Neste caso de estudo, é requerido o dimensionamento de um sistema autónomo, com venda do excesso de energia à rede, para uma habitação localizada em Fafe. A casa é do tipo T3, onde habitam duas pessoas, tem acesso à rede de distribuição de eletricidade e fica entre duas habitações, possuindo um terreno na parte de trás da casa onde é possível inserir os sistemas sem que haja condicionantes de sombreamento. Inserindo os dados no SHEF, a Figura 6.35 demonstra os recursos existentes naquela localidade em causa.
No caso em vigor, foram fornecidas as faturas de eletricidade correspondentes a um ano de consumo. Assim, por maior rigor, a opção escolhida foi a inserção desses valores diretamente no SHEF. Pela Figura 6.36, para o mês com maior consumo, correspondente a julho, o sistema terá que produzir cerca de 9,74kWh diariamente, sendo que anualmente são consumidos 2728kWh. Face a estes consumos, a potência contratada à rede elétrica é de 3,45kVA correspondendo a um custo de 4,75€ mensais.
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Outro parâmetro que é necessário ter em conta, é que o consumo não é constante ao longo de todos meses e o SHEF apenas reconhece o mês que necessita de maior energia. Contudo, o mês com maior consumo pode não corresponder ao mês com mais recursos disponíveis, havendo a necessidade do utilizador ter tal fator em conta a quando o dimensionamento dos sistemas.
a) Sistema fotovoltaico
O primeiro dimensionamento corresponde a um sistema fotovoltaico, com um módulo da marca Qcells com as características demonstradas na 255W de potência, tensão de 24V e corrente de 8,34A. A energia produzida por 20 painéis, tal como demonstra a Figura 6.37, produz cerca de 10kWh durante os meses de inverno aumentando consideravelmente durante os meses de verão para valores 16kWh.
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Tal como foi referido anteriormente, quando o sistema selecionado é de autoconsumo com venda do excedente para a rede, pode ou não incluir sistema de armazenamento. No caso em discussão, foi decidido que não se utilizará baterias para armazenar energia e que, em caso de falta de energia proveniente do sistema produtor, comprar-se-á à rede elétrica. No entanto, quer o sistema tenha ou não baterias, h é sempre necessário dimensionar o inversor. O selecionado para este caso foi da marca SunnyBoy, com potência de 5250W, 24V de tensão de entrada e 230V de tensão de saída, com corrente nominal de 22A e com preço de unitário de 1769€, bastando um único inversor num sistema com estas configurações.
Realizando a análise energética, verificou-se que o sistema produz energia face às necessidades de consumo máximas, validando o sistema e podendo proceder-se à análise económica. A energia produzida pelo sistema configurado apresenta um total de quase 5200kWh, ultrapassando o valor das necessidades anuais em 2472kWh, sendo esse o valor da excedente.
O investimento requerido pelo sistema fotovoltaico é na totalidade cerca de 6600€ e a sua manutenção ao longo de 25 anos, com uma inflação de 3%, custará aproximadamente 2500€. Com estes valores e atendendo que caso a solução seja unicamente dependente da rede os gastos anuais em eletricidade seriam de 490€, ao que se associa o excedente vendido por 0,0955€/kWh, é gerada uma poupança anual de cerca de 570€.
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Com base no investimento total e na poupança, o tempo de retorno do investimento seria aproximadamente 11,5 anos. Relativamente ao VAL, com uma taxa de 10%, atinge valores negativos na ordem de 1430€ e a TIR é de 7,1%, verificado pela Figura 6.38.
Em relação à análise ambiental, com a implementação deste sistema, será evitada a emissão de 2440kg de CO2 e de 120µg de RRAA.
b) Sistema eólico
Para dimensionamento do sistema eólico, iniciada pela seleção do aerogerador, onde o selecionado foi um da marca Braun com 3000W de potência, 24V de tensão de saída, com pás dimensionadas para varrerem cerca de 12,5m2 e com preço de 4392€. No que à torre diz respeito, a opção recaída foi da mesma marca, com 9m de altura e com preço de quase 1300€.
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Tal como foi referido a quando a descrição da habitação, esta encontra-se numa zona de moradias pelo que a rugosidade do solo do local é caracterizada por essa mesma condição.
Face às condições apresentadas, apesar de o terreno onde é possível a instalação do sistema não apresentar barreiras de sombreamento, a presença de habitações pode interferir com a velocidade do vento local e por esse motivo, tal como é sugerido no SHEF, foi implementado um anemómetro no local para obter com rigor as velocidades médias mensais do vento. Com esses novos valores, procedeu-se à inserção das mesmas no programa tal como indica a Figura 6.39.
Relativamente aos componentes, pelo motivo mencionado na subsecção respeitante ao sistema fotovoltaico, apenas o inversor é necessário. Desta forma, o selecionado foi da marca Axpert, com 4000W de potência, tensão de entrada igual à do aerogerador e de saída igual a 230V. O seu preço unitário é de 1131€, bastando um para o caso em análise.
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Realizando a análise energética, representada na Figura 6.40, verificou-se que o sistema produz energia face às necessidades de consumo máximas, validando o sistema e podendo proceder-se à análise económica.
O mês com maior produção de energia é o de janeiro, o que é expectável já que é aquele onde o maior valor da velocidade do vento foi registado, sendo que por motivo inverso agosto é o mês com menor produção de energia. Devido aos meses de verão registarem velocidades do vento bastante mais reduzidas, é que o sistema selecionado teve que apresentar potências superiores para produzir energia suficiente, já que se verifica que nos meses de inverno a energia produzida quase que triplica face aos valores necessários. A totalidade da energia produzida anualmente assume valor próximo de 7450kWh.
Através da análise económica, mostrada pela Figura 6.41,verifica-se que o investimento total necessário neste sistema é aproximadamente 5400€ e necessita cerca de 2100€ em manutenção ao longo do tempo de vida deste, influenciada por uma inflação de 3%.
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A poupança anual, face ao valor da manutenção, ao que se associa os ganhos pela venda do excedente de, neste caso, 0,0665€/kWh, assume valor de 662€ anuais levando o
payback a um valor de aproximadamente 8,2 anos. O lucro atualizado ao final dos 25 anos,
considerando uma taxa de atualização de 10%, é de 590€ e a TIR é de 11,4%.
Quanto à avaliação ambiental, com a implementação do sistema eólico, será evitada a emissão de cerca de 3500kg de CO2 e de 168µg de RRAA.
c) Sistema hibrido eólico-fotovoltaico
Iniciando o dimensionamento do sistema, os módulos fotovoltaicos selecionados foram da marca SolarWorld, com 250W de potência, 24V de tensão, 8,27A de corrente e com
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preço unitário de 249€. Foram selecionados 6 módulos que produzem mensalmente a energia evidenciada na Figura 6.42.
Relativamente à componente eólica, o aerogerador escolhido foi da Hummer com 500W de potência, tensão de saída de 24V e com preço de 658€. Este aerogerador está acoplado a uma torre da Braun, com 9m de altura, e que custa 1295€.
Tal como foi referido na alínea b), neste caso de estudo foi adotada uma rugosidade do solo correspondente a zona de moradias (0,7m) e, através de dados recolhidos por um anemómetro, foram introduzidas novas velocidades do vento (visíveis na Figura 6.39 da alínea anterior). A energia produzida por este sistema está representada na Figura 6.43.
Figura 6.42-SHEF: Energia produzida pela componente fotovoltaica (Caso 3: Sistema hibrido)
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O sistema em dimensão, tal como nos casos anteriores, não dispõe de equipamentos de armazenamento. Já no que respeita o inversor, o selecionado foi da marca Axpert, com 1000W de potência, tensão de entrada de 24V e de saída igual a 230V. O seu preço unitário é de 430€, sendo para que para este caso são necessários 2.
Realizando a análise energética (Figura 6.44), é verificado que o mês com maior produção de energia é o de janeiro, surgindo agosto em lado oposto. Isto deve-se ao facto da maior parte da energia produzida provir do vento e a velocidade deste ser bastante superior nos meses de inverno. Contudo face à seleção, o sistema eólico sozinho não consegue produzir energia face às necessidades pelo que o sistema fotovoltaico é indispensável.
A energia produzida pelo sistema hibrido eólico-fotovoltaico é cerca de 4640kWh anuais. Pela análise económica, demonstrada na Figura 6.45, verifica-se que o investimento total é de 4150€, sendo distribuídos por 1500€ na componente fotovoltaica, 1800€ na componente eólica e 860€ nos inversores. A manutenção, com uma inflação de 3%, e tendo em conta a venda do excedente à rede, a poupança anual é de 523€, levando a que o capital investido
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fosse recuperado em aproximadamente 8 anos. O valor atualizado liquido no final dos 25 anos, com uma taxa de atualização de 10%, assume o valor de aproximadamente 600€ e a TIR é de 11,9%.
Com a implementação deste sistema, são reduzidas as emissões de CO2 em 2200kg e
de RRAA em 105µg.
d) Viabilidade - Caso 3
Na Tabela 5.3 estão resumidos os valores obtidos através da configuração dos sistemas no terceiro caso de estudo, referente a uma habitação em Fafe.
Tabela 6.3-Análise ao caso de estudo 3
Sistema Energia produzida (kWh/ano) Investimento (€) Poupança anual (€) Payback (anos) VAL (€) TIR (%) CO2 evitado (kg) Fotovoltaico 5199 6580 567 11,6 -1429 7,1 2440 Eólico 7443 5426 662 8,2 590 11,4 3500 Hibrido Eólico- Fotovoltaico 4639 4150 523 7,9 603 11,9 2200
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Por análise da Tabela 5.3, verifica-se que o sistema que necessita de um maior investimento é o fotovoltaico com um total de 6580€, cerca de 1150€ superior em relação ao sistema eólico e 2400€ ao sistema hibrido eólico-fotovoltaico. Comparando a energia anualmente produzida, o sistema eólico apresenta um resultado superior em relação aos outros dois, facto que é repetido quando se compara a poupança anual. Relativamente ao payback, o sistema fotovoltaico apresenta o pior resultado já que demoraria cerca de 11,6 anos a recuperar o capital investido, enquanto que no sistema eólico esse tempo é reduzido para 8,2 anos e no sistema hibrido para 7,9 anos.
No que respeita ao valor atualizado liquido, o sistema fotovoltaico apresenta um valor negativo de 1429€, demonstrando que não é uma situação de investimento favorável já que significa que a implementação do sistema levará a prejuizo. Por outro lado, o sistema eólico e o sistema hibrido eólico-fotovoltaico, apresentam um VAL na ordem dos 600€ o que significa que geram lucro no final do seu ciclo de vida. Contudo o lucro que qualquer um destes dois sistemas apresenta, está bastante longe do capital que foi investido. Quanto à TIR, esta assume valores de 7.1% no caso do sistema fotovoltaico, 11,4% no sistema eólico e 11,9% no sistema hibrido. Estes valores provam que o sistema hibrido será aquele que mais irá ser valorizado, seguido do sistema eólico e terminando no fotovoltaico.
Quanto à avaliação ambiental, como está diretamente ligado à energia produzida pelos sistemas em lugar da solução da rede, o sistema que produz mais energia será o que terá maior valor da emissão de CO2 evitada, sendo esse lugar ocupado pelo sistema eólico.
Concluindo, para este caso concreto, o sistema que possui mais vantagens é o hibrido eólico-fotovoltaico, já que além de necessitar um investimento inferior, produz energia suficiente para colmatar o consumo e apresenta os melhores indicadores económicos dos três casos.