Avalaição integrada da microgeração com sistemas fotovoltaicos - Caso de Estudo do edificio do laboratório de Aerodinâmica Industrial

Abstract

Esta tese resulta do trabalho realizado durante o segundo semestre do ano lectivo 2007/2008, no âmbito da Dissertação Final do Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente, no ramo da Tecnologia e Gestão do Ambiente. A crise energética que se tem vivido nos últimos anos contribuiu para o rápido desenvolvimento tecnológico das fontes alternativas de produção de energia, entre elas, a solar fotovoltaica. Presentemente, existe a possibilidade de utilizar os sistemas de microgeração para produzir energias mais limpas a partir de fontes renováveis, permitindo que pequenas habitações e empresas deixem de ser consumidores passivos de energia para se tornarem microprodutores. Esta dissertação tem como objectivo principal estudar a viabilidade da implementação de sistemas PV para microgeração em Portugal, no actual (e recente) contexto legal – Decreto-lei nº 363/2007, de 2 de Novembro. A investigação terá por base uma avaliação de carácter multi-dimensional que integra as dimensões: tecnológica, energética, ambiental e económica. Este objectivo será concretizado, em termos práticos, com a avaliação de um caso de estudo particular, a implementação de um sistema PV no edifício do LAI, com ligação directa à rede pública.

Os objectivos específicos deste projecto de investigação incluem a avaliação comparativa de quatro sistemas PV que abrangem duas tecnologias distintas de painéis PV (primeira e segunda geração) e dois tipos de sistemas de funcionamento do painel: estruturas de suporte de eixo fixo ou com acompanhamento solar. Os quatro sistemas PV serão abordados para estudar três cenários (cenário #1: injectar na rede a produção total de energia eléctrica, com potência de ligação de 3,68 kW; cenário #2: satisfazer os consumos internos do LAI, com potência de ligação de 3,68 kW; cenário #3: injectar o total produção de energia eléctrica, tendo em conta a área disponível na cobertura do LAI). Os resultados da modelação dos quatro sistemas PV em análise, para os três cenários considerados, serão usados para avaliar, numa perspectiva de ciclo de vida, os benefícios energéticos e ambientais (em termos de emissões de CO2-eq) associados a cada sistema PV, comparando-os entre si e com as tecnologias convencionais fósseis de produção de energia eléctrica praticáveis em Portugal (carvão e gás natural). A comparação entre os sistemas PV e as tecnologias convencionais de produção de electricidade, permitirá quantificar os efectivos benefícios energéticos e ambientais da

implementação de sistemas PV para microgeração. Foi ainda realizada uma avaliação económica de investimento, para os quatro sistemas PV e para os cenários alternativos considerados, tendo em conta o contexto legal da microgeração em Portugal. No contexto da análise energética relativa ao cenário #1, concluiu-se que, no que respeita à cadeia de produção dos módulos PV, as fases de extracção/purificação do silício e a produção das placas de silício (fases apenas existentes no fabrico dos módulos de 1ªG), são as que consomem mais energia primária fóssil, contribuindo para que esta tecnologia apresente um requerimento total de energia primária fóssil quase três vezes superior aos módulos de 2ªG, tornando-o menos eficiente do ponto de vista energético. A análise das estruturas de suporte permite concluir que a estrutura móvel requer cerca de três vezes mais energia primária fóssil que a estrutura fixa, mostrando a sua ineficiência energética mas, no entanto, considerando o sistema PV, concluiu-se que os que têm eixo móvel (Sistemas 2, de 1ªG, e 4, de 2ªG) apresentam uma maior capacidade de produção de energia eléctrica na vida útil estimada. Concluiu-se, também, que o Sistema 2 é o que apresenta um E-PBT mais baixo e, pelo contrário, o Sistema 4 apresenta o maior valor de E-PBT. A análise comparativa das tecnologias convencionais fósseis permite concluir que a substituição da tecnologia a carvão por um sistema PV é consideravelmente mais benéfica em termos de poupança de recursos fósseis que a tecnologia a gás natural, sendo que o sistema que se apresenta mais eficiente (em termos de poupança de recursos fósseis) na substituição de ambas as tecnologias fósseis, é o Sistema 2 (Móvel, 1ªG).

A avaliação ambiental (respeitante ao cenário #1) permitiu concluir que, nos sistemas de 1ªG (Sistemas 1 e 2, com eixo fixo e móvel, respectivamente), o módulo PV contribui com cerca de 50 a 60 % do total de emissões de CO2-eq desta tecnologia. No que respeita aos sistemas de 2ªG, os componentes que mais contribuem com emissões de CO2-eq são os módulos PV (73 %) e o eixo fixo (17 %), no caso do Sistema 3, e o eixo móvel (cerca de 50 % das emissões totais), no caso do Sistema 4 (Móvel, 2ªG). Da análise dos indicadores ambientais, pode-se concluir que o Sistema 3 (Fixo, 2ªG) é o que apresenta menor contribuição para as Alterações Climáticas, já que tem o menor valor das emissões de CO2-eq, ao contrário do Sistema 2 (Móvel, 1ªG) que é o mais prejudicial na medida em que lança três vezes mais emissões que o Sistema 3 (Fixo, 2ªG). É de notar que quanto mais emissões de CO2-eq apresenta o sistema PV, maior é a sua capacidade de evitar emissões na substituição de qualquer uma das tecnologias convencionais fósseis. A análise económica (referente ao cenário #1) permitiu concluir que o Sistema 2 (Móvel, 1ªG) requer um investimento superior aos outros e, pelo contrário, o Sistema 3 (Fixo, 2ªG) é o que requer o menor investimento. O Sistema 3 (Fixo, 2ªG) é, também, o que apresenta um custo de instalação e de produção mais baixo (5,1 €/W e 0,19 €/kWhe, respectivamente), o que aliando ao VLA positivo e valor da TIR mais elevado, faz dele o sistema mais viável, em termos económicos. O estudo do cenário #2 (maximização dos consumos internos do LAI) difere do cenário #1 na análise económica. Concluiu-se que o Sistema 4 (Móvel, 2ªG) é o único capaz de satisfazer os consumos totais do edifício. Depois de considerados todos os fluxos económicos (receitas da energia eléctrica vendida, benefícios associados à electricidade que deixou de ser consumida da rede e os pagamentos à EDP pela energia que se consome da rede por não ser satisfeita pelos sistemas PV) concluiu-se que nenhum dos quatro sistemas tem viabilidade económica para ser instalado, para os objectivos propostos neste cenário.

No cenário #3 (maximização da produção de electricidade tendo em conta a área disponível na cobertura do LAI), os sistemas PV apresentam uma dimensão maior aos do cenário #1 (), sendo que os sistemas de 1ªG (Sistemas 1 e 2, com eixo fixo e móvel, respectivamente) apresentam uma potência de ligação consideravelmente superior aos de 2ªG. Deste modo, concluiu-se que os sistemas de 1ªG apresentam valores de energia primária fóssil requerida, bem como de emissões de CO2-eq lançadas para a atmosfera, mais elevados que os de 2ªG, sendo que o Sistema 3 (Fixo, 2ªG) é o mais eficiente do ponto de vista energético e ambiental. Os sistemas de 1ªG apresentam, no entanto, mais beneficios energéticos e ambientais, na substituição de ambas as tecnologias convencionais fósseis de produção de energia eléctrica. No que respeita à análise económica deste cenário, concluiu-se que no acesso ao regime bonificado, o Sistema 3 (Fixo, 2ªG) é o único que apresenta viabilidade económica (VLA positivo para as taxas de actualização consideradas) e no acesso ao regime geral, não há viabilidade económica em nehum dos quatro sistemas PV, apesar do Sistema 3 (Fixo, 2ªG) apresentar uma valor de TIR positivo.