
http://mentenergica.com/index.php?option=com_content&task=view&id=21&Itemid
=20
http://pt.wikipedia.org/wiki/Inversor
http://www.ancruzeiros.pt/ancastros-sol-dec.html
http://www.apesen.pt/energiasolarfotovoltaica/energiasolarfotovoltaica.htm
http://www.astro.iag.usp.br/~maciel/teaching/artigos/sol2.jpg
http://www.cenfim.pt/doc/artigos/energia_solar.pdf
http://www.energiasealternativas.com/energia-solar.html
http://www.energiasrenovaveis.com/
http://www.smd.com.pt/smd_energy/energy/MODELO/regladores%20de%20cargas.
htm
http://www.teknosolar.com/painel-solar-atersa-a40m-p-
666.html?osCsid=9f89ee60a2646d1659659d13363bb80f
11. Anexos
Importante realçar que quanto mais próxima a imagem do Google Earth estiver do
chão, mais preciso será este método.