Sistemas de Aproveitamento de Energia Solar Térmica na SOL ution · 2017. 8. 25. · Sistemas de Aproveitamento de Energia Solar Térmica vii Agradecimentos Ao meu orientador Eng

Sistemas de Aproveitamento de Energia Solar Térmica

Projecto de Dissertação

Orientador na FEUP: Prof.

Orientador na

Faculdade de

Mestrado Integrado em Engenharia Industrial e Gestã o

Sistemas de Aproveitamento de Energia Solar TérmicaSOLution

João Gaspar Moura Martins

Projecto de Dissertação do MIEIG 2007/2008

Orientador na FEUP: Prof. João Falcão e Cunha

Orientador na SOLution: Eng. João Oliveira

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto


2009-01-30

Sistemas de Aproveitamento de Energia Solar Térmica na

Engenharia da Universidade do Porto



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iii

Dedico este trabalho aos meus pais e irmãos,

à Márcia e ao Ravi,

por toda a Luz e Inspiração.


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v

Resumo

A presente Tese foi desenvolvida na SOLution Portugal e enquadra-se no âmbito da conclusão do Mestrado Integrado em Engenharia Industrial e Gestão.

O crescente aumento dos gases de efeito de estufa e as consequências que daí advêm para a Terra e para o Homem, colocam o tema das energias alternativas na ordem do dia. Para a energia solar, como fonte alternativa de energia, perspectiva-se um futuro promissor. É neste contexto que a SOLution actua, propondo-se a agarrar as oportunidades associadas à utilização da energia solar como fonte alternativa de energia.

Visando o posicionamento da SOLution como uma referência no mercado nacional, no sector da energia solar térmica para aquecimento de águas sanitárias, a empresa desenvolve mecanismos de apoio técnico-comerciais a dois segmentos distintos, o sector doméstico de pequenas instalações e o sector de serviços de grandes instalações.

O segmento das grandes instalações é caracterizado por projectos de ampla envergadura técnica e financeira. De facto, verifica-se que os projectos de dimensionamento necessitam de um estudo cuidado, à medida das necessidades de cada sistema. Por outro lado, requerem um elevado esforço financeiro que é uma forte barreira para a implementação destas soluções.

Desta forma, o Projecto de Dissertação abordou um caso específico, o Lar Calvário do Carvalhido, direccionando a análise para as áreas críticas do segmento das grandes instalações. Na componente técnica, elaborou-se um estudo exaustivo de todas as componentes de dimensionamento de um sistema solar. Na componente financeira, elaborou-se uma candidatura do mesmo lar ao Sistema de Incentivos do QREN, que gere os fundos comunitários de Portugal.

Ambas as análises foram realizadas com uma perspectiva de continuidade futura, contribuindo para o desenvolvimento de estruturas de apoio que terão implicações práticas na abordagem da SOLution a projectos futuros semelhantes.

O segmento das pequenas instalações é um sector homogéneo e maduro, na medida em que o seu menor grau de complexidade tem permitido a adaptação dos sistemas solares em função dos consumos típicos das habitações, facilitando a sua disseminação. Contudo, o sector foi recentemente regulamentado ao abrigo de uma nova legislação energética que veio dinamizar o mercado, estipulando valores mínimos de contribuição solar obrigatórios para os novos projectos de habitação. Esta evolução do Mercado, imposta pelo Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios, Decreto-Lei n.º 80/2006, veio desencadear um novo processo de adaptação dos sistemas solares SOLution às tipologias domésticas do mercado Português. Neste âmbito, justificou-se igualmente analisar o posicionamento competitivo da SOLution face à concorrência.

O Projecto de Dissertação abordou os sectores de maior relevância no domínio da energia solar térmica e procurou desenvolver ferramentas de análise de extrema utilidade para o progresso da empresa. Acredita-se que o trabalho desenvolvido deu uma forte contribuição para melhor posicionamento da SOLution para os desafios do futuro.


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Solar Thermal Energy Systems

Abstract

The following Thesis was developed at SOLution Portugal as part of my Master Degree in Industrial Engineering and Management.

The increase of greenhouse gases and the consequences to Earth and Mankind, bring the alternative energies issue to the center of debate. A brilliant future is anticipated to solar energy, as an alternative source of energy. It’s in this context that SOLution works, proposing to seize the opportunities associated with the use of solar energy as an alternative source of energy.

With the purpose of positioning SOLution as a reference in the national market, in the solar thermal energy sector for domestic water heating, the company intends to develop technical and commercial support tools for two main market segments: the domestic sector with small scale systems, and the services sector with larger scale systems.

The large installations require projects with high technical expertise and large investments. Indeed, the initial project design needs careful study to accommodate the specifications of each system. On the other hand, they usually require a high financial effort which is a strong barrier to the implementation of these solutions.

Thus, this Thesis addressed a specific case, the “Lar Calvário do Carvalhido”, directing the analysis for the critical areas of the large scale installations segment. From the technical point of view, a comprehensive study of the solar system components was produced. From the financial point of view, an application to QREN (which manages European funds in Portugal) was made.

Both analysis were conducted with a view of future continuity, contributing to the development of a support structure and procedures at SOLution, which will have impact on the approach to similar projects in the future.

The segment of small scale systems is homogeneous and mature, as the lower level of complexity has allowed the adjustment of solar systems to the domestic consumption and facilitated its dissemination. However, the sector has recently been regulated under a new energy law that brought vitality to the market, by demanding minimum levels of solar contribution which are now mandatory for new housing projects. This evolution of the market imposed by the Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios, Decreto-Lei nº 80/2006, introduces the need to adjust SOLution’s solar systems to the Portuguese house market. In this context, it is also required to study the competitive positioning of SOLution on the market and where it stands facing competition.

This Thesis addressed the most relevant issues of the solar thermal energy systems and sought to develop tools of analysis that will be extremely useful for the progress of the company. It is believed that the work here developed gave a strong contribution to better position the company for the challenges of the future.


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Agradecimentos

Ao meu orientador Eng. João Oliveira, pela oportunidade concedida e por todo apoio durante o estágio na SOLution, pelo incentivo, colaboração, sabedoria e amizade.

Ao Professor João Falcão e Cunha, orientador do estágio na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, pela preciosa orientação e pelos válidos conselhos que direccionaram o Projecto no melhor sentido.

Ao Dr. Fernando Oliveira, pelo exemplo de vida e pela demonstração que a força de vontade é o melhor meio para alcançar os objectivos.

Ao Exmo. Sr. Mário Mandim, pelos momentos enriquecedores e intervenções sempre oportunas.

Aos docentes do MIEIG, por todo conhecimento transmitido ao longo do trajecto académico que culmina neste trabalho, mas fundamentalmente, pela contribuição para o meu crescimento como pessoa.

A todos os amigos da FEUP, pelos anos de tão boa convivência e companheirismo.

A todos aqueles que, de uma forma ou de outra, contribuíram para a realização deste trabalho.


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Índice de Conteúdos

1 Apresentação do Projecto de Dissertação .......................................................................................... 1

1.1 A Energia Solar Térmica ...................................................................................................................... 1

1.2 SOLution Portugal ................................................................................................................................ 3

1.3 Objectivos ............................................................................................................................................ 4

1.4 Estrutura da Tese ................................................................................................................................. 5

2 Estado de Arte da Energia Solar Térmica em Portugal ...................................................................... 6

2.1 Panorama Energético Nacional ............................................................................................................ 6

2.2 Compromissos de Portugal com a Energia Solar Térmica ................................................................... 7

2.3 Caracterização do Mercado Solar Térmico Activo ............................................................................... 9

2.4 Funcionamento de Sistema Solar Térmico .......................................................................................... 9

3 Sistemas Solares de Grande Dimensão ........................................................................................... 16

3.1 Introdução .......................................................................................................................................... 16

3.2 Estudo e Dimensionamento Técnico .................................................................................................. 17

3.2.1 Apresentação do Caso de Estudo ................................................................................... 17

3.2.2 Situação Actual das Instalações ...................................................................................... 17

3.2.3 Requisitos a Resolver pelo Projecto ................................................................................ 18

3.2.4 Critérios de Dimensionamento do Sistema ...................................................................... 20

3.2.5 Dimensionamento e Projecto Técnico ............................................................................. 24

3.2.6 Análise dos Resultados Obtidos ...................................................................................... 32

3.3 Quadro de Referência Estratégico Nacional – QREN ........................................................................ 34

3.3.1 Introdução ........................................................................................................................ 34

3.3.2 Enquadramento dos Sistemas de Grandes Dimensões no QREN .................................. 34

3.3.3 Organização Operacional do QREN ................................................................................ 35

3.3.4 Análise da candidatura ao QREN .................................................................................... 37

3.4 Síntese do Tema Sistemas Solares de Grande Dimensão ................................................................ 39

4 Sistemas Solares de Pequena Dimensão......................................................................................... 40

4.1 Introdução .......................................................................................................................................... 40

4.2 Estudo Energético Introdutório ........................................................................................................... 41

4.3 Enquadramento no RCCTE ............................................................................................................... 42

4.3.1 Análise Comparativa para Diferentes Tipologias e Regiões ............................................ 43

4.3.2 Análise de Posicionamento Competitivo – SOLution ....................................................... 47

4.4 Síntese do Tema Sistemas Solares de Pequena Dimensão .............................................................. 53

5 Conclusões e Perspectivas de Trabalho Futuro ............................................................................... 54

6 Referências e Bibliografia ................................................................................................................. 56

ANEXO A: Tecnologias e Temperaturas de Operação .................................................................. 58

ANEXO B: Capacidade de Colectores Instalada na UE................................................................. 59

ANEXO C: Anexos do Dimensionamento do Projecto ................................................................... 60

ANEXO D: Especificação Técnica Colectores UNISOL27cc ......................................................... 61

ANEXO E: Especificação Técnica Acumuladores WSG ................................................................ 62

ANEXO F: Análise Energética do Lar – SOLTERM ....................................................................... 63


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ANEXO G: Proposta SOLO0000177 – Lar Calvário do Carvalhido ............................................... 66

ANEXO H: Tipologias Novas Construídas no País em 2007 ......................................................... 67

ANEXO I: Acumulação de AQS – Comparação SOLTERM ......................................................... 68

ANEXO J: Simulação de Referência T3 Porto ............................................................................... 69

ANEXO L: Formulário de Candidatura ao QREN .......................................................................... 70


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Índice de Figuras

Figura 1 – Mapa Europeu de irradiação solar incidente no plano horizontal [4] .............................................................2

Figura 2 – Número anual de horas de sol em Portugal [6] .................................................................................................2

Figura 3 – Distribuição dos consumos energéticos no sector doméstico [2] ...................................................................7

Figura 4 – Área de colectores a instalar por sector até 2010 [20].....................................................................................8

Figura 5 – Conjuntura do mercado da Energia Solar Térmica ..........................................................................................8

Figura 6 – Área de colectores instalada em cada sector, nos últimos 2 anos (Fonte: SOLution) ................................9

Figura 7 – Esquema de funcionamento dos sistemas termossifão (Fonte: SOLTERM) ............................................. 10

Figura 8 – Esquema de funcionamento dos sistemas de circulação forçada (Fonte: SOLTERM) ............................ 10

Figura 9 – Esquema Colector Selectivo Plano [1] ............................................................................................................. 12

Figura 10 – Esquema Colector Concentrador Parabólico [1] .......................................................................................... 13

Figura 11 – Esquema colector de tubos de vácuo [1] ....................................................................................................... 13

Figura 12 – Curvas de eficiência para diferentes tipos de colector (Fonte: SOLution) ................................................ 14

Figura 13 – Implementação comparativa entre tubos de vácuo e colectores planos [7] ............................................. 15

Figura 14 – Orientação e dimensões da cobertura ........................................................................................................... 17

Figura 15 – Colector UNISOL27cc (Fonte: SOLution) ...................................................................................................... 21

Figura 16 – Área técnica e área de instalação do campo de colectores ........................................................................ 24

Figura 17 – Distância mínima entre colectores - ZONA A ............................................................................................... 24

Figura 18 – Orientação dos colectores - ZONA B e C ...................................................................................................... 25

Figura 19 – Disposição do campo de colectores ............................................................................................................... 26

Figura 20 – Perdas de rendimento do colector (SOLution) .............................................................................................. 26

Figura 21 – Esquema hidráulica da instalação solar (Fonte: SOLution) ........................................................................ 26

Figura 22 – Depósitos de acumulação WSG 3000 em série (Fonte: SOLution) ........................................................... 27

Figura 23 – Esquema das tubagens do circuito primário ................................................................................................. 28

Figura 24 – Informação técnica bomba WILO 30/10 (Fonte: WILO AG) ........................................................................ 30

Figura 25 – Esquema de controlo ........................................................................................................................................ 31

Figura 26 – Instruções de controlo ...................................................................................................................................... 31

Figura 27 – Energia fornecida em função da carga energética necessária – F-Chart ................................................. 32

Figura 28 – Energia de carga F-Chart vs energia de carga SOLTERM ......................................................................... 32

Figura 29 – Energia solar fornecida F-Chart vs energia solar fornecida SOLTERM .................................................... 32

Figura 30 – Amortização do investimento no sistema solar ............................................................................................. 33

Figura 31 – Contribuição energética dos sistemas solares adaptáveis à tipologia T3................................................. 41


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Figura 32 – Comparativo Esolar entre sistemas de referências e sistemas SOLution ................................................ 45

Figura 33 – Variação da fracção solar da tipologia T2 nas diferentes cidades ............................................................. 46

Figura 34 – Mercado Solar Térmico em Portugal Ano 2006 [23] .................................................................................... 48

Figura 35 – Valores de produtividade da amostra de colectores em estudo................................................................. 51

Figura 36 – Valores de rentabilidade da amostra de colectores em estudo .................................................................. 52

Figura 37 – Tecnologias, Temperaturas de Operação e Aplicações da Energia Solar (Fonte RALPLUS) .............. 58

Figura 38 – Capacidade de Colectores Instalada na EU até 2007 [21] ......................................................................... 59

Figura 39 – Ábaco de perdas em tubagens de cobre (mm c.a./m2) [13] ........................................................................ 60

Figura 40 – Especificação técnica colectores UNISOL27cc (Fonte: SOLution) ........................................................... 61

Figura 41 – Especificação técnica acumuladores WSGO (Fonte: SOLution) ............................................................... 62

Figura 42 – Proposta O000177 - Lar Calvário do Carvalhido (Fonte: SOLution) ......................................................... 66


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Índice de Tabelas

Tabela 1 – Comparação do tipo de funcionamento dos sistemas .................................................................................. 11

Tabela 2 – Estimativa dos consumos de AQS do Lar ...................................................................................................... 19

Tabela 3 – Perfil de consumos ............................................................................................................................................. 20

Tabela 4 – Carga energética para AQS .............................................................................................................................. 20

Tabela 5 – Intensidade útil diária ......................................................................................................................................... 22

Tabela 6 – Optimização do campo de colectores.............................................................................................................. 23

Tabela 7 – Perda de carga total da instalação ................................................................................................................... 30

Tabela 8 – Fracção solar do sistema F-Chart .................................................................................................................... 32

Tabela 9 – Especificações técnicas dos sistemas solares de AQS de referência ........................................................ 44

Tabela 10 – Especificações técnicas dos sistemas solares de AQS SOLution ............................................................ 45

Tabela 11 – Estrutura do estudo de posicionamento competitivo................................................................................... 49

Tabela 12 – Dados climatéricos para simulação F-Chart [13] ......................................................................................... 60

Tabela 13 – Factor de inclinação do colector para simulação F-Chart [13]................................................................... 60

Tabela 14 – Cp do fluido térmico em função da temperatura e volume de anti-congelante [1] ................................... 60

Tabela 15 – Fogos concluídos (Nº) em construções novas para habitação familiar, ano 2007 (Fonte: INE) .......... 67

Tabela 16 – T3 Porto - Rendimento de sistema SOLution com depósito 300 litros ..................................................... 68

Tabela 17 – T3 Porto - Rendimento de sistema SOLution com depósito 300 litros ..................................................... 68


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1 Apresentação do Projecto de Dissertação

A presente Tese insere-se no âmbito da realização do Projecto de Dissertação de conclusão do Mestrado Integrado em Engenharia Industrial e Gestão da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP). O Projecto “Sistemas de Aproveitamento de Energia Solar Térmica” é resultado do estágio curricular, cumprido ao abrigo do protocolo de cooperação entre a FEUP e a empresa SOLution Portugal.

Neste capítulo pretende-se fazer uma breve abordagem ao Projecto de Dissertação. No próximo capítulo faz-se uma introdução ao potencial energético do sol e às tecnologias de aproveitamente existentes, seguidamente apresenta-se a empresa de sistemas solares SOLution e a sua postura no mercado nacional. Posteriormente será feita uma contextualização do Projecto, com a descrição dos objectivos definidos. A apresentação finaliza com uma síntese da estrutura da tese.

1.1 A Energia Solar Térmica

Potencial da Energia Solar [4]

O Sol é um recurso praticamente inesgotável que emite constantemente energia para a superfície terrestre, sob forma de radiação, que pode ser absorvida ou reflectida pelos elementos que a recebem.

A radiação solar incidente sobre uma superfície perpendicular ao eixo Terra-Sol, situada no topo da atmosfera, é, em média, de 1.373 W/m2. Após atravessar a atmosfera, num dia de céu relativamente limpo, a radiação solar atinge a superfície terrestre com uma potência inferior em cerca de 30% da registada no topo da mesma, ou seja, aproximadamente, de 1.000 W/m2.

O total da energia solar que chega à superfície da Terra por ano é superior a 10.000 vezes o consumo total de 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 solar que atinge a superfície terrestre é constituída por três componentes:

• Radiação directa – Atinge directamente a superfície terrestre;

• Radiação difusa – Desviada em diferentes direcções pelos componentes da atmosfera;

• Radiação reflectida – Proveniente da reflexão no solo e objectos circundantes.

Em Portugal, o potencial disponível é bastante considerável, sendo um dos países da Europa com melhores condições para aproveitamento deste recurso, dispondo de um número médio anual de horas de Sol, variável entre 2.200 e 3.000, no continente.


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Como se pode verificar pelas figuras anteriores, os valores de irradiação disponível em Portugal, são dos mais elevados de toda a Europa, onde na Alemanha, por exemplo, o número médio anual de horas de Sol varia entre 1.200 e 1.700 horas.

Vectores da Energia Solar

A energia solar pode ser utilizada de forma passiva ou de forma activa. A forma passiva consiste no aproveitamento da energia para aquecimento de edifícios, através da concepção cuidada e de técnicas de construção inovadoras. A forma activa apresenta duas formas de transformação, por conversão eléctrica e por conversão térmica.

No caso da energia solar fotovoltaica, a conversão de energia solar em electricidade ocorre em células fotovoltaicas (sem efeito térmico), usualmente constituídas por silício, e outros materiais semi-condutores. No caso de energia solar térmica, tema sob a qual a Tese incide, a energia solar é captada com recurso a colectores solares que através de processos térmicos é transformada em calor.

Tecnologias da Energia Solar Activa [19]

As tecnologias de conversão da energia solar em energia térmica têm desenvolvimentos distintos em função das gamas de temperatura necessárias. Devem assim considerar-se tecnologias e equipamentos para:

• Temperaturas baixas – temperatura operação até 90 ºC;

• Temperaturas médias – temperatura operação entre 90ºC a 150ºC;

• Temperaturas altas – temperatura operação entre 150ºC a 300ºC;

• Temperaturas muito altas – temperatura operação superior a 300ºC.

As aplicações que requerem baixas temperaturas, tipicamente para aquecimento de água, podem ser divididas em duas gamas distintas, uma para aquecimento de piscinas e outra para aquecimento de água para fins sanitários ou apoio ao aquecimento central. Nestas gamas de temperatura existe uma tecnologia bem desenvolvida e madura – colectores planos ou colectores parabólicos (CPC) de baixa concentração.

Figura 2 – Número anual de horas de sol

em Portugal [5]

Figura 1 – Mapa Europeu de irradiação solar incidente

no plano horizontal [3]


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Para temperaturas médias as aplicações podem ser a climatização (aquecimento central e arrefecimento) ou o aquecimento de águas de processo, para fins industriais. Nestes casos, requerem-se colectores com temperaturas de operação mais elevada, como os CPC de alta concentração ou tubos de vácuo.

As tecnologias para temperaturas de aquecimento altas e muito altas aplicam-se processos a vapor e para produção de electricidade. Neste caso, as tecnologias são de ponto e concentram-se em grandes centrais solares.

No Anexo A estão identificadas esquematicamente as diferentes tecnologias com as temperaturas de operação correspondentes.

O Futuro da Energia Solar Térmica

A tecnologia mais madura actualmente e com maior difusão é a tecnologia aplicada a sistemas solares para aquecimento de águas sanitárias. No entanto, segundo estudos de mercado da European Solar Thermal Technology Platform (ESTPP), os próximos passos e desenvolvimentos tecnológicos a médio/longo prazo serão dirigidos para as aplicações de águas quentes de processo e vapores de processo, especialmente ao nível da indústria, na qual as tecnologias existentes apresentam ainda taxas de eficiência medianas. [6]

A maior parte das energias renováveis podem ser consideradas concorrência indirecta ao solar térmico, sendo que são um substituto aos combustíveis fósseis. Os combustíveis fósseis são recursos finitos, ao qual se perspectiva uma grande escalada dos preços, adivinhando-se, portanto, um futuro promissor para os recursos endógenos. Dentro desta categoria, colocam-se as bombas de calor, geotermia e biomassa.

1.2 SOLution Portugal

A SOLution é um dos líderes europeus no mercado de soluções completas de energia solar, não só para a produção de água quente sanitária e apoio aos sistemas de aquecimento central, mas também para os sistemas de climatização e produção de electricidade. Com sede na Áustria e graças à experiência já adquirida no sector, rapidamente conseguiu atingir um elevado grau de serviço e satisfação dos seus clientes com os produtos esteticamente interessantes, fiáveis e de qualidade.

No seu percurso internacional, Portugal apresenta um papel de relevo ao ser a primeira filial da empresa fora da Áustria. Esta presença local aumenta a capacidade de resposta no mercado Português e reflecte a aposta forte no nosso país, numa perspectiva de futuro. A estrutura local da SOLution é complementada por parcerias com instaladores locais, que permitem uma especialização nos diferentes segmentos, dando a cada um o apoio técnico-comercial necessário para o sucesso na instalação dos sistemas solares SOLution.

Actualmente a SOLution Portugal encontra-se em fase de adaptação e estruturação no mercado. Por este motivo, o Projecto de Dissertação assume grande importância para a empresa, apoiando o seu processo de estruturação actual.


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1.3 Objectivos

Os objectivos do Projecto de Dissertação devem ser interpretados sobre duas perspectivas: a do autor e a da empresa, sendo que ambas se relacionam dentro de objectivos comuns. Para o autor, o Projecto constitui a conclusão do Mestrado, para a SOLution esta primeira parceria com a FEUP no desenvolvimento de Projectos de Dissertação, surge como uma valiosa oportunidade para acolher novos colaboradores que acrescentem valor ao desempenho da organização, com vista à possibilidade de protocolos futuros.

Os objectivos do estágio foram definidos considerando a conjuntura actual da empresa. Por um lado, trata-se de uma empresa recém-criada, com uma estrutura em crescimento. Por outro lado, a empresa actua num mercado de grande expansão, onde as novidades e incertezas são constantes.

O Projecto de Dissertação teve como objectivo a estruturação da informação técnico-comercial dos sistemas solares SOLution, com vista ao desenvolvimento de mecanismos de apoio ao dimensionamento de sistemas solares para aquecimento de água sanitária (AQS). Contribuindo para gerar processos de resposta às consultas de forma eficaz e coerente.

Considerando que o mercado da energia solar térmica apresenta dois grandes segmentos de mercado distintos, a Tese também foi segmentada dessa mesma forma, em sistemas solares de grande dimensão e sistemas solares de pequena dimensão. Esta distinção justifica-se pela diferente abordagem técnica aos dois segmentos, de maior complexidade nas grandes instalações e também pelo surgimento de legislação energética que restringe o dimensionamento dos sistemas solares de pequena dimensão.

Sendo assim, no âmbito da Tese “Sistemas de Aproveitamento de Energia Solar Térmica” , o estágio desenvolveu-se em torno de dois temas principais:

1. Sistemas Solares de Grande Dimensão;

2. Sistemas Solares de Pequena Dimensão.

No primeiro tema pretende-se realizar um estudo exaustivo dos sistemas solares de grande dimensão, que são instalações extremamente complexas, de especificações técnicas pormenorizadas e consequentemente apresentam necessidades de investimento bastante elevadas.

Os projectos de grande escala são necessariamente dimensionados caso a caso, passo a passo, pelo que o objectivo do estudo deste tema consiste na concepção de uma estrutura de apoio técnico-comercial integral, que permita abordar de forma lógica e organizada estes sistemas, perspectivando o sucesso de implementação das soluções.

Para o efeito, foi estudado um caso específico de instalação de um sistema solar térmico para o aquecimento de águas sanitárias do Lar Calvário do Carvalhido. Com base nas necessidades energéticas do sistema, elaborou-se um projecto de dimensionamento exaustivo do Lar.

Neste tema, o Quadro de Referência Estratégica Nacional (QREN), instrumento que regulamenta a aplicação de fundos comunitários a Portugal, assume também uma relevância crucial ao associar uma possibilidade de financiamento ao projecto, tornando a viabilidade do investimento mais atractiva, pois, os elevados recursos financeiros exigidos são, na maioria dos casos, uma forte barreira à implementação dos sistemas de grande escala.


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Ambas as análises de dimensionamento técnico e de integração no QREN são efectuadas com perspectivas de utilização em projectos futuros, contribuindo para o objectivo de criar estruturas de apoio eficientes para as exigentes solicitações do mercado.

No segundo tema, os sistemas solares de pequena dimensão representam as pequenas instalações de AQS para uso doméstico. Este tema foi abordado numa perspectiva multiplural ao englobar um conjunto de análises distintas mas que convergem no propósito comum de estruturar e organizar os sistemas solares para AQS, de acordo com a recente legislação energética para os novos edifícios.

Os sistemas solares de pequena dimensão caracterizam-se pela sua tecnologia já madura e pela uniformização dos sistemas de AQS, adaptados e pré-dimensionados para as diferentes tipologias domésticas. Tecnicamente são sistemas de complexidade reduzida e a generalidade das soluções existentes no mercado são semelhantes. Contudo, as novas exigências energéticas impostas pelo Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE - DL. 80/2006), introduziram a necessidade reestruturar os kits de AQS SOLution para as tipologias do mercado Português.

Dada a uniformização das instalações solares de AQS e das marcas presentes no mercado Português, é fundamental a SOLution distinguir-se dos demais concorrentes e posicionar-se de acordo com as características dos equipamentos que comercializa. Desta forma, é também interesse da SOLution exaltar as suas vantagens face ao desempenho energético dos seus sistemas, performance e qualidade, adaptados à nova legislação em vigor.

Em suma, dada a rápida ascensão do mercado solar térmico, a capacidade de resposta ao cliente é crucial para que a empresa conquiste o seu espaço no mercado. É fundamental para a SOLution dar um seguimento técnico-comercial rápido e coerente às solicitações dos seus clientes. O Projecto de Dissertação foi precisamente delineado com o intuito de alavancar a empresa, cimentando estruturas base e criando ferramentas de análise aos projectos típicos que são solicitados, melhorando a qualidade do serviço e reposta ao cliente.

1.4 Estrutura da Tese

A Tese encontra-se estruturada nos seguintes capítulos:

Este capítulo inicial introduz o Projecto de Dissertação no contexto da energia solar e da empresa, definindo igualmente os objectivos do trabalho e metodologia de abordagem utilizada.

No capítulo 2 é caracterizado o Estado de Arte em Portugal. Este capítulo apresenta a conjuntura actual da energia solar térmica e descreve o funcionamento e tecnologias típicas das instalações solares para AQS.

Feita a contextualização no âmbito da energia solar térmica, são analisados os segmentos de mercado identificados no capítulo anterior. O capítulo 3 aborda o tema dos “Sistemas Solares de Grande Dimensão”, subdividido na análise de dimensionamento técnico e na análise da candidatura ao QREN, aplicadas a um caso específico.

Por sua vez, no capítulo 4 estuda-se o tema dos “Sistemas Solares de Pequena Dimensão”, na qual são realizadas duas análises distintas, o enquadramento dos sistemas domésticos no RCCTE e a análise de posicionamento competitivo da SOLution.

Por fim, no Capítulo 5 são apresentadas as conclusões do estágio realizado e perspectivas para o desenvolvimento de trabalhos futuros.


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2 Estado de Arte da Energia Solar Térmica em Portug al

2.1 Panorama Energético Nacional

Os recentes aumentos excessivos do preço do petróleo colocaram a discussão sobre a segurança de oferta no topo da agenda política e energética internacional. É praticamente certo que os combustíveis fósseis – carvão, petróleo e gás – continuarão a desempenhar um papel central na produção de energia durante a primeira metade do corrente século, tanto na Europa como no resto do mundo, pelo que se tornam necessárias novas tecnologias para reduzir as emissões de gases com efeito de estufa a partir destas fontes.

O sistema energético nacional caracteriza-se por uma forte dependência externa e por uma elevada intensidade energética. Portugal não possui capacidade interna de produção de combustíveis fósseis produzindo apenas cerca de 15% da energia que necessita e importando os restantes 85%. [22]

Tratando-se de um produto raro e em vias de esgotamento, é evidente que o preço do petróleo tenderá a subir historicamente, os combustíveis serão sempre caros, além de que a sua procura é inflacionada pelo desenvolvimento das economias emergentes. Em Portugal, dado não haver produção de petróleo, a vulnerabilidade à flutuação dos preços é por tudo isso mais acentuada do que noutros países.

O Consumo Energético nos Edifícios

Em Portugal (2005), o peso do consumo dos principais sectores de actividade económica relativamente ao consumo final de energia primária, foi de 28% na Industria, 35% nos Transportes, 17% no sector Doméstico, 13% nos Serviços e 7% nos outros sectores. [22]

Estatísticas indicam que os edifícios foram responsáveis pelo consumo de 5,8 Mtep (milhões de toneladas equivalente de petróleo), representando cerca 30% do consumo total de energia primária do país e 62% dos consumos de electricidade, em 2005. O sector residencial com cerca de 3,3 milhões de edifícios contribuiu com 17% dos consumos de energia primária em termos nacionais, representando cerca de 29% dos consumos de electricidade, o que evidencia a necessidade de uma atenção particular à eficiência energética dos equipamentos consumidores de electricidade como forma de moderação dos consumos. [2]


7

50%

25%

25%Cozinhas e AQS

Aquecimento e Arrefecimento

Iluminação e Electrodomésticos

Em termos de utilizações finais, estes consumos de energia nos edifícios residenciais distribuem-se aproximadamente da seguinte forma:

Estes valores permitem inferir algumas conclusões de forma a melhorar a eficiência térmica e energética dos edifícios. Entre outras medidas, os custos elevados associados à produção de águas quentes sanitárias, cuja fonte energética se divide entre o gás e a electricidade poderão ser transferidos para uma produção de origem renovável, sendo a energia solar térmica uma forte alternativa.

2.2 Compromissos de Portugal com a Energia Solar Té rmica

Nos últimos anos tem-se assistido a uma nova investida da energia solar no país, de forma a recuperar o terreno perdido em comparação com o resto da Europa. De facto, Portugal é dos países com maior irradiação solar e simultaneamente, dos países com menor aproveitamento deste género de tecnologias.

Destaca-se o facto de países como a Alemanha e Áustria, de clima continental e menos propícios ao aproveitamento de energia solar térmica (Figura 1), totalizarem mais de 50% (71% incluindo a Grécia) da capacidade térmica instalada nos 27 Estados Membros da União Europeia, que actualmente atinge cerca de 16750 MWth, segundo estatísticas da EurObserv’ER, 2008 (Anexo B).

Para potenciar o aumento da contribuição da energia solar para o aquecimento de água, foi lançada a Iniciativa Pública - Programa Água Quente Solar (IP-AQSpP), promovida pela DGGE e com o apoio de várias entidades, à semelhança das iniciativas públicas nos países mais desenvolvidos.

Este programa, lançado em 2001, visa promover o recurso a colectores solares para aquecimento de água, quer nos sectores residencial e serviços, quer na indústria. Os objectivos passavam por chegar a 2010 com um milhão de metros quadrados de colectores solares instalados, numa média de 150 mil metros quadrados por ano, evitando 1,8% de emissões de Gases com Efeito de Estufa (GEE). [16]

Figura 3 – Distribuição dos consumos energéticos no sector doméstico [2]


8

No seguimento da Iniciativa Pública, a ADENE, através do Fórum “Energias Renováveis Portugal” determinou o potencial de implementação no horizonte de 2010, considerando-se diferentes factores de exequibilidade por sector.

Do total de área de colectores solares instalados, prevê-se que 67% da área de colectores será relativa a instalações no sector doméstico, cobrindo 25% de todo o sector. O que demonstra o potencial aplicabilidade de sistemas de AQS no território nacional.

Contudo, desde o lançamento do programa em 2001 a 2007, foram instalados em Portugal cerca de 300 mil metros quadrados de colectores solares. Ou seja, o País atingiu 30% da meta estabelecida, quando faltavam apenas três anos para 2010, o que fica longe das metas estabelecidas então no âmbito do Programa Água Quente Solar. [13]

O Programa Nacional para as Alterações Climáticas (PNAC 2006) reviu em baixa esta meta e considera já que se atingirá metade do objectivo traçado. As metas do programa foram dilatadas por mais dez anos, prevendo-se que, até 2020, sejam instalados 100 mil metros quadrados por ano, o que corresponderá a 1,6 milhões de metros quadrados em 2020. [13]

Em suma, a conjuntura e o potencial de implementação da energia solar térmica é resumido na seguinte figura:

Figura 4 – Área de colectores a instalar por sector até 2010 [20]

Figura 5 – Conjuntura do mercado da Energia Solar Térmica


9

2.3 Caracterização do Mercado Solar Térmico Activo

Indo mais ao detalhe, relativamente ao sector solar térmico activo, o programa “Fórum Energias Renováveis em Portugal” realizou em 2001 um estudo exaustivo do mercado, com descrição do potencial e tecnologias existentes para aproveitamento da energia solar, a caracterização do passado, do presente e identificando as perspectivas futuras do solar térmico em Portugal.

Considerando o aquecimento de águas sanitárias, tecnologia mais desenvolvida e com maior procura, o estudo realizado identificou que o mercado nacional dos sistemas solares térmicos pode ser dividido em dois sectores: o sector doméstico para uso pelas famílias (particulares) e o sector de equipamentos sociais/industriais e serviços. Esta divisão dos sectores para aquecimento de água pode ser igualmente definida por sistemas solares de pequena dimensão (sector doméstico) e sistemas solares de grande dimensão (sector de equipamentos sociais/industriais). [19]

A área total de colectores SOLution instalados reforça os sectores identificados pelo estudo, demonstrado na figura seguinte:

As “Outras Instalações” contemplam instalações de sistemas combinados (sistemas AQS com apoio ao aquecimento central) e instalações em piscinas particulares. Os sistemas combinados podem ser definidos como Médias Instalações, pois já requerem um levantamento técnico, caso a caso, em função das necessidades térmicas, tipo de aquecimento central e isolamento térmico, entre outras variáveis e não serão alvo de abordagem no Projecto de Dissertação.

2.4 Funcionamento de Sistema Solar Térmico

Os sistemas solares domésticos para aquecimento de águas sanitárias podem ser divididos em dois grupos, considerando o seu princípio de funcionamento.

Termossifão [21]

O kit termossifão1 tem na sua constituição um acumulador de água sanitária instalado em cima do colector solar – Figura 7. A energia solar captada pelo colector é transferida para o acumulador aproveitando o princípio da deslocação natural do calor, assim não é necessária circulação forçada (bomba circuladora) para efectuar a deslocação de energia. A partir das diferenças de densidades criadas pelas diferenças de temperatura, a água quente que é menos densa sobe e a água fria, mais densa, desce, criando assim uma circulação natural.

1 A palavra termossifão significa deslocação natural de energia.

Figura 6 – Área de colectores instalada em cada sector, nos últimos 2 anos (Fonte: SOLution)


10

Deste modo, o sistema já montado de uma unidade no local - composto por colector, acumulador com resistências eléctricas de apoio e sistema de fixação - é uma solução bastante prática e simples, que cumpre os requisitos necessários por lei para AQS.

Com este tipo de sistema não é necessária uma bomba electro-circuladora para movimentar o fluido, nem um controlador diferencial para accionar a bomba, como nos sistemas de circulação forçada seguintes.

Circulação Forçada [21]

Um sistema de circulação forçada é um sistema onde o colector solar e o depósito se encontram fisicamente separados, o que permite uma série de vantagens em relação aos sistemas de termossifão. O funcionamento de um sistema deste tipo não deixa de ser simples: Um fluido circula nos colectores, sendo aquecido (e sofrendo aquilo que pode ser descrito como um efeito de estufa). Um regulador solar permite-lhe escolher cómoda e rapidamente a temperatura a que pretende que este fluido circule até ao depósito de acumulação onde a água é aquecida por uma serpentina solar. Assim poderá regular com precisão a temperatura a que pretende que seja feito o abastecimento aos pontos de água quente.

Figura 7 – Esquema de funcionamento dos sistemas termossifão (Fonte: SOLTERM)

Figura 8 – Esquema de funcionamento dos sistemas de circulação forçada (Fonte: SOLTERM)


11

Vantagens e desvantagens dos sistemas [15]

Tabela 1 – Comparação do tipo de funcionamento dos sistemas

Sistema Termossifão Sistema Circulação Forçada

Vantagens

• Sistema simples de fácil instalação;

• Ideal para habitações já existentes;

• Baixo custo do sistema;

• Auto-regulação - circulação natural.

• Sistema mais eficiente, com menores perdas térmicas (acumulador na vertical -estratificação, situado em espaço interior);

• Óptima integração estética;

• Adaptação a diferentes sistemas de apoio energético.

Desvantagens

• Elevadas perdas térmicas da instalação, devido à colocação do acumulador na horizontal (ausência de estratificação) e sujeito a intempérie;

• Energia de apoio limitada à resistência eléctrica;

• Elevado peso do conjunto;

• Impacto estético da instalação;

• Limita-se utilização doméstica.

• Maior custo do sistema;

• Instalação mais complexa (rede de tubagens, bomba circuladora e controlador do sistema);

• Difícil instalação em habitações já existentes.

Considerando as valências de cada sistema, a SOLution aposta na comercialização dos sistemas de circulação forçada. Apesar de serem sistemas mais caros e complexos, são sistemas mais eficientes, que obtêm melhor fracção solar e vão de encontro à política de qualidade, fiabilidade e garantia dos equipamentos por parte da SOLution.

Além do mais, para as grandes instalações é exclusivamente viável instalação de sistemas de circulação forçada.

É nestes sistemas que a SOLution consegue ser mais competitiva e que acredita que o sucesso no mercado passa pela aposta nestas soluções.

Tipos de colector

A energia da radiação solar é captada e transferida através de colectores solares, sendo depois acumulada no depósito sob a forma de água quente. Os colectores são o coração do sistema solar, pelo que em função da utilização que se pretende deve-se escolher o tipo de colector mais adequado.

A área de colectores depende do consumo de água quente e da temperatura de utilização, sendo tanto maior quanto maiores forem as necessidades de energia.

Interessa referir que num sistema solar térmico apenas parte da energia disponível vai ser transferida para o fluido. Este processo está dependente do rendimento do colector, considerando-se este como quociente entre a energia recebida e a energia disponível. Consequentemente quanto maior o rendimento e menor as perdas térmicas, maior será a energia disponível, devendo-se por este motivo prestar especial atenção a estes factores.

Colector Selectivo Plano [1]

Este tipo de colector é o mais comum e destinainferiores a 60 ºC.

Os colectores planos são formado por:

• Cobertura de vidro transparente: para provocar o efeito de estufa e reduzir as calor e ainda assegurar a estanquicidade do colector. A cobertura em vidro de segurança (geralmente vidro temperado) confere uma maior durabilidade e resistência ao colector, protegendo de eventuais condições climatéricas, como por exemplo a queda de granizo.

• Placa absorsora: serve para receber a energia e transformapara o fluido térmico que circula por uma série de tubos em paralelo ou serpentina. Para obter maiores rendimentos existem superfícies selectivas que absorcorpo negro mas perdem menos radiação.

• Caixa de isolamento térmico: serve para evitar perdas de calor uma vez que deverá ser isolada termicamente, para dar rigidez e proteger o interior do colector, dos agentes externos.

Ao fazer circular o fluido térmico através dos tubos de cobre, retiraaproveita-lo para aquecer o depósito de água.

Vantagens:

• Mais barato que um colector de vácuo e parabólico composto;

• Oferece múltiplas opções de montagem (sobre o telhado, integrado no montado na fachada e de instalação livre);

• Boa taxa de preço/performance;

Desvantagens:

• Apresenta menor eficiência em relação aos colectores de vácuo e colectores parabólicos concertadores (CPC) devido a maiores perdas térmicas

• Pouco adaptado parpara máquinas de refrigeração;

• Exige mais espaço no telhado do que os colectores de vácuo.

Figura


[1]

Este tipo de colector é o mais comum e destina-se a produção de água quente a temperaturas

formado por:

Cobertura de vidro transparente: para provocar o efeito de estufa e reduzir as calor e ainda assegurar a estanquicidade do colector. A cobertura em vidro de segurança (geralmente vidro temperado) confere uma maior durabilidade e resistência ao colector, protegendo de eventuais condições climatéricas, como por exemplo a

Placa absorsora: serve para receber a energia e transforma-la em calor, transmitindopara o fluido térmico que circula por uma série de tubos em paralelo ou serpentina. Para obter maiores rendimentos existem superfícies selectivas que absorcorpo negro mas perdem menos radiação.

Caixa de isolamento térmico: serve para evitar perdas de calor uma vez que deverá ser isolada termicamente, para dar rigidez e proteger o interior do colector, dos agentes

ido térmico através dos tubos de cobre, retira-se calor destes podendo lo para aquecer o depósito de água.

Mais barato que um colector de vácuo e parabólico composto;

Oferece múltiplas opções de montagem (sobre o telhado, integrado no montado na fachada e de instalação livre);

Boa taxa de preço/performance;

Apresenta menor eficiência em relação aos colectores de vácuo e colectores concertadores (CPC) devido a maiores perdas térmicas

para gerar altas temperaturas, geração de vapor, fornecimento de calor para máquinas de refrigeração;

Exige mais espaço no telhado do que os colectores de vácuo.

Figura 9 – Esquema Colector Selectivo Plano [1]


12

de água quente a temperaturas

Cobertura de vidro transparente: para provocar o efeito de estufa e reduzir as perdas de calor e ainda assegurar a estanquicidade do colector. A cobertura em vidro de segurança (geralmente vidro temperado) confere uma maior durabilidade e resistência ao colector, protegendo de eventuais condições climatéricas, como por exemplo a

la em calor, transmitindo-a para o fluido térmico que circula por uma série de tubos em paralelo ou serpentina. Para obter maiores rendimentos existem superfícies selectivas que absorvem como um

Caixa de isolamento térmico: serve para evitar perdas de calor uma vez que deverá ser isolada termicamente, para dar rigidez e proteger o interior do colector, dos agentes

se calor destes podendo

Oferece múltiplas opções de montagem (sobre o telhado, integrado no telhado,

Apresenta menor eficiência em relação aos colectores de vácuo e colectores concertadores (CPC) devido a maiores perdas térmicas;

a gerar altas temperaturas, geração de vapor, fornecimento de calor


13

Colector Parabólico Concentrador – CPC [1]

A diferença fundamental relativamente a um colector plano convencional é a geometria da superfície absorsora.

Nos CPCs a área absorsora é constituída por duas alhetas unidas a um tubo e colocadas em cima de uma superfície reflectora. A captação solar realiza-se nas duas faces das alhetas e as perdas térmicas são reduzidas.

O Sol incide na parte superior das alhetas e na superfície parabólica reflectora. Os raios são reflectidos e incidem na parte inferior das alhetas ou directamente no tubo, contribuindo para aquecer ainda mais o fluido térmico.

As perdas de calor são reduzidas porque a área de absorção é menor que num colector plano, pois é constituída só pela superfície das alhetas, implicando uma melhoria do rendimento térmico. Por outro lado, a inércia térmica do colector é inferior e a temperatura nominal de funcionamento é atingida mais rapidamente. A zona situada entre a superfície reflectora e a caixa é preenchida com isolamento para evitar as perdas de calor pela parte inferior.

Vantagens:

• Elevada eficiência mesmo com elevadas diferenças de temperaturas entre o absorsor e o meio envolvente (no Verão);

• Elevada eficiência com baixa radiação (no Inverno);

• Suporta aplicações de calor com mais eficiência do que os colectores planos;

• Adequado para elevadas temperaturas, climatização.

Desvantagens:

• Mais caro do que um colector plano.

Colectores de Vácuo [1]

Estes colectores consistem geralmente em tubos de vidro transparente, cujo interior contém tubos metálicos (absorvedores). A atmosfera interior dos tubos está em vácuo o que elimina as perdas por convecção, elevando assim o rendimento devido a menores coeficientes de perdas.

Figura 10 – Esquema Colector Concentrador Parabólico [1]

Figura 11 – Esquema colector de tubos de vácuo [21]


14

Estes colectores absorvem e transferem eficazmente a energia térmica, através de uma chapa colectora e de um "tubo de calor" contidos num tubo de vidro em vácuo, para um permutador de calor altamente isolado. Este tem uma inércia térmica muito baixa, e uma condutividade excepcionalmente rápida.

O vácuo no tubo de vidro, sendo o melhor isolamento possível para um colector solar, suprime as perdas de calor e protege também a chapa absorvente e o "tubo de calor" das condições adversas exteriores.

Vantagens

• Trabalharem eficientemente a altas temperaturas de absorção;

• Solução para sistemas com fraca orientação e exposição solar, radiação reduzida, limitação de espaço.

Desvantagens

• Esperança média de vida menor;

• Eventuais problemas de dissipação da energia produzida a mais, especialmente nos meses de Verão;

Colectores de PVC [21]

Para completar a análise aos colectores existentes no mercado, termina-se com os colectores PVC que não se enquadram nos sistemas de AQS. Este colectores são constituídos por tubos pretos de plástico, não são vitrificados, revestidos ou isolados termicamente e portanto apresentam elevadas perdas térmicas. A sua utilização resume-se ao aquecimento de piscinas, onde as temperaturas de operação são menores, aumentando o seu período de utilização anual.

Terminada a análise às várias tecnologias existentes no mercado, seguidamente justifica-se a aposta da SOLution, na tecnologia dos colectores selectivos planos.

Na Figura 12, apresentam-se as curvas típicas de eficiência para diferentes tipos de colectores. Colector de tubo vácuo, colector plano e absorsor para piscinas, com a mesma irradiação solar global, bem como a área de aplicação.

Figura 12 – Curvas de eficiência para diferentes tipos de colector (Fonte: SOLution)

Figura 13 – Implementação comparativa

Verifica-se que só para ∆T > 40 K os colectores de vem média a diferença de temperatura entre o colector e a temperatura ambiente inferior a 40 K, habitualmente nos sistemas solares donão se justificando, por isso

Esta análise é verificada na prática através de estudos de mercado realizados nos países de maior implementação e mais anos experiência Grécia.

A Figura 13 demonstra percentagem de área de colectores de vácuo instalados comparativamente com os colectores selectivos planos no ano 2007:

Considerando que em países como a Alemanha e Áustria 90% da superfície total instalada corresponde a colectores selectivos planos, em Portugal a implementação dessa tecnologia ainda faz mais sentido, visto que a irradiação solar do país é muito superior à verificada nestes países.

Contudo, apesar dos colectores selectivos planos são os mais aconselhados para aplicações domésticas de produção de água quente sanitária (armazenamento dContudo, deve-se considerar a instalação de colectores CPC ou vácuo nas seguintes condições:

• Espaço disponível insuficiente

• Inclinação necessária

• Orientação do campo de colectores des

Nas instalações de sistemas com colectores CPC e de tubo de vácuo ocorrem muitas vezes situações de sobreaquecimentoestagnação, devido à subida da temperaturasobredimensionados

As instalações solares Este fenómeno, resultante da falta de capacidade de dissipação do calor produzido nos colectores (exceptuando as perdas térmicas), é desaconselhável, na medida em que a longo prazo implica maiores custos de man

Após a contextualização da energia solar térmica em Portugal e a breve descrição dos sistemas de energia solar, seguidamente


Implementação comparativa entre tubos de vácuo e colectores planos [7]

∆T > 40 K os colectores de vácuo apresentam maior eficiência. Sendo em média a diferença de temperatura entre o colector e a temperatura ambiente inferior a 40 K, habitualmente nos sistemas solares domésticos, a eficiência dos colectores é semelhante,

por isso, o uso do colector de tubos de vácuo.

Esta análise é verificada na prática através de estudos de mercado realizados nos países de maior implementação e mais anos experiência no sector, casos da Alemanha, Áustria e

demonstra percentagem de área de colectores de vácuo instalados comparativamente com os colectores selectivos planos no ano 2007:

Considerando que em países como a Alemanha e Áustria 90% da superfície total instalada corresponde a colectores selectivos planos, em Portugal a implementação dessa tecnologia

a faz mais sentido, visto que a irradiação solar do país é muito superior à verificada nestes

Contudo, apesar dos colectores selectivos planos são os mais aconselhados para aplicações domésticas de produção de água quente sanitária (armazenamento d

se considerar a instalação de colectores CPC ou vácuo nas seguintes

insuficiente para instalar colectores solares planos;

nclinação necessária insuficiente;

Orientação do campo de colectores desfavorável.

Nas instalações de sistemas com colectores CPC e de tubo de vácuo ocorrem muitas vezes sobreaquecimento, especialmente nos meses de Verão.

subida da temperatura máxima dos colectores. Os siste

As instalações solares Este fenómeno, resultante da falta de capacidade de dissipação do calor produzido nos colectores (exceptuando as perdas térmicas), é desaconselhável, na medida em que a longo prazo implica maiores custos de manutenção e menor tempo de vida do sistema.

Após a contextualização da energia solar térmica em Portugal e a breve descrição dos , seguidamente inicia-se a análise intensa dos sistemas solares.


15

e colectores planos [7]

ácuo apresentam maior eficiência. Sendo em média a diferença de temperatura entre o colector e a temperatura ambiente inferior a 40

mésticos, a eficiência dos colectores é semelhante,

Esta análise é verificada na prática através de estudos de mercado realizados nos países de no sector, casos da Alemanha, Áustria e

demonstra percentagem de área de colectores de vácuo instalados

Considerando que em países como a Alemanha e Áustria 90% da superfície total instalada corresponde a colectores selectivos planos, em Portugal a implementação dessa tecnologia

a faz mais sentido, visto que a irradiação solar do país é muito superior à verificada nestes

Contudo, apesar dos colectores selectivos planos são os mais aconselhados para aplicações domésticas de produção de água quente sanitária (armazenamento de água até 60ºC).

se considerar a instalação de colectores CPC ou vácuo nas seguintes

lares planos;

Nas instalações de sistemas com colectores CPC e de tubo de vácuo ocorrem muitas vezes , especialmente nos meses de Verão. O sistema entra em

máxima dos colectores. Os sistemas

As instalações solares Este fenómeno, resultante da falta de capacidade de dissipação do calor produzido nos colectores (exceptuando as perdas térmicas), é desaconselhável, na medida em

utenção e menor tempo de vida do sistema.

Após a contextualização da energia solar térmica em Portugal e a breve descrição dos análise intensa dos sistemas solares.


16

3 Sistemas Solares de Grande Dimensão

3.1 Introdução

O segmento de mercado das grandes instalações solares revela ser importância estratégica para as ambições da SOLution. De facto, constata-se que é o sucesso dos grandes projectos e a elevada poupança energética associada que referenciam a empresa no mercado e potenciam o seu crescimento sustentado.

Consequentemente, o estudo deste tema adquire dimensões cruciais para o crescimento e afirmação da SOLution em Portugal. A abordagem técnica ao nível do dimensionamento do sistema é essencial, dotando a proposta ao cliente de uma componente de elevado valor acrescentado: um sistema à medida, uma solução à medida.

Dada a pequena dimensão da empresa e o relativamente curto histórico no mercado português no segmento, o valor acrescentado pelo conhecimento, familiarização e interiorização de todos os conceitos e variáveis associadas à complexidade destes projectos, será uma mais-valia para a empresa em projectos futuros de grandes dimensões.

A cada projecto as variáveis alteram-se, é necessário um estudo cuidadoso das necessidades energéticas do sistema e o correcto dimensionamento técnico de todos os componentes constituintes em função das cargas do sistema e tendo em conta as restrições inerentes a cada caso. Para o estudo deste tema, o dimensionamento técnico foi aplicado ao Lar Calvário do Carvalhido que pretende a instalação de um sistema para aquecimento das águas sanitárias aproveitando a energia solar térmica disponível.

A análise é realizada com o intuito de criar um documento possível de ser utilizado para outros projectos semelhantes de AQS. Apesar de cada sistema ter as suas especificações, são dimensionados passo-a-passo, portanto, o estudo realizado seguidamente e globalidade da estrutura apresentada servirá como um guia para dimensionamento de projectos futuros.

O projecto de dimensionamento do Lar será posteriormente integrado no QREN, instrumento que a SOLution ambiciona beneficiar e cuja análise completará a abordagem ao tema “Sistemas de Solares de Grande Dimensão”.


17

3.2 Estudo e Dimensionamento Técnico

3.2.1 Apresentação do Caso de Estudo

Apresenta-se seguidamente o dimensionamento de um sistema solar de grande escala, aplicado a um projecto concreto, no caso, o Lar de Idosos Calvário do Carvalhido situado no Porto.

Apesar de se aplicar a um sistema de grande dimensão, o estudo efectuado permite compreender na prática o funcionamento da generalidade dos sistemas solares. Paralelamente ao projecto desenvolveu-se uma ferramenta F-Chart para auxílio ao dimensionamento, sendo igualmente utilizado para efeitos de simulação energética o software SOLTERM2.

3.2.2 Situação Actual das Instalações

Este projecto refere-se à instalação de sistemas de energia solar no Lar Calvário do Carvalhido, localizado na Rua Sarmento de Beires, nº 204, Porto, considerando a potencialidade de poupança energética no consumo de águas sanitárias na sua actividade diária de apoio aos idosos, aproveitando o espaço disponível na cobertura do edifício para instalação de colectores solares.

3.2.2.1 Caracterização da envolvente externa

O edifício situa-se no concelho do Porto, em área urbana. O horizonte solar apresenta-se, sem obstruções assinaláveis, não existindo construções ou obstáculos naturais que possam criar sombreamentos significativos sobre a cobertura.

3.2.2.2 Caracterização do edifício

Trata-se de um edifício de 4 pisos - Figura 1:

• Zona de implantação: Rua Sarmento de Beires, nº 104 – Porto;

• Área de implantação: 300 m2;

• Orientação: Norte Nordeste (NNE) - Sul Sudoeste (SSO);

• Sombreamentos: inexistentes no azimute Sul.

2 SOLTERM é um software de modelação energética desenvolvido pelo Lab. de Investigação INETI.

Figura 14 – Orientação e dimensões da cobertura


18

As coberturas, conforme se verifica pela Figura 1, apresentam um azimute solar de 15º aproximadamente. Em termos de área útil, tem-se:

• Cobertura fachada Sul: 40 m2;

• Cobertura fachada Oeste: 130 m2;

• Cobertura fachada Este: 110 m2.

3.2.2.3 Descrição da área técnica

A casa das máquinas está prevista situar-se no edifício a poente do campo de colectores (Figura 1), devendo ser acondicionada para acolher os depósitos acumuladores previstos na instalação, ligadas às caldeiras e restantes acessórios previstos para o sistema de aquecimento de águas sanitárias.

3.2.3 Requisitos a Resolver pelo Projecto

Para o dimensionamento de um sistema de energia solar e devido ao fornecimento variado de potência e da energia do Sol, é necessário conhecer as quantidades de consumo, o perfil de consumo e a temperatura desejada para a água quente. Estes requisitos são essenciais para correcto dimensionamento do projecto.

3.2.3.1 Necessidades energéticas

Como instituição social de apoio a idosos, as exigências de conforto e aquecimento durante o ano são elevadíssimas, pelo que é uma prioridade do Lar reduzir significativamente a factura energética actual. Assim surge a oportunidade de investimento em energia solar, potenciando o seu bem mais valioso, o edifício.

Actualmente o Lar está equipado com sistema de caldeiras com apoio a gás propano que asseguram as necessidades energéticas do Lar. O sistema existente garante o aquecimento das águas sanitárias durante todo o ano e garante o aquecimento das instalações durante os meses mais frios, portanto o sistema tem uma carga superior no Inverno. No entanto, o dimensionamento de uma instalação solar deve limitar-se às necessidades energéticas nos meses de maior irradiação, sendo por isso necessário dissociar a componente das necessidades para aquecimento de águas sanitárias.

Através de dados históricos obtidos do ano 2007, relativamente aos custos energéticos de gás propano, estimou-se o consumo energético para o aquecimento de água sanitária e aquecimento central (Tabela 2). Considerando a inexistência de necessidades de aquecimento durante os meses mais quentes, o critério utilizado para a estimativa exclusiva das águas sanitárias foi a média de consumo energético diária registada nesses meses.

Este critério de avaliação foi validado com as informações de consumos projectadas pelo promotor, mas também tendo em conta que não devemos sobreavaliar as necessidades térmicas para não correr o risco de projectar uma capacidade de produção superior ao consumo. Se, por um lado, temos a produção energética máxima durante o Verão, deveremos ter em conta que a ocupação e respectivos consumos de AQS poderão diminuir no período de férias, coincidindo com os picos máximos de produção de energia solar térmica e consequentemente correndo o risco de estagnação do sistema.


19

2007 Valor c/IVAValor s/IVA

Propano Kg

Consumo kWh

Consumo AQS estim.

Consumo Aquec.

Janeiro 5.855,51 € 4.839,26 € 4.393 56.550 14.000 42.550

Fevereiro 6.212,32 € 5.134,15 € 4.661 59.996 14.000 45.996

Março 5.665,63 € 4.682,34 € 4.251 54.717 14.000 40.717

Abril 3.426,08 € 2.831,47 € 2.571 33.088 14.000 19.088

Maio 2.865,18 € 2.367,92 € 2.150 27.671 14.000 26.912

Junho 1.206,56 € 997,16 € 905 11.653 14.000 0

Julho 1.334,97 € 1.103,28 € 1.002 12.893 14.000 0

Agosto 2.363,12 € 1.952,99 € 1.773 22.822 14.000 0

Setembro 2.402,34 € 1.985,40 € 1.802 23.201 14.000 0

Outubro 1.312,15 € 1.084,42 € 984 12.672 14.000 0

Novembro 3.859,02 € 3.189,27 € 2.895 37.269 14.000 23.269

Dezembro 7.408,83 € 6.123,00 € 5.559 71.552 14.000 57.552

Total 43.911,71 € 424.084 168.000 256.084

Através do tratamento dos dados de consumo de gás, convertendo em forma calorífica, obteve-se o valor de 14.000 kWh mensais para as necessidades de aquecimento de AQS nas actividades diárias do Lar, a uma temperatura média de consumo de 60ºC. Considerando a temperatura da água de rede 15ºC, são necessários diariamente 450 kWh de energia para elevar a temperatura da água 45 K. Desta forma, de acordo com o desenvolvimento da fórmula (1) [21], estimou-se o consumo diário de AQS:

Onde,

Q ≡ Quantidade de calor [Wh];

V ≡ Volume de água quente [kg];

Cp ≡ Calor específico da água [Wh/kg.K];

∆T ≡ Diferença de Temperatura da água [K].

Cp = 1,16 Wh/kg.K

Estimaram-se assim, consumos de AQS do Lar na ordem dos 8.600 litros (considerando a massa especifica da água de 1 kg/litro).

É de salientar ainda que foi considerada a possibilidade de instalação de um sistema de apoio solar ao aquecimento central, que iria aumentar o potencial de contribuição da energia solar para a redução de consumos energéticos no Lar. Esta possibilidade foi eliminada tendo em conta que o parque de colectores previsto para cobertura das necessidades de AQS já prevê utilizar a maior parte da área de cobertura disponível para colectores solares. Sendo os sistemas de AQS a forma mais rentável de aplicação da energia solar, considerou-se sua aplicação prioritária e eliminou-se a possibilidade de apoio ao aquecimento.

( ) ][)1( WhTCVQ paq ∆××=

( ) KgVTTCQV aq

rcpaq 600.84516,1

000.1450 ≈××=⇔−=

Tabela 2 – Estimativa dos consumos de AQS do Lar


20

Hora Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez0-7 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 3007-8 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 6008-9 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 8009-10 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 70010-11 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 50011-12 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 40012-13 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 90013-14 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 90014-15 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 40015-16 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 30016-17 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 40017-18 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 60018-19 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 700 70019-20 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 80020-24 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300Total 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezV (l/dia) 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600m3 (kg/dia) 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600 8.600Tr ºC 10,80 10,80 11,80 12,80 13,70 15,20 16,20 16,10 15,60 14,10 11,60 10,60Tc ºC 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00Q (MJ/dia) 1.771 1.771 1.735 1.699 1.666 1.612 1.576 1.580 1.598 1.652 1.742 1.778

3.2.3.2 Perfil de consumos

A distribuição de consumo de água diária é necessária ser descriminada com vista ao correcto dimensionamento energético e para efeitos de simulação. O perfil de consumos típico nos Lares apresenta picos da parte da manhã e ao final da tarde, contudo, a distribuição é bastante homogénea entre as 8 h e 24 h. Com base no total de 8.600 litros definidos no ponto anterior, na Tabela 3, definiu-se a seguinte distribuição de consumos em litros:

3.2.3.3 Cálculo da carga energética para AQS

Considerou-se a distribuição de consumos obtida no ponto anterior, à temperatura de consumo de 60ºC (Tc) e a temperatura média da água da rede ao longo do ano (Tr) tabelada para a cidade do Porto (Anexo C, Tabela 12). A carga energética calculou-se pela aplicação dessas variáveis na fórmula (1).

Tendo em conta os cálculos expostos na Tabela 4, o projecto de instalação de sistema solar térmico considerou esta carga energética diária como o potencial de poupança energético.

3.2.4 Critérios de Dimensionamento do Sistema

O dimensionamento do sistema deve ter em consideração a carga energética, procurando tirar o maior partido da energia solar térmica mas evitando que haja excesso de energia produzida pelo sistema solar e estagnação da instalação. Assim, dimensionou-se o sistema para cobrir a totalidade das necessidades do mês que tem menor carga energética, que é o mês de Julho.

Tabela 3 – Perfil de consumos

Tabela 4 – Carga energética para AQS


21

3.2.4.1 Selecção do campo de colectores

O coração do sistema solar consiste no equipamento que capta a energia solar, ou seja os colectores solares, sendo que a sua selecção é determinante na qualidade final do sistema. A selecção deve ter em conta os seguintes aspectos:

• Rendimento do colector tendo em consideração o tipo de aplicação;

• Custo do equipamento;

• Durabilidade, fiabilidade e qualidade;

• Cumprir com requisitos estéticos.

Para aplicações a temperaturas baixas, seleccionaram-se os colectores solares do tipo selectivos planos. Esta tecnologia é a que tem maior dispersão nos mercados mais desenvolvidos como Áustria e Alemanha.

Neste caso específico, propôs-se colocação de colectores do tipo universal SOLution UNISOL27cc (Figura 15).

Os colectores solares, com superfície absorsora de 2,49 m2, são adaptados para qualquer tipo de cobertura, construídos em estrutura de alumínio resistente às intempéries, totalidade da superfície absorvente com revestimento selectivo (Sunselect), de acordo com a especificação técnica do Anexo D.

Os parâmetros que caracterizam a eficiência dos colectores são:

• Rendimento óptico (η0): 74,6 %;

• Coeficiente global de perdas térmicas (UL): 3,232 W/m2.K.

As performances dos equipamentos são devidamente certificadas pelas entidades competentes, traduzidas nos respectivos parâmetros de eficiência publicados nos relatórios da Solar Keymark. Além de apresentarem bons rendimentos ópticos e excelentes factores de perdas, os colectores solares SOLution têm uma garantia de funcionamento de 10 anos. Trata-se, portanto, de um investimento em equipamentos esperança de vida superior a 20 anos, justificando a selecção de um equipamento de excelente performance, fiabilidade e estética.

3.2.4.2 Inclinação e orientação dos colectores

Devido à inclinação do eixo da Terra os dias de Verão são maiores que os dias de Inverno, e as altitudes solares que o sol atinge são mais elevadas no Verão. O ângulo de inclinação óptimo, para os meses de Inverno (menor radiação) é maior que no Verão por causa da menor altura solar. No entanto, dada não ser possível alterar a inclinação da superfície absorsora ao longo do ano, a sua inclinação é fixa e determinada pelo tipo de utilização. No caso de AQS

Figura 15 – Colector UNISOL27cc (Fonte: SOLution)


22

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezInclinação 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36Azimute 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Pen. (orient.) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1Irrad. Diária (MJ/m2) 6 9 12 17 20 22 24 21 15 11 7 6Fact. Somb. 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00Corr. Zona 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95Corr. Inclin. 1,38 1,29 1,18 1,07 0,99 0,96 0,99 1,08 1,22 1,38 1,49 1,47Corr. Aproveitamento. 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94Irrad. Útil/dia (MJ/m2) 8 10 13 17 18 19 21 20 17 14 10 8Nº horas úteis sol 8 9 9 10 10 10 10 10 9 9 8 8Intensidade Útil (W/m2) 262 320 398 483 521 559 614 599 521 424 333 280

do Lar a sua utilização é anual, considerando-se um ângulo 5º inferior ao valor da latitude [21]. Desta forma, optimiza o rendimento energético da instalação durante o seu consumo anual. Assume-se assim a inclinação óptima de 36º. Por outro lado, escolheu-se a optimização da orientação dos colectores a Sul, tendo em conta que não existem limitações de sombreamento, estéticas ou técnicas que possam justificar outra opção. Esta opção permite concluir que não haverá qualquer penalização de irradiação devido à orientação.

3.2.4.3 Determinação da irradiação e da intensidade mensal útil [15]

Sendo a fonte energética o sol, deve-se calcular a irradiação útil baseado nos valores tabelados da irradiação horizontal e nos factores de correcção que seguem:

Irradiação horizontal diária (média mensal) [MJ/m2] – Anexo C, Tabela 12.

Irradiação diária útil corrigida dos seguintes factores:

• Zona urbana = 0,95;

• Sombreamento residual = 1;

• Factor de inclinação – Tabela 13 do Anexo C

Como se verifica na pelo anexo anterior, quanto maior a inclinação do colector, melhor é o coeficiente nos meses de Inverno, tirando partido da menor altura solar nessa época. Daí a correcção pelo factor de inclinação.

• Factor aproveitamento (arranque, regulação e controlo) = 0,94.

Intensidade útil - apresentada na Tabela 5 é a divisão a irradiação diária útil pelo número de horas úteis de sol.

3.2.4.4 Cálculo do rendimento do colector

Como no resto das variáveis, deve realizar-se o cálculo mês a mês do rendimento prático η do colector. O rendimento útil do colector baseia-se nos seus parâmetros de eficiência de acordo com a seguinte fórmula [15]:

Onde,

η ≡ Rendimento útil [%];

η0 ≡ Rendimento óptico [%];

τ ≡ Transmitância da cobertura transparente (factor de reflexão);

Tabela 5 – Intensidade útil diária

[%]]/).[()()3( ITTU afLo −−= ταηη


23

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezTamb (ºC) 9 9 11 13 15 18 20 20 18 16 11 9Tf (ºC) 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45Rend. Colector 25% 34% 43% 48% 52% 54% 57% 56% 54% 48% 37% 29%Perd. Glob Inst 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10%En. Capt (MJ/m2)/dia 1,7 3,2 4,9 7,2 8,3 9,4 10,7 10,4 8,1 5,9 3,2 1,9En. Capt (MJ/m2)/mês 54 89 153 216 256 281 333 322 244 183 97 60Sup. Colect Nec. (m2) 1.025 557 352 236 201 172 147 152 196 280 541 914Nº colectores 411 223 141 95 81 69 59 61 79 113 217 366

α ≡ Absortância da placa absorsora (factor de sujidade);

UL ≡ Coeficiente global de perdas térmicas [W/m2.K];

Tf ≡ Temperatura media do fluído [ºC];

Ta ≡ Temperatura ambiente [ºC];

I ≡ Intensidade útil diária [W/m2].

Considera-se a temperatura de utilização de A.Q.S. (Tf) de 45ºC e a temperatura ambiente da rede (Ta) de acordo com a tabela de valores médios para o local (Anexo C, Tabela 12). O primeiro membro da fórmula (3) corresponde à correcção do rendimento óptico por factores de reflexão (0,97) e de sujidade (0,97). Os valores do rendimento real calculados para cada mês são utilizados para a optimização do campo de colectores – Tabela 8.

3.2.4.5 Perdas globais da instalação

Seleccionando uma elevada qualidade equipamentos e instalação, nomeadamente no que diz respeito a isolamentos ao nível do edifício e depósitos, consideram-se perdas globais do sistema de 10%. [15]

3.2.4.6 Energia captada por m 2

A energia captada é determinada pela intensidade útil incidente no campo de colectores e o rendimento do sistema - definido pelo rendimento dos colectores e das perdas globais da instalação.

Para a determinação da área do campo de colectores (em função do rendimento efectivo do colector) adequada ao sistema, utilizou-se uma evolução do Método F-Chart. O resultado desse cálculo permitiu calcular o número de colectores que satisfazem as necessidades térmicas de AQS do sistema para cada mês.

A Tabela 6 anterior ilustra a energia solar captada por dia e por mês por metro quadrado de colector. Fazendo o rácio com a carga energética mensal do Lar, obteve-se a área de superfície de colectores necessária para cobrir as necessidades energéticas mensais.

Através da análise, concluiu-se que com um campo de 59 colectores solares é possível cobrir na totalidade as necessidades energéticas do Lar no mês de maior irradiação solar (Julho). Desta forma, optimiza-se o sistema para o mês de maior calor, evitando o seu sobredimensionamento.

Tabela 6 – Optimização do campo de colectores


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3.2.5 Dimensionamento e Projecto Técnico

3.2.5.1 Dimensionamento e projecto do campo de cole ctores

Conforme referido anteriormente, deve-se evitar excesso de capacidade instalada relativamente à carga energética, de forma a impedir altas temperaturas: os sistemas solares térmicos podem atingir temperaturas da ordem dos 200 ºC, nos dias de maior radiação, caso todos os pontos consumo estejam satisfeitos. Apesar de suportarem cargas excessivas, este fenómeno aumenta os custos de manutenção e pode acelerar o envelhecimento do sistema.

Assim, determinou-se o número ideal de 59 de colectores, minimizando o desperdício energético mas maximizando o factor solar. Sabendo igualmente da inexactidão da carga térmica, dado que se trata de uma estimativa, aconselha-se a não sobredimensionar o sistema.

Apesar da optimização do sistema solar para 59 colectores, à partida não será possível a sua implementação na totalidade. De facto, após o levantamento técnico da área de instalação, verifica-se que a área de cobertura do Lar não é suficiente para o campo de colectores dimensionado. O Lar é constituído por vários edifícios, no entanto, a campo de colectores será instalado no edifício 1 e o edifício 2 irá comportar a área técnica como indicado na figura seguinte:

A zona A (fachada Sul), zona B (fachada Oeste) e zona C (fachada Este), são os locais nos quais o parque de colectores será instalado. Todos os colectores serão orientados a Sul, à excepção dos colectores na zona A que serão orientados a Sul Sudoeste. O telhado em questão é tipicamente Português com 25º de inclinação em relação ao plano horizontal.

Para efeitos de dimensionamento, a distância entre colectores deverá ser calculada considerando que a sombra será máxima no solstício de Inverno, através da fórmula (4) obtida por dedução do esquema seguinte:

ZONA A

Figura 16 – Área técnica e área de instalação do campo de colectores

Figura 17 – Distância mínima entre colectores - ZONA A


25

Onde,

L ≡ Altura colector [m];

β ≡ Inclinação do colector [graus];

γ ≡ Inclinação do telhado [graus];

h0 ≡ Altura solar [graus];

h0 = (90º - Latitude) - 23º,5 = 90º - 41º,5 - 23º,5 = 25º

ZONA B e ZONA C

Para as zonas B e C, a inclinação do telhado irá afectar o dimensionamento de forma diferente, pois as filas de colectores ficarão à mesma altitude. A inclinação a do telhado (γ) condiciona a distância entre os colectores na medida em que o seu comprimento (L) é superior (Figura 18), L2 = L[ cos( γ ) ] = 2,163.cos(25º), sendo a distância resultado da expressão sobre cobertura plana.

A orientação e a desobstrução do horizonte não condicionam a instalação dos colectores para uma distância superior a 2,439 m na zona A e superior a 4,877 nas zonas B e C, caso contrário haveriam sombreamentos entre fileiras. Com base nos cálculos anteriores e considerando a área viável de implementação de colectores, concluiu-se que apenas é possível a instalação de 45 colectores orientados a Sul, ao invés dos 59 colectores optimizados anteriormente. Desta forma, os colectores serão instalados no plano inclinado do edifício principal, totalizando uma área bruta de 112,5 m2 de área de abertura total de colector.

A fixação dos colectores irá assentar sobre a própria estrutura do telhado, devendo o construtor considerar o esforço exercido pelo campo de colectores, tendo em conta o peso/vento subsequente à sua instalação. Definiu-se uma distância de instalação dos colectores de 2,5 m para a zona A e de 5,0 m para as zonas B e C. As fileiras serão instaladas junto ao vão superior do telhado, para assegurar a instalação dentro dos perímetros de segurança (Figura 19). Os colectores da zona A não serão orientados no eixo Norte-Sul, no entanto este desvio não terá consequências significativas no seu rendimento, como demonstra a Figura 20. Para uma inclinação de 36º, os 10 colectores em questão na zona A apenas terão uma quebra de 5% no seu rendimento. Sendo estas perdas diluídas na totalidade do sistema.

Figura 18 – Orientação dos colectores - ZONA B e C

][)cos()tan()()4(

021 mLh

senLddd γβγγβ ++

−−=+=

msend 439,2)º25º36cos()º25º25tan()º25º36(163,2 =

++−

−=

mhsenLddd 877,4)cos()tan(

)(0

221 =

+=+= ββ


26

Figura 21 – Esquema hidráulica da instalação solar (Fonte: SOLution)

Após a definição do campo de colectores, em função das necessidades energéticas do sistema e das restrições existentes, seguidamente é feito o dimensionamento técnico das restantes componentes do sistema solar de AQS, em função área de abertura de 112,5 m2.

O calor gerado nos colectores é transportado para os tanques de armazenamento solar, através do circuito solar. Este é constituído pelos seguintes elementos:

• Tubagens – permitem a ligação dos colectores aos tanques de armazenamento;

• Fluído de transferência térmica – transporta o calor do colector para o tanque de armazenamento;

• Bomba circuladora solar – faz circular o fluído de transferência térmica no circuito solar;

• Permutador de calor do circuito solar: transfere o calor do circuito primário para a água potável acumulada nos depósitos;

• Equipamento e acessórios para enchimento, esvaziamento e drenagem;

• Equipamento de segurança: vaso de expansão e válvula de segurança que protegem o sistema de danos (perdas) devido à expansão do fluído térmico.

3.2.5.2 Esquema hidráulico da instalação

O objectivo da instalação pressupõe o aquecimento de águas sanitárias do Lar. A energia captada pelos colectores (circuito primário) é transferida para os depósitos de acumulação de água sanitária através de um permutador de placas, como se observa no respectivo esquema hidráulico:

Figura 19 – Disposição do campo de colectores Figura 20 – Perdas de rendimento do colector

Campo de colectores

Permutador de placas

Depósito AQS


27

3.2.5.3 Cálculo do volume de acumulação

Geralmente, considera-se um volume de acumulação entre 50 a 90 litros por m2 de colector [21], dependendo do grau de simultaneidade entre o consumo e a produção do sistema solar.

No Lar as necessidades energéticas são elevadíssimas, havendo um consumo de AQS constante ao longo de cada dia, comportamento esse que se reflecte durante todo o ano. Considera-se então um volume de acumulação de 75 litros por m2, pois, dada a elevada taxa de consumo, não será necessária uma grande acumulação energética, sendo que um maior volume de acumulação não irá melhorar significativamente o rendimento da instalação. Pelo contrário, apenas irá encarecer o sistema ao nível de equipamentos e de respectiva instalação.

Tendo em conta as dimensões da área técnica, considerou-se um volume total de 6.000 litros, constituídos através de 2 acumuladores tipo WSG3000 (com isolamento) ligados em série, de acordo com especificação do Anexo E. Propôs-se ainda separar cada acumulador com válvulas motorizadas que possam dar prioridade ao acumulador mais próximo do ponto de consumo.

3.2.5.4 Selecção do permutador de calor

Quanto maior for a eficácia de permuta, maior a energia transferida para o circuito secundário e consequentemente, menor é a temperatura de regresso do fluído térmico. Os permutadores externos apresentam maiores taxas de eficácia, logo, devido à elevada área de colectores e ao volume de acumulação superior a 3.000 litros [17], considerou-se a utilização de permutadores de placas externos. A superfície de permuta genericamente aconselhada é de 750 W por cada m2 de superfície colectora [17]. Neste caso prático, para 112,5 m2 de colectores a potência mínima aconselhável é de 79 kW, ou seja, o permutador dimensionado foi o PTL140 da SOLution que permite uma superfície total de absorção máxima até 140 m2.

3.2.5.5 Determinação do caudal do fluido térmico

Além do maior rendimento, uma das vantagens de colectores com baixas perdas térmicas, consiste no mais reduzido caudal, que é definido através da fórmula (6) [15]:

Onde,

Figura 22 – Depósitos de acumulação WSG 3000 em série (Fonte: SOLution)

]./[10)6( 2mskgC

UC

p

L=

C ≡ Caudal do fluído térmico [kg/s.m

UL ≡ Coeficiente global de perdas térmicas [

Cp ≡ Calor específico da água [kJ/kg].

O calor específico da mistura de água com anticongelante água pura (Cp = 4,185 kJ/kgde glicol (considerada de 30% 30% de glicol à temperatura de opertabelados (Anexo C, Tabela circuladora a dimensionadas

Caudal do fluido térmico:

Considerando o parque de colectores com 112,5 m

3.2.5.6 Tubagens no circuito primário: campo de colectores

Os colectores solares SOLution têm melhor rendimento quando instalados em colectores tendo em conta o facto dos tubos de cobre dentro dos colectores serem em paralelo de canais. Esta disposição justifica em parte o bom rendimento e a possibilidade de baixos caudais. Com base nesta característica procuradisponível, de acordo com o esquema seguinte.

Tendo em conta que o campo de colectores não é simétrico, consideramos a inclusão de válvulas reguladoras de caudal tipo SRV15_S para assegurar o equilíbrio hidráulico do sistema. O retorno da água possível reduzindo as perdas de carga e de calor

O purgador é o elemento utilizado para evacuar os gases, geralmente ar, contido nas tubagens. A presença de gases no circuito pode dar lugar à formação de bolsas que impeçam a correcta circulação dos fluidos. Desta forma, cgrupo de colectores para permitir uma boa purga de ar do sistema bom funcionamento do sistema solar.

Figura

Ø 22

Ø 35

Ø 28


Caudal do fluído térmico [kg/s.m2];

Coeficiente global de perdas térmicas [W/m2.K];

Calor específico da água [kJ/kg].

O calor específico da mistura de água com anticongelante no circuito primário kJ/kg). Como tal, o Cp do fluido deverá ser corrigido pela percentagem

de glicol (considerada de 30% por recomendação do fornecedor de colectores). Considerando 30% de glicol à temperatura de operação de 60ºC, o Cp corrigido é de 3

, Tabela 14). Esta correcção afecta igualmente as tubagens e a bomba das posteriormente.

Considerando o parque de colectores com 112,5 m2 de área, o Ctotal do sistema

Tubagens no circuito primário: campo de colectores

Os colectores solares SOLution têm melhor rendimento quando instalados em colectores tendo em conta o facto dos tubos de cobre dentro dos colectores serem em paralelo

Esta disposição justifica em parte o bom rendimento e a possibilidade de baixos caudais. Com base nesta característica procura-se a maximização da utilização da área disponível, de acordo com o esquema seguinte.

Tendo em conta que o campo de colectores não é simétrico, consideramos a inclusão de válvulas reguladoras de caudal tipo SRV15_S para assegurar o equilíbrio hidráulico do

da água quente foi projectado de forma a ter um menor cumprimento possível reduzindo as perdas de carga e de calor.

O purgador é o elemento utilizado para evacuar os gases, geralmente ar, contido nas tubagens. A presença de gases no circuito pode dar lugar à formação de bolsas que impeçam a correcta

. Desta forma, considerou-se ainda purgadores de grupo de colectores para permitir uma boa purga de ar do sistema - factor fundamental ao bom funcionamento do sistema solar.

Figura 23 – Esquema das tubagens do circuito primário

colectorporhlC /11,73976,3

232,310 ==

Água quente –

Válvula reguladora de caudal

Água fria – ida


28

no circuito primário é inferior ao da do fluido deverá ser corrigido pela percentagem

recomendação do fornecedor de colectores). Considerando corrigido é de 3,976 kJ/kg – valores

Esta correcção afecta igualmente as tubagens e a bomba

total do sistema = 3290 l/h

Os colectores solares SOLution têm melhor rendimento quando instalados em série de 3 a 6 colectores tendo em conta o facto dos tubos de cobre dentro dos colectores serem em paralelo

Esta disposição justifica em parte o bom rendimento e a possibilidade de baixos ização da utilização da área

Tendo em conta que o campo de colectores não é simétrico, consideramos a inclusão de válvulas reguladoras de caudal tipo SRV15_S para assegurar o equilíbrio hidráulico do

ter um menor cumprimento

O purgador é o elemento utilizado para evacuar os gases, geralmente ar, contido nas tubagens. A presença de gases no circuito pode dar lugar à formação de bolsas que impeçam a correcta

ainda purgadores de ar manuais em cada factor fundamental ao

Esquema das tubagens do circuito primário

– retorno

Válvula reguladora de caudal

ida


29

3.2.5.7 Dimensionamento de tubagens

Para o caudal total 3,3 m3/h e de forma a não ultrapassar o limite da perda de carga linear de 40 mm.c.a/m, verificou-se, através do respectivo ábaco (Anexo C, Figura 39) que é aconselhável um diâmetro de tubo de cobre de 35 mm. A perda de carga correspondente no ábaco é de aproximadamente 30 mm.c.a/m, garantindo o limite máximo mencionado.

3.2.5.8 Cálculo da perda de carga total

Perda de carga na tubagem

Do ponto anterior, temos como base do cálculo do valor da perda de carga 30 mm c.a. para o caudal de água do sistema em tubo de cobre 35. Este valor deve ser corrigido com o factor [13] de viscosidade tendo em conta a percentagem de glicol existente no fluído térmico:

O campo de colectores não apresenta um caudal homogéneo, sendo que o caudal de 3,29 m3/h e o diâmetro de tubo 35 mm foi calculado com base na área total de colectores. No entanto, para os colectores mais distantes da área técnica o caudal existente é menor em função do menor número de colectores. Sendo assim, baseado nos cálculos do capítulo 4.2.4.7, obteve-se a mesma carga equivalente com tubo de cobre 22 mm para os 14 colectores mais distantes e tubo de cobre 28 mm para os 14 seguintes (Figura 23). Para os restantes colectores será utilizado tubo de cobre 35 mm, como calculado anteriormente. Este dimensionamento permite reduzir custos significativos para a instalação das tubagens.

Perda carga nas singularidades [15]

• Maior grupo – 6 colectores em série: em cada grupo tem-se um caudal de cerca de 3290 l/h, ao que corresponde uma perda de carga de 244,8 mm.ca/m por colector (dados do fabricante) ou seja 1470 mm.ca no grupo de 6 colectores. Estando o campo de colectores em paralelo o valor da perda de carga nos colectores corresponde ao valor de 6 colectores em série, ou seja 1470 mm.ca.

• Projectam-se 20 mudanças de direcção a 90º (Comp. Equivalente 1,5)

• Projectam-se 12 derivações em T (Comp. Equivalente 1,4)

• Projectam-se 10 contracções bruscas 4:3 (Comp. Equivalente 0,5)

• Projectamos 12 válvulas de regulação de caudal, consideradas como válvulas de borboleta (Comp. Equivalente 21,3)

• Considera-se um permutador de placas tipo PTL140

Para efeitos de cálculo apenas se considerou o grupo de 6 colectores, pois é onde se regista a maior perda de carga relativamente aos grupos de 4 e 3 colectores.

Assim, com base nos comprimentos de tubagens (calculados numa base pessimista) e cálculo das perdas de carga de singularidades, chegou-se à seguinte perda de carga total da instalação:

24,158,0

4,1

.

.)8( 4 4 ===

águavis

dissoluçãovisfactor

..2,373024,1 acmmperdasfactorperdascorrigidas =×=×=


30

Descrição LE Unid.Perda de carga

(mm.ca)/Un.Perda de carga

(mm.ca)Diametro

(mm)Área Tubo

(dm2)Volume

(l)

Tubagem de cobre 22 1 61 61 1.830 20 0,03142 191,64

Tubagem de cobre 28 1 20 20 600 25 0,04909 98,17

Tubagem de cobre 35 1 125 125 3.750 32 0,08042 1005,31

Mudança de direcção a 90º 1,5 20 30 893

Derivações em T 1,4 12 16,8 500

Contrações bruscas 4:3 0,5 10 5 149

Válvulas de borboleta semi-abertas 21,3 12 255,6 7.604

Válvula de retenção borboleta 10 1 10 298

Grupo de 6 colectores 1.470 1 1470 1.470 55,35

Permutador de placas (PTL140) 500 1 500 500 2,70

Total 17.593 1.353

O valor total das perdas de carda para o sistema solar instalado, considerando o circuito primário, circuito secundário e respectivos componentes, é de 17,6 m. c.a.

O cálculo das perdas de carga baseia-se nos pressupostos assumidos neste projecto, com base nas informações disponíveis, podendo no entanto variar mediante condicionamentos locais, estando por isso sujeita a variações.

3.2.5.9 Selecção da bomba circuladora

Sendo o sistema de circulação forçada, o transporte do fluido térmico do circuito primário desde o campo de colectores até aos acumuladores é impulsionado através de bombas circuladoras. Estas devem ser suficientemente potentes em função das perdas totais do circuito e do caudal do circuito primário.

Pela análise dos grupos hidráulicos disponíveis e pelo caudal vs perda de carga total da instalação calculado anteriormente, optou-se pelo grupo circulador RGP3010, com bomba WILO STAR 30/10. Como se verifica através da Figura 30, para o caudal de 3,29 m3/h, a bomba suporta uma perda de carga de 12 m.ca.

Para o sistema dimensionado, com uma estimativa de perdas na ordem de 17,6 m.ca (tabela 6), aconselha-se a instalação de duas bombas WILO STAR 30/10 em paralelo, assegurando a potência necessária para o correcto funcionamento do sistema primário.

Tabela 7 – Perda de carga total da instalação

Figura 24 – Informação técnica bomba WILO 30/10 (Fonte: WILO AG)


31

3.2.5.10 Cálculo do vaso de expansão

O volume de um vaso de expansão deve ser pelo menos igual ao aumento de volume do líquido do circuito, de acordo com a fórmula (9): [15]

Onde,

VE ≡ Volume útil do vaso de expansão [L]; P ≡ Pressão relativa do sistema [bar];

VT ≡ Capacidade total do circuito primário; p ≡ Pressão relativa inicial no vaso [bar];

t ≡ Temperatura máxima possível [ºC].

De acordo com cálculos, obteve-se um volume de vaso de expansão de 216 litros para o circuito primário. Por recomendação do fabricante, considerou-se um vaso de expansão de 300 litros tipo ADG300.

3.2.5.11 Vaso de expansão águas quentes sanitárias

Deve considerar-se um vaso de expansão em cada secção que fechada de fluido, nomeadamente os acumuladores de água: calcula-se um volume de 10% do volume do acumulador [15], ou seja 300 litros por acumulador.

3.2.5.12 Controladores diferenciais e vasos de expa nsão

O sistema de controlo tipo UVR da SOLution permite o controlo do sistema assegurando o funcionamento global da instalação, de acordo com o seguinte esquema análogo (Figura 25), programa solar com 2 consumidores – Programa 224:

Os sistemas de controlo são baseados no princípio da medição das diferenças de temperatura. No esquema análogo acima consideramos a bomba A1 a bomba do circuito primário, estando ligada em paralelo à bomba do circuito secundário, onde circula a água dos acumuladores. Esta bomba é accionada a partir do momento que a temperatura dos colectores S1 é superior a qualquer dos pontos dos acumuladores S2, S3, de acordo com as instruções da Figura 26.

A prioridade é dada ao acumulador mais próximo do ponto de consumo, com o arranque de A1. Posteriormente, quando S2 atingir o valor máximo (ou desejável) de 60 ºC, a válvula motorizada A2 passa a alimentar o segundo depósito. O esquema eléctrico deverá assegurar que os grupos circuladores do circuito primário e secundário funcionem, caso A1, A2 estejam activos.

Figura 25 – Esquema de controlo Figura 26 – Instruções de controlo

][)1(100

)1)(5,207,0()9( LVt

p

PtVE ×

++−=


32

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

J an F ev Mar Abr Mai J un J ul A go S et Out Nov Dez

C arga F -C hart MJ /mês

P roduç ão F -C hart MJ /mês

42000

44000

46000

48000

50000

52000

54000

56000

J an F ev Mar Abr Mai J un J ul Ago S et Out Nov Dez

C arga F -C hart MJ /mês

C arga S olterm MJ /mês

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

J an F ev Mar A br Mai J un J ul A go S et Out Nov Dez

P rodução F -C hart MJ /mês

P rodução S olterm MJ /mês

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez TotalCarga F-Chart MJ/mês 54.893 49.581 53.778 50.963 51.658 48.372 48.869 48.980 47.940 51.212 52.259 55.117 613.621Forn F-Chart (MJ)/mês 6.024 10.012 17.209 24.284 28.846 31.648 37.478 36.263 27.453 20.569 10.876 6.782 257.443Fracção Solar 11% 20% 32% 48% 56% 65% 77% 74% 57% 40% 21% 12% 42%

3.2.6 Análise dos Resultados Obtidos

3.2.6.1 Análise Energética

Com base no sistema solar dimensionado de 45 colectores UNISOL27cc e 6.000 litros de acumulação, projectou-se o aproveitamento energético através do método F-Chart. A Tabela 8 e a Figura 27 expõem os resultados obtidos através do método, totalizando 42 % de fracção solar anual:

A Figura 28 compara as cargas energéticas do sistema projectado pelo método F-Chart e a carga energética calculada pelo programa SOLTERM, com as mesmas variáveis:

O outro termo de comparação entre os dois métodos de simulação energética, é a contribuição energética do sistema solar (Esolar) dimensionado para as necessidades de aquecimento estimadas para o Lar. A comparação é ilustrada na figura seguinte:

Tabela 8 – Fracção solar do sistema F-Chart

Figura 27 – Energia fornecida em função da carga energética necessária – F-Chart

Figura 28 – Energia de carga F-Chart vs energia de carga SOLTERM

Figura 29 – Energia solar fornecida F-Chart vs energia solar fornecida SOLTERM


33

Através da Figura 29, é possível verificar que no caso da energia produzida, os dois modelos já não apresentam valores idênticos. Observa-se um desfasamento que regista maiores diferenças nos meses de Inverno. Como já foi referido, o método F-Chart estimou uma fracção solar anual de 42% e o programa de SOLTERM simulado de acordo com sistema dimensionado, apresentou uma fracção solar de 52,4%.

A discrepância de valores obtidos pode ser justificada pela utilização de dados climatéricos e valores de correcção do campo de colectores mais penalizadores para os meses de Inverno, relativamente aos assumidos pelo SOLTERM. Pois, nos meses de maior irradiação solar, os cálculos efectuados são válidos e concordantes.

Baseados nestes parâmetros, é possível estimar a poupança energética e factor solar do sistema, aqui estimado através do SOLTERM, que foi especificamente desenvolvido para o efeito e cujo relatório energético pode ser consultado no Anexo F.

A simulação SOLTERM aborda igualmente os impactos ambientais do projecto, estimando que o sistema dimensionado permitirá poupanças a nível de aproximadamente 8.961 kg de gás propano por ano e 27,4 toneladas equivalentes de CO2/ano.

3.2.6.2 Análise Financeira

O orçamento do projecto dividiu-se no fornecimento de equipamentos solares ao encargo da SOLution e na instalação do sistema, respectivos equipamentos, válvulas e tubagens assegurados pela empresa instaladora. A listagem dos equipamentos dimensionados ao longo do estudo pode ser consultada no Anexo G, que corresponde à proposta SOLO000177 apresentada ao Lar Calvário do Carvalhido, juntamente com o projecto de dimensionamento desenvolvido.

Tendo em conta a projecção de custos, ilustra-se a recuperação do investimento na figura seguinte:

Estima-se que o sistema solar será amortizado no prazo de 6 anos, correspondendo a uma rentabilidade média anual de 9,9%3, sendo portanto um investimento rentável. Os valores do investimento foram omitidos para salvaguardar os interesses comerciais da empresa.

3 Estimado pela análise económica do SOLTERM.

Figura 30 – Amortização do investimento no sistema solar


34

3.2.6.3 Síntese do Caso de Estudo

O caso de estudo efectuado permitiu dimensionar pormenorizadamente a instalação de um sistema solar no Lar Calvário do Carvalhido. O projecto teve implicações práticas, na medida em que a proposta efectuada ao cliente englobou todo o estudo aqui efectuado.

Além do mais, possibilita adoptar da estrutura desenvolvida para adaptar a outros projectos semelhantes, que apesar necessitarem igualmente de um estudo específico à medida da instalação, a metodologia de análise é a mesma, facilitando assim todo o processo.

Neste sentido, apesar do método F-Chart não ser totalmente correspondente ao SOLTERM, o método desenvolvido revelou-se extremamente proveitoso no decorrer do projecto de dimensionamento, na medida em que permitiu estruturar de forma lógica e organizada todos os aspectos técnicos de relevância para o dimensionamento.

Desta forma, torna o estudo do projecto mais fluído, seguindo uma linha orientadora desde o levantamento das necessidades, até ao dimensionamento do volume de acumulação, da área total de colectores e respectivos acessórios do circuito primário.

Por outro lado, o método de simulação criado tem a particularidade de estruturar igualmente a globalidade do estudo, à semelhança do que é pretendido com o desenvolvimento das várias etapas do projecto do Lar, no âmbito do tema “Sistemas Solares de Grande Dimensão”.

3.3 Quadro de Referência Estratégico Nacional – QRE N

3.3.1 Introdução

O QREN é um poderoso instrumento para a modernização da economia e da sociedade. A prossecução deste grande desígnio estratégico é assegurada pela concretização de Programas Operacionais, com o apoio dos Fundos Estruturais e do Fundo de Coesão da Comissão Europeia. É fundamental para impulsionar a recuperação económica e para lançar as bases de um progresso sustentado.

O objectivo desta análise e do enquadramento dos projectos de grande dimensão no QREN é a criação de uma plataforma que facilite os complexos processos de candidatura aos Sistemas de Incentivos. Partindo do desenvolvimento de um caso específico, pretende-se criar um modelo que possibilite a sua multiplicação, aplicando a estrutura desenvolvida para gerar futuras candidaturas em entidades análogas, com projectos idênticos.

3.3.2 Enquadramento dos Sistemas de Grandes Dimensõ es no QREN

Considerando o panorama económico-financeiro actual, o investimento em sistemas solares, em que o retorno surge a médio/longo prazo, é sem dúvida uma grande barreira para a implementação dessas soluções. Esta barreira torna-se deveras maior para os sistemas solares de grandes dimensões, onde o esforço financeiro é muito superior.

Na perspectiva de encontrar soluções que tornem estes investimentos mais interessantes e rentáveis para o cliente final, a SOLution tem o intuito de integrar os projectos de maior dimensão nos programas de apoio comunitário existentes.

Além da possibilidade de gerar fontes de financiamento, o enquadramento no QREN assenta ainda numa outra perspectiva.


35

Os projectos de grande dimensão, com avultadas necessidades de investimento, necessitam e, de certa forma, exigem um instrumento que analise a viabilidade do negócio e que sustente o dimensionamento técnico do projecto.

A candidatura ao QREN, aplicada a sistemas complexos de energia solar, apresenta uma metodologia essencial para esse estudo e defesa de projectos de grande investimento – à semelhança de um plano de negócios. Desta forma, a candidatura de projectos ao QREN, permite igualmente aplicar a sua metodologia nos projectos de grande dimensão elaborados pela SOLution, contribuindo para a validação da sustentabilidade do investimento e apoio ao dimensionamento técnico de projectos complexos.

Ambas as perspectivas, a possibilidade de apoio comunitário e o estudo de viabilidade que valida a sustentabilidade da proposta técnica, são inerentes ao processo de candidatura ao QREN e ambas contribuem para o sucesso final de uma proposta completa e muito abrangente, desenvolvendo assim, um documento de suporte privilegiado com informação pertinente e que acrescenta um enorme valor aos projectos a serem apreciados pelas respectivas entidades decisoras dos grandes investimentos.

Posto isto, com base no imenso potencial do QREN, a SOLution pretende beneficiar ao máximo deste poderoso instrumento. Por conseguinte, é crucial a criação de metodologias de análise e conhecimento do processo de candidatura, procurando agilizar, de forma eficiente, as candidaturas futuras de projectos solares. A optimização ambicionada exige, portanto, o desenvolvimento de um modelo base para posterior proliferação.

De forma a poder desenvolvê-lo, optou-se por utilizar o Lar Calvário do Carvalhido, com o intuito de aplicar o processo de candidatura ao QREN a um caso específico, dando seguimento ao dimensionamento técnico realizado no tema “Sistemas Solares de Grande Dimensão.”

Este capítulo é de importância estratégica pertinente, na medida em que vem completar a abordagem aos sistemas solares de grande dimensão, concluindo a proposta global de instalação de sistemas solares térmicos, ambicionada pela SOLution.

3.3.3 Organização Operacional do QREN

O QREN define as orientações fundamentais para a utilização nacional dos fundos comunitários no período compreendido entre 2007 e 2013.

Tendo em conta a natureza dos projectos desenvolvidos pela SOLution e as entidades alvo que normalmente se interessam por este tipo de projectos de grande dimensão, - as Pequenas e Médias Empresas (PME) - o Sistemas de Incentivos ao Investimento das Empresas é o instrumento essencial existente no QREN que permite levar a concurso esses projectos de investimento nas entidades alvo e será exclusivamente nesse Sistema de Incentivos que a SOLution pretende beneficiar em parceria com as empresas parceiras, promovendo a difusão energia solar, como recurso energético renovável.

A SOLution irá então desenvolver, em nome das empresas, a candidatura aos fundos comunitários para a instalação de projectos de energia solar. Interessa estudar pormenorizadamente os regulamentos e sistemas de incentivos às PME existentes e que melhor se enquadram no âmbito do sector de energia e eficiência energética.


36

Sistema de Incentivos às PME

A prossecução do objectivo de desenvolvimento da política comunitária de coesão económica e social, que está subjacente ao QREN, concretiza-se através de três grandes Agendas Operacionais Temáticas, que incidem sobre três domínios essenciais de intervenção, o Potencial Humano, os Factores de Competitividade e a Valorização do Território. [11]

Os Sistemas de Incentivos ao investimento nas empresas assumem uma relevância significativa no domínio da prioridade QREN na “Agenda Operacional para os Factores de Competitividade”, a ser executada não só através do Programa Operacional Factores de Competitividade (POFC), mas também pela via dos Programas Operacionais Regionais - Norte, Centro, Lisboa, Alentejo e Algarve. [11]

A concretização do Sistema de Incentivos às PME na região norte é operacionalizada pelo ON.2 - O Novo Norte (Programa Operacional Regional do Norte 2007/2013) que é um instrumento financeiro de apoio ao desenvolvimento regional do Norte de Portugal (NUTS II).

A gestão dos Sistemas de Incentivos envolve a articulação entre entidades nacionais e regionais, repartida da seguinte forma:

Gestão Nacional (PO Factores de Competitividade) – projectos promovidos por médias e grandes empresas;

Gestão Regional (PO Regionais) – projectos promovidos por micro e pequenas empresas.

No âmbito dos Programas Operacionais citados, estão previstos três grandes Sistemas de Incentivos directos às empresas:

• Sistema de Incentivos à Investigação e Desenvolvimento Tecnológico - SI I&DT;

• Sistema de Incentivos à Inovação - SI Inovação;

• Sistema de Incentivos à Qualificação e Internacionalização de PME - SI Qualificação PME.

O SI Qualificação PME visa a promoção da competitividade das PME através do aumento da produtividade, da flexibilidade e da capacidade de resposta e presença activa no mercado global.

As áreas de actuação do sistema distribuem-se por vários sectores, indústria, comércio, serviços, turismo, energia, transportes e logística. Podendo as empresas elegíveis aos incentivos, apresentar Projectos Individuais4 de candidaturas susceptíveis de apoio em determinadas tipologias de investimento em factores dinâmicos da competitividade. Entre as várias existentes – propriedade industrial; criação, moda e design; qualidade; inovação, internacionalização, entre outras – a tipologia ambiente e a tipologia diversificação e eficiência energética, enquadram-se no contexto dos projectos de energias renováveis podendo inclusive admitir mais tipologias em função da actividade da empresa. Além do mais, o recurso a energias renováveis vai de encontro aos interesses político-económicos da actual Governação Portuguesa, como também da Comissão Europeia dos Estados-Membros.

4 Modalidades de projectos existentes: Projecto Individual, Projectos Conjuntos, Projectos de Cooperação e Vale

Inovação.


37

Por definição no âmbito do QREN, entende-se por tipologia de investimento em Ambiente: investimentos associados a controlo de emissões, auditorias ambientais, gestão de resíduos, redução de ruído, gestão eficiente de água, introdução de tecnologias eco-eficientes, bem como certificação, no âmbito do SPQ, de sistemas de gestão ambiental, obtenção do rótulo ecológico, Sistema de Eco-Gestão e Auditoria (EMAS);

Diversificação e Eficiência Energética – Aumento da eficiência energética e diversificação das fontes de energia com base na utilização de recursos renováveis.

Nesta lógica, o SI Qualificação PME é o que melhor se ajusta nos propósitos da SOLution e nos projectos que pretende desenvolver em parceria com as empresas.

O enquadramento dos restantes sistemas de incentivos às empresas já foge um pouco ao âmbito dos projectos alvo da SOLution, sendo os investimentos previstos direccionados para áreas de desenvolvimento e inovação tecnológica nas empresas.

A apresentação das candidaturas é definida pelos respectivos Programas Operacionais, através de Avisos de Abertura e decorrem nos prazos estipulados. Até ao momento, o SI Qualificação de PME realizou um concurso em 2007 e dois concursos em 2008.

A cada Aviso de Abertura está associado um formulário específico, na qual será executado todo o processo de candidatura ao Sistema de Incentivos.

3.3.4 Análise da candidatura ao QREN

3.3.4.1 Elegibilidade do Lar Calvário do Carvalhido

Para efeitos de análise da candidatura ao QREN, o Lar Calvário do Carvalhido foi utilizado como modelo de aplicação do processo de candidatura ao Sistema de Incentivos.

Inicialmente, pretendia-se candidatar o Lar ao SI Qualificação de PME, submetendo o projecto e o respectivo formulário nos prazos estimulados. No entanto, dado o seu carácter de instituição de segurança social, não é reconhecida pelo Instituto de Apoio às Pequenas e Médias Empresas e à Inovação (IAPMEI) como PME.

Apesar de o Lar não ser elegível, a sua utilização para efeitos de análise é pertinente e justifica-se primeiramente, devido à existência de lares maioritariamente privados e reconhecidos como PME, segundo fontes do IAPMEI. Ou seja, embora a candidatura esteja associada a uma entidade não elegível, o enquadramento do projecto no SI Qualificação PME e no respectivo formulário de candidatura, irá permitir multiplicar e facilmente moldar a candidatura a projectos elegíveis que a SOLution tentará angariar, no mesmo contexto de actividade do Lar.

Justifica-se igualmente por ser um projecto real, com orçamentação completa apresentada ao cliente e cujas componentes de ordem técnica e financeira se encontram já definidas. Esta vertente do projecto, permite abordar a candidatura com uma visão real do processo, através de informações verídicas e concretas ao invés de suposições.

3.3.4.2 Formulário de Candidatura

O processo de candidatura segue uma linha orientadora de um plano de negócios, focando-se em parâmetros essenciais para o desenvolvimento da ideia de negócio e para a sustentabilidade do projecto de investimento inserido no contexto e na actividade da empresa.


38

O formulário de candidatura estrutura-se sob duas perspectivas, a “Caracterização do Promotor” e os “Dados do Projecto”. Divide-se numa vertente associada à empresa que vai fazer o investimento – formulários de identificação, caracterização da actividade económica, estruturas de capital, entre outros – e outra vertente associada ao projecto de investimento, no caso, ao projecto de investimento em sistemas de energia solar – acções a implementar, quadro de investimentos, estrutura de financiamento, indicadores gerais entre outros.

A dissociação por via do formulário da entidade alvo e do projecto, muito beneficia a aplicabilidade projectos SOLution ao QREN. De facto, esta dissociação vai encontro ao objectivo desta análise, a estruturação da informação necessária e utiliza-la em próximos projectos (inclusive em projectos para entidades com diferentes actividades económicas), na medida em que os projectos SOLution inserem-se todos no âmbito da energia solar, pelo que muita da informação será transposta, fazendo apenas variar a variáveis quantitativas (indicadores energéticos, valores financeiros, entre outros) em função da dimensão do sistema solar.

Com o apoio do documento “Guia do Formulário QREN – Projectos Individuais”, seguidamente, serão destacados alguns tópicos do formulário de candidatura que foram abordados na sua elaboração e que permitem percepcionar a linha orientadora do processo:

Caracterização do Promotor [12]

Evolução da Entidade Promotora: descrição da evolução da entidade promotora, com identificação clara dos pontos fortes e fracos em cada área funcional da empresa, referenciando as alterações ao capital social e sua distribuição, as fases críticas e soluções implementadas, associados aos seus objectivos estratégicos.

Produtos/Mercadorias/Serviços e Mercados: descrição e caracterização dos aspectos mais significativos no que respeita ao relacionamento da empresa, quer a montante, quer a jusante da sua cadeia de valor, a identificação clara das ameaças e oportunidades, bem como da sua inserção a nível regional e concorrencial, devendo ser caracterizada e fundamentada a orientação futura da actuação da empresa.

Demonstração de Resultados e Balanços, Históricos e Previsionais: informação financeira associada à entidade promotora.

Dados do Projecto [12]

Designação do Projecto e Tipologia(s) de Investimento: identificação e justificação das tipologias de investimento aplicáveis ao projecto.

Acções a Implementar: caracterização do projecto e fundamentação das despesas identificadas na secção “Classificação dos Investimentos – Quadro de Investimentos” do formulário.

Neste âmbito devem ser referenciadas todas as informações relevantes em particular os elementos destacados na caixa de texto do formulário: Descrição do projecto; Identificação clara da estratégia face aos pontos fortes e fracos, ameaças e oportunidades; Identificação clara e quantificada de objectivos estratégicos; Adequação do investimento aos pontos fortes e fracos, ameaças e oportunidades e aos objectivos estratégicos.

Impacto e Mérito do Projecto: evidenciar e fundamentar de que forma o projecto se enquadra e é valorizável nos vários critérios de selecção aplicáveis.


39

3.3.4.3 Candidatura do Lar Calvário do Carvalhido

Como já foi referido, o Lar Calvário do Carvalhido foi objecto de estudo com o intuito de analisar o processo de candidatura ao QREN. Nesse sentido, a candidatura foi efectuada com base no Aviso de Abertura 14/SI/2008 entre 30 de Setembro e 28 de Novembro, relativo ao Sistema de Incentivos e Internacionalização de PME e respectivo formulário de candidatura de Projectos Individuais.

A candidatura elaborada, que serve de base para candidaturas futuras, pode ser consultada no Anexo L. Na candidatura ao QREN em anexo, além da análise do projecto de instalação do sistema solar para AQS, também é intenção da SOLution instalar um sistema de microprodução fotovoltaica, pelo que no decorrer da candidatura são feitas referências a esse projecto, mas que não se encontra no âmbito do Projecto de Dissertação.

3.4 Síntese do Tema Sistemas Solares de Grande Dime nsão

O tema analisado permitiu fazer um estudo e dimensionamento completo e pormenorizado de um sistema solar de grandes dimensões, que por sua vez foi alvo de uma análise de viabilidade, dando consistência ao projecto técnico.

O trabalho realizado contribuiu para estruturar o know-how específico da empresa nesta área de aplicação. Apesar dos sistemas complexos serem pouco padronizados e necessitarem de uma análise caso a caso, este estudo irá alavancar a SOLution na abordagem às grandes instalações de AQS, ao ser desenvolvido um mecanismo de análise a adoptar posteriormente.

Foi igualmente um trabalho realizado com perspectivas futuras, contribuindo para uma análise abrangente e incisiva também na componente financeira para que os próximos projectos de grandes dimensões que possam ser enquadrados em fundos comunitários europeus.

O grande esforço dedicado no enquadramento no QREN é realizado de forma a contribuir para a melhor viabilização destes projectos, pois comprova-se que os recursos financeiros são a maior barreira para viabilizar a comercialização de sistemas de grande escala.

Constata-se que no âmbito dos sistemas solares aplicados a grandes instalações, realizou-se um trabalho muito vasto que abrange as áreas mais estratégicas deste tipo de soluções. De facto, cobriram-se todos os parâmetros de que se iniciam num levantamento das necessidades do sistema e respectivo dimensionamento á medida, abrangendo igualmente a vertente financeira ao abordar a viabilidade do investimento com a integração do projecto no QREN.

Relativamente ao QREN, concluiu-se que os projectos solares de grandes dimensões são enquadráveis no SI Qualificação de PME e a candidatura efectuada prepara organizadamente a abordagem aos projectos futuros.


40

4 Sistemas Solares de Pequena Dimensão

4.1 Introdução

O mercado das pequenas instalações domésticas de AQS é um segmento que a SOLution tem desenvolvido desde a sua existência.

O dimensionamento destes sistemas apresenta um fio condutor semelhante aos grandes sistemas, sendo necessário apurar as necessidades de aquecimento, o número de colectores, respectivo acumulador e acessórios para projectar correctamente o sistema. Contudo, após análise efectuada no tema anterior, não se justifica um estudo análogo para este segmento.

Tecnicamente, os sistemas de pequena dimensão apresentam uma complexidade reduzida em virtude das menores necessidades energéticas de AQS típicas de uma família que são facilmente satisfeitas com um reduzido número de colectores solares.

Actualmente, as instalações solares para fins domésticos já estão bastante difundidas no mercado, com soluções tecnicamente maduras. De facto, dada a homogeneidade do perfil energético do sector doméstico, hoje em dia verifica-se que os sistemas solares são previamente dimensionados para os diferentes perfis de consumo, verificando-se a existência de kits solares de AQS pré-dimensionados pelos vários players do mercado e adaptados às várias tipologias de habitação do mercado.

O dimensionamento será por isso abordado de forma breve, dando mais importância ao enquadramento dos equipamentos SOLution no âmbito da evolução do sector.

Da transposição da Directiva Europeia 2002/91/CE decorreu a nova legislação Portuguesa sobre edifícios que compreende o RCCTE estipulado no decreto-lei nº 80/2006 de 4 de Abril. O RCCTE visa promover uma maior eficiência energética no sector, estabelecendo regras nos projectos de novos edifícios, nomeadamente, a obrigatoriedade de instalação de colectores solares. Esta recente legislação energética que entrou em vigor para efeitos de certificação no início em 2009, veio dinamizar o mercado doméstico dos sistemas solares.

Posto isto, o estudo do tema “Sistemas Solares de Pequena Dimensão” foi idealizado com objectivo de fazer o estudo energético de cada sistema SOLution e estruturar as respectivas performances energéticas, de acordo com a legislação, uma vez que o regulamento define valores mínimos de contribuição solar, associados às diferentes tipologias domésticas do mercado português.

Nesta óptica de evolução das regras do mercado, justifica-se igualmente a análise do posicionamento competitivo da SOLution face à concorrência. Tendo em conta o diferente comportamento energético dos sistemas existentes no mercado e respectivas condições comerciais das empresas, importa posicionar a SOLution e os seus concorrentes de acordo com as implicações do RCCTE.


41

4.2 Estudo Energético Introdutório

Como foi referido anteriormente, o mercado das instalações solares, especialmente no sector doméstico, já é abordado sistematicamente pela empresa. Por este motivo, as consultas solicitadas à empresa SOLution para sistemas de AQS em habitações, já apresentam kits optimizados para as tipologias de habitação existentes no mercado. Desta forma, não se justifica desenvolver a fundo os sistemas óptimos adaptados a cada tipologia, recorrentemente instalados pela empresa nos seus clientes.

A título ilustrativo, seguidamente será estudado o comportamento energético de um T3 na cidade do Porto. O dimensionamento é feito de forma idêntica aos sistemas de grandes dimensões, pelo que esta análise se focaliza na contribuição energética dos três sistemas adaptáveis à tipologia T3.

A Figura 31 reflecte a contribuição da energia solar para as necessidades totais de AQS mensais, de cada sistema dimensionado. O kit KPU300_425 é o sistema óptimo difundido pela empresa para as tipologias T3, constituído por dois colectores UNISOL21, acumulador de 300 litros e respectivos acessórios. O kit KPU300_54 é o sistema com área imediatamente superior, constituído por dois colectores UNISOL27 e o kit KPU300_27 é imediatamente inferior ao sistema óptimo, com apenas um colector UNISOL27.

O sistema óptimo utilizado para corresponder às necessidades da tipologia T3 é o KPU300_42, que na análise energética efectuada totalizou uma fracção anual de 72%, enquadrado no objectivo ideal para um sistema de AQS correctamente dimensionado.

Tendo o KPU300_42 como referência, a análise do sistema solar com área imediatamente superior – KPU300_54 – obteve uma maior contribuição de energia solar do sistema, com uma fracção anual de cobertura de 80%. Contudo, verificou-se que a instalação é sobredimensionada levando a desperdícios de energia nos meses de maior irradiação. Isto é ilustrado na Figura 31, pela contribuição solar praticamente a igualar o consumo nos meses de Verão no caso do sistema KPU300_54. Nestes casos, existem picos diários onde a produção solar excede o consumo, levando à estagnação do sistema, pela subida máxima da temperatura

5 Nomeclatura utilizada pela SOLution para os kits de AQS, com referência ao volume de acumulação e área de

colector

Figura 31 – Contribuição energética dos sistemas solares adaptáveis à tipologia T3


42

dos colectores em determinadas ocasiões. Este fenómeno, resultante da falta de capacidade de dissipação do calor produzido nos colectores (exceptuando as perdas térmicas), é desaconselhável, como já foi referido, na medida em que a longo prazo implica maiores custos de manutenção e menor tempo de vida do sistema.

O sistema KPU300_27, dada à reduzida área de colector é o que menor contribui para as necessidades de AQS, totalizando uma fracção solar anual de 56%. Esta instalação não maximiza o potencial energético do sol, apresentando taxas de rendimento pouco atraentes para o cliente final.

Contudo, a obrigatoriedade do RCCTE em instalar sistemas solares para AQS, abriu um espaço no mercado para este género de soluções de baixo rendimento energético, pois existem potenciais clientes interessados apenas em cumprir a legalidade do projecto, desejando unicamente um sistema suficiente e de menor custo possível.

O surgimento destes potenciais clientes e de sistemas domésticos subdimensionados, no decorrer do novo regulamento, obrigam a uma nova adaptação dos sistemas solares SOLution, à semelhança do que já foi feito para os kits que optimizam a fracção solar nas diferentes tipologias.

Desta forma, é fundamental para a empresa responder às novas exigências do mercado. Este estudo que, se revelou necessário, tem início no próximo capítulo, com o conhecimento dos contornos do novo regulamento na qual se sustenta a análise ao tema “Sistemas Solares de Pequena Dimensão”.

4.3 Enquadramento no RCCTE

União Europeia, através da Directiva Comunitária 2002/91/CE, instou os Estados Membros a alcançarem as seguintes metas até 2020: [2]

• Redução das emissões de gases causadores do efeito de estufa em 20% face aos níveis de 1990;

• Aumento em 20% do uso de fontes de energia renováveis;

• Adopção de medidas com vista à obtenção de uma poupança energética de 20% relativamente aos níveis de consumo actuais.

Da transposição dessa directiva para Portugal, surgiu o RCCTE. De uma forma geral, este regulamento impõe requisitos ao projecto de novos edifícios, assegurando níveis de conforto térmico, sem necessidades excessivas de energia, seja de Inverno ou Verão. Impõe limites aos consumos energéticos da habitação para climatização e produção de águas quentes, num claro incentivo à utilização de sistemas eficientes e de fontes energéticas com menor impacto em termos de consumo de energia primária.

O n.º 2 do art.º 7.º do RCCTE, Decreto-Lei n.º 80/2006, de 4 de Abril, estabelece a obrigatoriedade do recurso a sistemas solares térmicos para produção de água quente sanitária (AQS) nos edifícios abrangidos por aquele regulamento, na base de 1 m2 de colector padrão por ocupante convencional previsto. Ou seja, um T2 tem 3 ocupantes convencionais, logo obriga à instalação de 3 m2 de colector (no mínimo). Área colectora de Tn = n + 1 [m2]. [10]

O n.º 3 do art.º 7.º do RCCTE define a exposição solar adequada como a existência de cobertura em terraço ou de cobertura inclinada com água cuja normal esteja orientada numa gama de azimutes de 90º entre Sudeste e Sudoeste, que não sejam sombreadas por obstáculos


43

significativos no período que se inicia diariamente duas horas depois do nascer do Sol e termina duas horas antes do ocaso. [10]

A instalação de colectores solares será feita com base na energia captada pelo sistema (Esolar6), mesmo que apresente valores diferentes da razão 1 m2 de colector por ocupante convencional, desde que se demonstre que a solução alternativa proposta capte, numa base anual, a energia equivalente a um sistema solar térmico idêntico mas que utilize o colector padrão, definido de seguida: [14]

• Rendimento óptico = 69 %

• Coeficientes de perdas térmicas UL = 7,500 W/(m².K) e U’L = 0,014 W/(m².K²)

• Modificador de ângulo para incidência de 50º = 0,87

• Área de abertura = 1,0 m2

Com base nesta imposição feita pela nova legislação energética, a ADENE esclareceu a metodologia de análise nos passos seguintes: [14]

1.º Passo - Efectuar simulação para a solução base através do programa SOLTERM com colector padrão (Coeficientes de perdas térmicas UL = 7,500 W/(m².K) e U’L = 0,014 W/(m².K²) e rendimento óptico = 69 %), usando um modificador de ângulo para incidência de 50º = 0,87 e área mínima exigida pelo RCCTE (razão de 1 m2/ocupante), bem como com todos os restantes parâmetros, relativos a outros componentes do sistema, previstos na solução preconizada pelo projectista;

2.º Passo - Efectuar simulação para a solução alternativa através do SOLTERM com colector solar proposto e a área definida pelo utilizador, bem como com todos os restantes parâmetros iguais aos utilizados na simulação anterior;

3.º Passo - Comparar as energias fornecidas (Esolar) por ambos os sistemas solares (solução base com colector padrão e solução alternativa com colector proposto);

4.º Passo - Caso o Esolar da solução alternativa seja igual ou superior ao Esolar da solução base, essa solução alternativa poderá ser considerada e homologada por lei.

Ou seja, será necessário calcular o Esolar para o colector padrão na localização em causa e com a área regulamentar, e em seguida adapta-se a instalação com um colector de qualquer área desde que garanta no mínimo o Esolar de referência, anteriormente calculado. Sendo assim, quanto maior o rendimento do colector, menos área de instalação será necessária.

4.3.1 Análise Comparativa para Diferentes Tipologia s e Regiões

4.3.1.1 Apresentação

A análise seguinte tem como propósito adaptar e estruturar os sistemas solares SOLution de acordo com o RCCTE para o sector doméstico de pequenas instalações de AQS.

A análise comparativa irá alargar o estudo de cada tipologia às principais regiões do País, através de simulações energéticas para as cidades de Viana do Castelo, Porto, Lisboa, Évora e Faro, permitindo obter um conhecimento do comportamento energético dos sistemas de Norte a Sul.

6 Energia anual fornecida pelo sistema solar.


44

O estudo em causa irá incidir exclusivamente na marca SOLution e nos seus colectores UNISOL21 (1,89 m2 de superfície absorsora) e UNISOL27cc (2,49 m2 de superfície absorsora), cuja instalação será adaptada às diferentes tipologias, minimizando da melhor forma a dimensão dos sistemas, de acordo com os limites energéticas impostos pelo regulamento.

As análises foram realizadas de acordo com a metodologia descrita anteriormente, para cada tipologia em cada cidade de referência. Sendo obrigatória a utilização do SOLTERM, o software foi fundamental para a realização das análises energéticas e consequentemente para a estruturação pretendida.

4.3.1.2 Dimensionamento dos sistemas solares

A análise efectuada estendeu-se às tipologias T2, T3, T4, T5. Não se justificando as análises às tipologias T0 e T1, uma vez que os 2 m2 obrigatórios são já garantidos à partida pela área do colector UNISOL21.

Para cada tipologia a variável em estudo foi unicamente o colector solar e a respectiva área de instalação. Para homologação da instalação solar, tal como o regulamento indica, todas a variáveis permanecem intactas como se fosse o mesmo sistema. Calculou-se o Esolar de referência com o colector padrão, substituindo posteriormente pelo colector SOLution.

Fazendo variar a tipologia de habitação, é necessário ajustar o consumo de AQS diário (40 litros por pessoa), em função do número de ocupantes convencionais e o volume do depósito de acumulação respectivo. A área de colector para os sistemas de referência é igualmente ajustável de acordo com a legislação.

Sistema Solar Padrão

Na tabela seguinte, esquematizam-se as especificações que foram utilizadas nas simulações energéticas de referência, tal como estipulado pelo regulamento, para as várias habitações:

Tabela 9 – Especificações técnicas dos sistemas solares de AQS de referência

Tipologia Colector Padrão Consumo/dia Acumulação

T2 – 3 ocupantes 3 m2 120 litros 160 litros




Na simulação ilustrativa da ADENE [14] para a tipologia T3, considerou-se uma acumulação de 300 litros, contudo, constata-se que o sistema é mais eficiente se o depósito for de 200 litros. A redução de volume não afecta o seu funcionamento e não se registam excessos de produção, nem acumulação insuficiente, para o consumo de 160 litros diários, obtendo inclusivamente melhores rendimentos, como se verifica no Anexo I. Por outro lado, com a diminuição do volume do depósito, está associada uma redução significativa no preço total do sistema, a nível de equipamento e instalação, aumentando assim a rentabilidade do sistema.

Este ajuste de volume de acumulação na tipologia T3 justifica-se igualmente para as restantes tipologias. As implicações no estudo serão minimizadas, uma vez que se estende para ambos os sistemas, com colector padrão e com colector SOLution.


45

Sistema Solar Padrão

Considerando os sistemas de padrão dimensionados anteriormente, obteve-se o Esolar de referência pela qual se procurou adaptar os sistemas SOLution.. Nesta fase da análise, substituíram-se os sistemas pelos colectores SOLution e procurou-se, através do SOLTERM, ajustar os sistemas e os colectores para que garantissem o Esolar de referência, com a menor área de abertura possível.

A configuração dos sistemas em função do estudo realizado apresenta-se esquematizada na tabela seguinte:

Tabela 10 – Especificações técnicas dos sistemas solares de AQS SOLution

Tipologia Colector SOL ution Consumo/dia Acumulação

T2 – 3 ocupantes 2,1 m2 – 1xUNISOL21 120 litros 160 litros




Com base na presente configuração, realizou-se um extenso levantamento energético, abrangendo, para cada cidade, as diferentes tipologias em estudo.

A informação obtida revelou-se esclarecedora, no entanto, a respectiva interpretação dos resultados será realizada através do estudo de casos pontuais, devido à extensa amostra efectuada.

4.3.1.3 Interpretação dos resultados

A figura seguinte compara o Esolar exigido ao abrigo do RCCTE e o Esolar respectivo com os colectores SOLution para a cidade de Faro, de acordo com as tipologias em estudo:

Como é possível comprovar, os sistemas dimensionados anteriormente cumprem os requisitos impostos pelo RCCTE e garantem um Esolar superior ao exigido por lei. Constata-se que excepto na tipologia T4, os sistemas têm comportamentos energéticos semelhantes,

Figura 32 – Comparativo Esolar entre sistemas de referências e sistemas SOLution


46

permitindo afirmar que os colectores que a SOLution comercializa actualmente, se adaptam facilmente à legislação nacional.

No caso da tipologia T4, a instalação de dois colectores UNISOL21 perfaz a menor área possível que garanta o Esolar de referência, pois, a área de instalação imediatamente inferior (um colector UNISOL27) não é suficiente para satisfazer o Esolar. Esta maior discrepância de valores de Esolar para as tipologias T4 poderá abrir uma possibilidade para inclusão de uma gama de colectores que se ajuste à procura nesta tipologia de habitação de forma a estar o mais próximo possível dos limites legais.

A utilização da cidade de Faro para ilustrar os estudo realizado, justifica-se por se verificar que a diferença entre os Esolar para as mesmas tipologias diminui de Norte para Sul, garantindo assim a homologação dos sistemas solares propostos para zonas com maior latitude que Faro, ou seja, para todo o território nacional. Por exemplo, para um T2 na cidade de Viana, o Esolar de referência é 1.257 kWh e o respectivo sistema SOLution fornece 1.339 kWh de energia anual.

Sustentando a aplicabilidade, nos termos do RCCTE, dos sistemas SOLution apresentados e de forma a abranger o estudo efectuado a todo o território nacional, a Figura 33 reflecte o comportamento energético dos sistemas solares de AQS adaptados à tipologia T2 onde se registaram os valores mais próximos de Esolar dos dois sistemas:

A fracção solar, como já foi referido anteriormente, representa a taxa de cobertura do sistema solar das necessidades totais de AQS da habitação e é directamente proporcional à Esolar. Resulta do quociente Esolar / Ecarga, pelo que a fracção solar é um reflexo do indicador Esolar.

Como é possível verificar através da Figura 33, o enquadramento energético da tipologia T2 também se verifica para as restantes cidades em estudo. A figura confirma a redução da diferença do Esolar, referida anteriormente, nas instalações de Norte para Sul (aproximação das linhas). A maior penalização dos colectores de referência nas regiões do Norte justifica-se pelo seu maior factor de perdas térmicas, que prejudica a eficiência dos colectores no caso de temperaturas ambientes inferiores.

Figura 33 – Variação da fracção solar da tipologia T2 nas diferentes cidades


47

Apesar a aproximação do Esolar nas instalações mais a Sul do território, comprova-se, como seria de esperar, um maior rendimento dos sistemas, dado a maior irradiação solar e horas de sol na zona Sul do País (Figura 1 e Figura 2).

Considerando a generalidade dos valores obtidos nas várias tipologias, conclui-se que a variação relativa de Esolar entre Norte e Sul é de apenas 16%, não sendo uma diferença muito significativa. No entanto, ressalva-se que no caso de sistemas com maior fracção solar, poderá ser necessário fazer alguns ajustes, pois um sistema dimensionado para a cidade do Porto, com objectivos de cobertura na ordem dos 70%, provavelmente não será adequada instalação semelhante a Sul, com riscos de possível sobredimensionamento do sistema.

Na análise efectuada o risco de estagnação do sistema não é relevante, devido ao subdimensionamento dos sistemas, no âmbito do RCCTE.

4.3.2 Análise de Posicionamento Competitivo – SOL ution

4.3.2.1 Apresentação

A presente análise tem como propósito o estudo do posicionamento competitivo da SOLution face aos seus concorrentes no mercado. Considerando a conjuntura actual, é oportuno realizar um estudo tendo em conta as características técnicas do colector (área da superfície absorsora e perdas térmicas) de cada marca e no enquadramento das soluções que comercializam nas novas regras de mercado.

Desta forma, para esta análise foi considerado o comportamento energético das várias marcas no âmbito do RCCTE e os preços praticados para os sistemas impostos pela legislação.

Para esta análise em questão, desenvolvida através do SOLTERM, aplicou-se estudo do sistema solar a uma habitação T3 na região do Porto, focalizando as análises energéticas das várias marcas.

No ano 2007, a tipologia T3 foi a habitação com maior número de fogos concluídos no País7, pelo que se considera pertinente a escolha desta tipologia para a presente análise.

4.3.2.2 Metodologia da análise

Como já foi referido anteriormente, ao abrigo da nova legislação, os sistemas solares para a tipologia T3 deverão fornecer, obrigatoriamente, energia solar térmica equivalente a uma instalação solar com 4 m2 de colectores solares de referência (Tabela 9).

Considerando o caso específico de um T3 na região do Porto, o dimensionamento do sistema solar de AQS foi efectuado com base nos seguintes pressupostos:

• Sistema de AQS de circulação forçada;

• Consumo diário de 160 litros a 60 ºC, equivalente a 40 litros/pessoa;

• Depósito de acumulação com 200 litros.

De forma a realizar-se da forma mais pertinente possível, a única variável em estudo é o colector solar. Ou seja, todos os demais componentes do sistema se mantêm nas diferentes simulações (acumulador de água quente, consumo diário de AQS, tubagens, entre outros).

7 Dados do INE referentes a 2007 – consultar Anexo H.


48

O estudo comparativo dividiu-se nas seguintes etapas:

1. Identificação de marcas com maior implementação no mercado português;

2. Identificação das principais marcas nos países com maior implementação solar;

3. Para cada marca – levantamento de informações técnicas dos colectores, informações comerciais de venda dos colectores e sistema completo para habitação T3;

4. Simulação SOLTERM com colectores padrão, nos parâmetros do RCCTE;

5. Simulação SOLTERM para cada marca, assegurando homologação legal de habitação T3 (Esolar igual ou superior à Esolar com colectores de referência);

6. Tratamento de dados, comparação e análise de posicionamento das diferentes marcas.

4.3.2.3 Critérios de Selecção

Para o estudo comparativo realizado, foram seleccionadas um conjunto de marcas de sistemas solares térmicos. As marcas que foram alvo de análise foram seleccionadas com base em critérios objectivos e que importa serem justificados.

Considerando o mercado de actuação da SOLution, identificaram-se as marcas com maior implementação no País. Esta informação foi divulgada pela IP-AQSpP na publicação “Mercado Solar Térmico 2006”:

O espectro de análise foi completado, acrescentando as marcas de referência dos países europeus cujo mercado do solar térmico está mais desenvolvido e que não estavam referenciadas na listagem da Figura 34. Como já foi referido, a Alemanha, Áustria e Grécia são os países europeus onde a implementação de energia solar é mais significativa, pelo que as principais marcas desses países também foram contactadas.

O contacto às empresas foi realizado através do correio electrónico, identificando o âmbito do projecto em causa e solicitando as seguintes informações:

• Preço de venda ao público (PVP) do colector da marca – s/ IVA;

• PVP de sistema completo adaptado a T3 no Porto – s/ IVA e s/ instalação;

• Desconto comercial para instaladores;

Figura 34 – Mercado Solar Térmico em Portugal Ano 2006 [23]

Informação ténica do colector

• Sup. Absorção -[m2]

• Rend. Óptico - [%]

• Coef. Perda - [W/m2/K]

Aquando do contacto às empresas, a simulação SOLTERM já tinha sido realizada, sabse, para cada marca, qual o número de colectores necessários de forma a homologar a instalação de AQS no T3 de acordo com o RCCTE.personalizada, conforme o número de colectores necessários.

Do contacto realizado às várias empresas que comerespostas sobre a qual incidiu este estudo. comercial recolhida, não serão divulgadas as empresas que integraram esta análise, assim como os valores comerciais. As que é fácil a associação das marcas às respectivas características técnicas dos seus colectores.

Sendo assim, foram utilizadas referências fictícias para as marcas em análise, salvaguardando os interesses das empresas.

4.3.2.4 Estudo do Posicionamento Competitivo

Para efeitos de análise, adoptouT3, descrita no ponto 3.4. Refere300 litros, foi alterado para 200 litros em todas as simulações realizadas, incluindo a simulação de referência (com o colector padrão), Anexo J.

Toda a informação recolhida foi organizada numa tabela com a seguinte estrutura:

Importa de seguida fazeremapresentada e aos respectivos vectores de análise, de forma a contextualizar

Considerações da análise

1. Informação técnica do colector

Para a análise em questão,cada colector.

O programa SOLTERM já para os restantes foi feito um certificado Solar Keymarksolares) ou da CERTIEL a nível nacional.

8 Solar Keymark – entidade Europei

Tabela 11 – Estrutura do estudo de posicionamento competitivo


Informação comercial da empresa

• PVP Colector - [€]

• PVP Sistema - [€]

• Desc. Comercial - [%]

• Custo Instalação - [€]

• Preço Total - [€]

• Preço por m2 - [€/m2]

Informação Energética do Sistema

• Sup. Total

• Esolar -

• Fracção Solar

• Produtivi//

• Rentabili//

do contacto às empresas, a simulação SOLTERM já tinha sido realizada, sabqual o número de colectores necessários de forma a homologar a

instalação de AQS no T3 de acordo com o RCCTE. Pelo que a mensagem electrónica foi , conforme o número de colectores necessários.

Do contacto realizado às várias empresas que comercializam sistemas solares, resultaram 12 respostas sobre a qual incidiu este estudo. Para garantir a confidencialidade da informação

, não serão divulgadas as empresas que integraram esta análise, assim como os valores comerciais. As informações técnicas também não serão divulgadas, uma vez que é fácil a associação das marcas às respectivas características técnicas dos seus colectores.

Sendo assim, foram utilizadas referências fictícias para as marcas em análise, salvaguardando

Estudo do Posicionamento Competitivo

Para efeitos de análise, adoptou-se a metodologia de simulação da ADENE para a tipologia T3, descrita no ponto 3.4. Refere-se, contudo, que o volume acumulação de água quente de

alterado para 200 litros em todas as simulações realizadas, incluindo a rência (com o colector padrão), Anexo J.


Importa de seguida fazerem-se algumas considerações relativamente à organização apresentada e aos respectivos vectores de análise, de forma a contextualizar

Informação técnica do colector

Para a análise em questão, foi necessário fazer o levantamento das informações técnicas de

já contém especificações de alguns colectores na sua base de dados, para os restantes foi feito um levantamento das suas características através do respectivo

Solar Keymark8 (entidade europeia creditada para certificação de colectores a CERTIEL a nível nacional.

entidade Europeia de certificação colectores solares, www.estif.org/solarkeymark.

tura do estudo de posicionamento competitivo


49

Informação Energética do Sistema - SOLTERM

Sup. Total - [m2]

- [kWh]

Fracção Solar - [%]

Produtivi// - [kWh/m2]

Rentabili// - [€/kWh]

do contacto às empresas, a simulação SOLTERM já tinha sido realizada, sabendo-qual o número de colectores necessários de forma a homologar a

Pelo que a mensagem electrónica foi

rcializam sistemas solares, resultaram 12 a confidencialidade da informação

, não serão divulgadas as empresas que integraram esta análise, assim informações técnicas também não serão divulgadas, uma vez

que é fácil a associação das marcas às respectivas características técnicas dos seus colectores.

Sendo assim, foram utilizadas referências fictícias para as marcas em análise, salvaguardando

se a metodologia de simulação da ADENE para a tipologia se, contudo, que o volume acumulação de água quente de

alterado para 200 litros em todas as simulações realizadas, incluindo a


se algumas considerações relativamente à organização apresentada e aos respectivos vectores de análise, de forma a contextualizar a análise.

foi necessário fazer o levantamento das informações técnicas de

contém especificações de alguns colectores na sua base de dados, levantamento das suas características através do respectivo

(entidade europeia creditada para certificação de colectores

a de certificação colectores solares, www.estif.org/solarkeymark.


50

Com base nas características técnicas dos colectores, os sistemas das respectivas marcas foram dimensionados, de forma a garantir o Esolar de referência. O dimensionamento também foi necessário para orçamentar correctamente o sistema.

2. Informação comercial da empresa

Os intervenientes neste mercado são na sua maioria caracterizados por distribuidores ou representantes das marcas cujo cliente alvo são os instaladores. Estes, por sua vez, vendem ao cliente final, lucrando com a margem de desconto comercial dos equipamentos e pelo custo de instalação. Desta forma, considera-se pertinente realizar a análise nesse pressuposto e na óptica do cliente final.

A informação solicitada às empresas focalizava-se no PVP dos sistemas completos e no desconto comercial praticado. Importa igualmente saber o custo de instalação dos sistemas, pois, o seu preço final será variável conforme seja necessário instalar mais colectores para cumprir o Esolar exigido pelo RCCTE.

Os descontos comerciais praticados pelas empresas sobre o PVP dos equipamentos são valores estratégicos e foram poucas as empresas que adiantaram algum valor. Desta forma, assumiu-se o desconto comercial de 30 por cento para todos os sistemas.

Junto de várias entidades instaladoras contactadas ao acaso, seleccionadas através do site Água Quente Solar9, procurou-se obter preços médios de instalação, só tendo tido acesso a valores de referência indicativos de 700 € para sistemas de AQS com um colector, 900 € com dois colectores e 1100 € com três colectores, com a margem de lucro incluída.

Nesta fase do estudo houve uma grande dificuldade em obter informações comerciais por parte dos distribuidores de equipamentos e por parte dos instaladores em fixar preços concretos, havendo grande discrepância nos preços de instalação. Constata-se estas situações distanciam os dois intervenientes e perde-se capacidade de penetração no mercado, abrindo oportunidades de melhoria na natureza do sector.

3. Informação energética dos sistemas – SOLTERM

O programa SOLTERM é um software para análise de desempenho de sistemas solares elaborado pelo Laboratório de Estado português na área da Energia, e especialmente concebido para as condições climáticas e técnicas de Portugal. Sendo utilizado na contabilização da contribuição de sistemas de energias renováveis para o balanço energético de edifícios, no contexto do Sistema de Certificação de Edifícios, Decretos-Lei 78, 79 e 80/2006, de 4 de Abril.

Da simulação de referência (efectuada de acordo com os passos descritos no capítulo anterior) para o T3 na cidade do Porto, realizada com o colector padrão, resultou o Esolar de 1.669 kWh/ano. Este é o valor de referência para os sistemas solares em análise e que deverão garantir para que o seu sistema seja homologado energeticamente. A fracção solar correspondente é de 54%.

Todas as marcas seleccionadas foram alvo da mesma simulação, apenas alterando o colector em análise. A simulação com o colector padrão e que será a simulação de referência para o estudo, apresentou um Esolar de 1.669 kWh anual (Anexo J).

9 Site Água Quente Solar: www.aguaquentesolar.com


51

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

Pro

du

tiv

ida

de

kW

h/

m2

REF RCCTE

marca.J

SOLution

Após o levantamento de informação técnica e comercial das marcas e a realização das respectivas simulações energéticas, procurou-se posicionar a SOLution, relativamente à concorrência, através do tratamento de informação e a criação de índices comparativos de produtividade [kWh/m2] e rentabilidade [€/kWh ] para cada instalação solar.

4.3.2.5 Interpretação dos resultados

Índice de Produtividade

O índice de produtividade é um indicador de eficiência do sistema dimensionado. A produtividade do sistema [kWh/m2] é traduzida pela energia que o sistema solar fornece para o AQS, por cada m2 de colector. Este indicador está relacionado com as características e qualidade técnica dos mesmos, uma vez que a quantidade de energia fornecida depende essencialmente do rendimento óptico e coeficiente de perdas térmicas.

O gráfico seguinte resume a produtividade de cada sistema analisado:

A interpretação do gráfico permite identificar as marcas que apresentam melhor produtividade energética e portanto, as que comercializam colectores mais eficientes.

Identificou-se que 7 das marcas se destacam relativamente à concorrência, na qual a SOLution se inclui, com valores acima dos 700 kWh/m2. Através do estudo comprovou-se que o colector SOLution se situa na gama dos mais eficientes do mercado. Destaca-se igualmente os índices de produtividade registados pelos colectores das marcas marca.C, marca.J, marca.K, marca.L, marca.P, marca.Q.

Considerando o Esolar de referência de 1.669 kWh, verifica-se que os colectores de alta produtividade, representam as marcas com os colectores mais eficientes e consequentemente, para efeitos de RCCTE, são aqueles que necessitam de menor área de abertura para homologar o sistema. Por exemplo, se um colector apresentar valores de 700 kWh/m2, para atingir os 1.669 kWh, apenas necessita de 2,38 m2 de área de abertura, ou seja, basta a instalação de um colector.

Por outro lado, as marcas de baixa produtividade, necessitam de uma área de abertura muito superior para fazer face ao Esolar de referência, resultando numa área de instalação correspondente a mais do que um colector. Marcas com sistemas solares de produtividade na

Figura 35 – Valores de produtividade da amostra de colectores em estudo


52

1,00 €

1,10 €

1,20 €

1,30 €

1,40 €

1,50 €

1,60 €

1,70 €

1,80 €

Re

nta

bili

dad

e €

/kW

h

REF RCCTE

SOLution

marca.Q

ordem dos 500 kWh/m2, necessitam de áreas de abertura total superiores a 3m2 para atingir o Esolar obrigatório de 1.669 kWh, ou seja, terão invariavelmente que instalar mais do que um colector.

Através da análise efectuada, face aos requisitos do Esolar de 1.669 kWh/ano, impostos pelos 4 m2 colectores de referência, verificou-se que sete das empresas analisadas cobrem este valor com um sistema solar de apenas um colector. As restantes empresas necessitam de dois colectores, exceptuando uma das empresas que por motivos de características técnicas precárias, necessita de três colectores para suplementar o Esolar de referência.

Esta realidade acaba por afectar as marcas menos eficientes. Para além dos seus sistemas apresentarem fracos rendimentos, a obrigatoriedade do RCCTE obriga à instalação de um maior número de colectores relativamente à concorrência mais eficiente e consequentemente os custos inerentes à sua instalação encarecem directamente o valor total do sistema.

Esta realidade é demonstrada na próxima observação.

Índice de rentabilidade

Os valores de rentabilidade calculados [€/kWh], indicam o custo a pagar pelo cliente final, por cada kWh produzido pelo sistema solar. Quanto menor o valor do índice, mais atraente será o investimento total no sistema. Este indicador reflecte a política comercial de cada empresa, sendo que quanto menor o custo por kWh, entende-se igualmente que maior será a aposta da marca em conquistar o seu espaço no mercado nacional. Os valores são revelados pelo gráfico seguinte:

Das marcas que revelaram elevadas taxas de produtividade na análise anterior (Figura 35), nem todas praticam preços de venda atractivos, evidentemente, a qualidade tem o seu preço. Por outro lado, as marcas que comercializam equipamentos de menor eficiência e qualidade, praticam geralmente preços menores, no entanto o que se verifica, é que o preço total do sistema por kWh para atingir o Esolar é por vezes mais caro que marcas de maior qualidade, pois os seus sistemas necessitam de maior número de colectores e maior custo de instalação.

Das marcas com elevada produtividade, identificadas na Figura 35, a SOLution e a marca.Q são as marcas que apresentam os sistemas solares mais rentáveis, ao nível do custo por kWh,

Figura 36 – Valores de rentabilidade da amostra de colectores em estudo


53

como verifica na Figura 36. Esta constatação, permite posicionar esses respectivos sistemas solares como produtos de excelência ao nível da qualidade/preço.

Refira-se que igualmente o posicionamento da marca marca.F. Apesar de não apresentar um comportamento energético elevado, com índices de produtividade na ordem dos 500 kWh/m2, os preços de venda praticados e a política comercial da empresa, permitem posicionar a marca como uma forte referência no mercado.

Na Figura 36 há marcas que não são referenciadas por informação comercial não obtida.

4.4 Síntese do Tema Sistemas Solares de Pequena Dim ensão

O RCCTE surge, desde o início, como um grande impulso para a energia solar térmica. A obrigatoriedade de AQS, através do Esolar de referência, veio direccionar da melhor forma esse impulso ao mercado da energia solar, ao qual a SOLution pretender tirar o máximo proveito.

Sendo assim, a análise no âmbito torna-se extremamente pertinente e permitiu adaptar os equipamentos SOLution às novas exigências do mercado. Foram identificados os sistemas de AQS mais ajustados para satisfazer os requisitos mínimos impostos por lei, estruturando-os em função das tipologias de habitação existentes.

Paralelamente, estudou-se o posicionamento da SOLution face aos concorrentes do mercado. É sabido que o regulamento dá uma forte contribuição para o mercado logo à partida, contudo, através da análise realizada verifica-se que a sua contribuição é ainda maior, ao premiar os produtos de maior qualidade e valorizar as marcas com os equipamentos mais eficientes.

O facto de empresas como a SOLution, garantirem a legalidade de projectos T3 com apenas um colector, vem premiar as marcas mais eficientes do mercado e reconhecer o seu esforço tecnológico no desenvolvimento dos seus produtos.

Posto isto, a SOLution ocupa uma posição de destaque relativamente à concorrência, sendo um prenúncio para que nos próximo anos, face à intensificação da certificação energética, a empresa seja igualmente uma referência no mercado nacional.

Convém não descurar que os sistemas solares foram dimensionados para que cumpram os requisitos mínimos, dada a obrigatoriedade do RCCTE. No entanto, para que o sistema solar seja equilibrado em função do número de consumidores e do volume de acumulação, é aconselhável assegurar que o sistema solar forneça aproximadamente 70 % do consumo total de AQS.

É política da SOLution informar da melhor forma os seus clientes e garantir a sua satisfação relativamente ao funcionamento do sistema solar, procurando mostrar ao cliente as vantagens de um sistema devidamente dimensionado. Contudo, a empresa tem consciência que muitos serão os clientes que apenas investirão no solar para cumprir os regulamentos, estando a isso associados os menores custos possível num sistema alternativo para AQS.


54

5 Conclusões e Perspectivas de Trabalho Futuro

Desde o início do Projecto procurou-se realizar um trabalho objectivo, desenvolvendo um conjunto de análises direccionadas para as áreas de maior de relevo dos principais segmentos de mercado da empresa.

Nesta óptica, a focalização do Projecto no desenvolvimento de ferramentas específicas para o sector doméstico e para o sector de serviços, dotou a empresa de recursos técnicos e comerciais que se revelam cruciais na abordagem às próximas consultas. De facto, sobretudo no sector das grandes instalações, o projecto desenvolvido permitiu criar uma estrutura base de apoio, facilmente replicável, facultando à SOLution metodologias privilegiadas para abordar de forma lógica e organizada os grandes projectos.

O trabalho desenvolvido comporta um carácter estratégico na medida em que abrange a componente técnica e a componente financeira que caracterizam os sistemas solares de grandes dimensões.

Grandes projectos como lares, hotéis, escolas, healthclub, piscinas municipais, entre outros domínios com grande potencial de poupança energética, poderão beneficiar da metodologia desenvolvida.

No sector doméstico, o surgimento de novas regras de mercado impostas pelo RCCTE, criaram a necessidade de adaptar os kits domésticos SOLution à nova legislação energética.

Da análise efectuada à adaptabilidade dos sistemas ao regulamento, constata-se que os equipamentos SOLution permitem tirar o máximo partir dos limites mínimos impostos para cada tipologia. A reestruturação dos kits SOLution definiu os seguintes sistemas que garantem as condições suficientes para a homologação energética dos novos edifícios

• Tipologia T0, T1 e T2: um colector UNISOL21;

• Tipologia T3: um colector UNISOL27;

• Tipologia T4: dois colectores UNISOL21;

• Tipologia T5: dois colectores UNISOL27.

No âmbito do RCCTE, analisou-se igualmente o posicionamento competitivo das várias marcas existentes no mercado. Considerando a tipologia T3 na cidade do Porto, realizou-se um estudo comparativo em termos de rendimento energético do sistema e preços de venda associados.

O estudo demonstrou que dos vários players do mercado português, destacam-se as marcas com melhores características técnicas, na medida em que a maior produtividade dos seus equipamentos permite instalar uma menor área de colectores para satisfazer a contribuição energética mínima exigida por lei.


55

Consequentemente, a instalação de um maior número de colectores reflecte-se nos custos do sistema, pelo que as marcas com equipamentos mais baratos, mas também de menor qualidade técnica acabam por ser penalizadas ao abrigo da lei. Da mesma forma, os sistemas de melhor qualidade são mais dispendiosos. No entanto, constatou-se que a SOLution, a par de mais duas empresas, praticam condições comerciais que lhes conferem a característica de referência no mercado, face ao comportamento energético dos seus sistemas. Conclui-se que este grupo de empresas, na qual a SOLution se inclui, encontra-se bem posicionando-se para enfrentar as novas regras do mercado.

A globalidade da abordagem efectuada facilmente permitirá enquadrar futuros projectos no âmbito da energia solar. Como continuidade do trabalho realizado, sugere-se o alargamento do tema “Sistemas Solares de Grandes Dimensões” ao aquecimento de águas quentes de processo, principalmente aplicáveis no sector industrial. Face ao amadurecimento da tecnologia actual, o desenvolvimento do segmento das águas de processo é inegável. Além do mais, o QREN será facilmente enquadrado para projectos com vista à eficiência energética no sector industrial Português. Actualmente, já se verifica muita investigação nesse sentido pelo que será oportuno realizar esse estudo.

Além disso, seria igualmente interessante, principalmente ao nível do sector doméstico, procurar soluções que permitissem estreitar a parceria entre as empresas distribuidoras de equipamentos e os instaladores certificados para o efeito. De facto, ao longo do projecto detectou-se que a falta de comunicação e a descontinuidade entre os dois agentes são uma forte barreira para o desenvolvimento mais eficaz deste segmento. Acredita-se que o desenvolvimento e implementação de medidas e soluções práticas no sentido de integrar a acção das duas entidades irão produzir resultados excepcionais e impulsionadores para o desenvolvimento do mercado e das empresas intervenientes.

O Projecto de Dissertação, como primeiro contacto com a realidade empresarial, representou uma mais-valia ao integrar os conhecimentos adquiridos ao longo do Mestrado. Além disso, o facto de a SOLution ser uma empresa recém-criada permitiu ter obter um panorama abrangente da realidade da empresa ao lidar com todas as áreas funcionais. Por fim, a oportunidade em trabalhar no sector das energias renováveis valorizou ainda mais a experiência pessoal do autor, coincidindo com um recente despertar ecológico e sensibilizando-o, ainda mais, para questões relacionadas a favor do ambiente.


56

6 Referências e Bibliografia

1. Lebeña, Eduardo Perez e Costa, Jorge Cruz. Manual de Conversão Térmica de Energia Solar. [Online] SPES/INETI, 2006. www.ineti.pt.

2. EnerBuilding. Manual do Consumidor - Eficiência Energética nos Edifícios Residenciais. s.l. : Deco, 2008.

3. European Commission. Solar Radiation and PV maps - Europe. [Online] http://sunbird.jrc.it/pvgis/countries/europe.htm#Europe.

4. Collares Pereira, Manuel. Energias Renováveis, Opção Inadiável. Lisboa : SPES, Sociedade Portuguesa de Energia Solar, 1998.

5. Aguiar, R. Dados Meteorológicos para Energias Renováveis em Portugal. s.l. : Instituto de Meteorologia , 1998.

6. European Solar Thermal Technology Platform. Solar Thermal Vision 2030. [Online] 2008. www.esttp.org.

7. ESTIF – European Solar Terminal Industry Federation. Solar Thermal Markets in Europe - Statistics 2007. [Online] www.estif.com.

8. Solar Thermal Barometer. s.l. : EurObserv'ER Project, 2008.

9. Sistema de Incentivos às PME. [Online] www.incentivos.qren.pt.

10. Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios - RCCTE. D.L. n.º 80/2006 de 4 de Abril.

11. Quadro de Referência Estratégico Nacional 2007-2013. [Online] www.qren.pt.

12. Programa Operacional Factores de Competitividade. [Online] www.pofc.qren.pt.

13. Programa Água Quente Solar. Ambiente Online. [Online] http://www.ambienteonline.pt/noticias/detalhes.php?id=5983.

14. Perguntas & Respostas sobre o RCCTE. ADENE. [Online] www.adene.pt.

15. Manual de Projectista de Sistemas de Energia Solar Térmica. s.l. : Instituto de Soldadura e Qualidade.

16. Iniciativa Pública - Programa Água Quente Solar . [Online] www.aguaquentesolar.com.

17. Guia para Instaladores de Colectores Solares. [Online] 2004. www.aguaquentesolar.pt.

18. Guia do Formulário QREN – Projectos Individuais. [Online] www.incentivos.qren.pt.

19. FORUM Energias Renováveis em Portugal - Solar Térmico Activo. IP-AQSpP. [Online] 2001. www.aguaquentesolar.com.


57

20. FORUM Energias Renováveis em Portugal - Relatório Síntese. IP-AQSpP. [Online] 2001. www.aguaquentesolar.com.

21. Energia Solar Térmica - Manual Sobre Tecnologias, Projecto e Instalação. [Online] 2004. www.greenpro.de.

22. DGGE - Direcção-Geral de Energia e Geologia. [Online] www.dgge.pt.

23. ADENE – Agência para a Energia. [Online] www.adene.pt.


58

ANEXO A: Tecnologias e Temperaturas de Operação

Figura 37 – Tecnologias, Temperaturas de Operação e Aplicações da Energia Solar (Fonte RALPLUS)

ANEXO B: Capacidade de Colectores Instalada na UE

Figura 38 –


Capacidade de Colectores Instalada na UE

– Capacidade de Colectores Instalada na EU até 2007 [21]


59

Capacidade de Colectores Instalada na EU até 2007 [21]


60

Porto - Latitude 41º N Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Irrad. global horizontal [MJ/m2] 6.0 8.8 12.2 17.3 20.3 22.3 24.1 21.6 15.5 11.0 7.3 5.6

Temp ambiente mensal [ºC] 8.1 8.7 10.4 12.1 14.8 17.7 19.8 19.5 18.2 15.1 10.7 8.3

Temp. água de rede [ºC] 10.8 10.8 11.8 12.8 13.7 15.2 16.2 16.1 15.6 14.1 11.6 10.6

Inclinação Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

25º 1.31 1.24 1.17 1.09 1.03 1.01 1.03 1.10 1.20 1.32 1.39 1.37

35º 1.38 1.29 1.18 1.07 0.99 0.96 0.99 1.08 1.22 1.38 1.49 1.47

45º 1.42 1.30 1.16 1.03 0.93 0.89 0.93 1.04 1.21 1.41 1.55 1.52

Porto - Latitude 41º N

ANEXO C: Anexos do Dimensionamento do Projecto

Figura 39 – Ábaco de perdas em tubagens de cobre (mm c.a./m2) [13]

Tabela 12 – Dados climatéricos para simulação F-Chart [13]

Tabela 13 – Factor de inclinação do colector para simulação F-Chart [13]

Tabela 14 – Cp do fluido térmico em função da temperatura e volume de anti-congelante [1]


61

ANEXO D: Especificação Técnica Colectores UNISOL27c c

Figura 40 – Especificação técnica colectores UNISOL27cc (Fonte: SOLution)


62

ANEXO E: Especificação Técnica Acumuladores WSG

Figura 41 – Especificação técnica acumuladores WSGO (Fonte: SOLution)


63

ANEXO F: Análise Energética do Lar – SOLTERM

--------------------------------------------------- ------------------------------ SolTerm 5.0 Licenciado a Solution Solpt, Lda () Estimativa de desempenho de sistema solar térmico --------------------------------------------------- ------------------------------ Campo de colectores --------------------------------------------------- ------------------------------ Modelo de colector: UNISOL27CC Tipo: Plano 45 módulos (112,1 m²) Inclinação 36° - Azimute Sul Coeficientes de perdas térmicas: a1= 3,232 W/m²/K a2= 0,014 W/m²/K² Rendimento óptico: 74,6% Modificador de ângulo: a 0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 1,00 1,00 1,00 1,00 0,99 0,99 0,98 0,97 0,96 a 45° 50° 55° 60° 65° 70° 75° 80° 85° 90° 0,94 0,92 0,89 0,86 0,80 0,72 0,59 0,32 0,00 0,00 --------------------------------------------------- ------------------------------ Permutador --------------------------------------------------- ------------------------------ Interno ao depósito, tipo serpentina, com eficácia 55% Caudal no grupo painel/permutador: 38,0 l/m² por h ora (=1,18 l/s) --------------------------------------------------- ------------------------------ Depósito --------------------------------------------------- ------------------------------ Modelo: WSG3000 Volume: 6000 l Área externa: 30,70 m² Material: médio condutor de calor Posição vertical Deflectores interiores Coeficiente de perdas térmicas: 30,70 W/K 2 conjuntos depósito/permutador. --------------------------------------------------- ------------------------------ Tubagens --------------------------------------------------- ------------------------------ Comprimento total: 14,0 m Percurso no exterior: 3,5 m com protecção mecânica Diâmetro interno: 26,0 mm Espessura do tubo metálico: 3,0 mm Espessura do isolamento: 30,0 mm Condutividade térmica do metal: 380 W/m/K Condutividade térmica do isolamento: 0,030 W/m/K


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--------------------------------------------------- ------------------------------ Carga térmica: segunda a sexta --------------------------------------------------- ------------------------------ AQS Lar N. S. Calvario Temperatura nominal de consumo: 60°C (N.B. exist em válvulas misturadoras) Temperaturas de abastecimento ao depósito (°C): Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 11 11 12 13 14 15 16 16 16 14 12 11 Perfis de consumo (l) hora Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 01 02 03 04 05 06 07 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 08 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 09 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 10 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 11 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 12 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 13 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 14 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 15 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 16 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 17 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 18 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 19 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 20 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 21 22 23 24 diário 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 --------------------------------------------------- ------------------------------ Carga térmica: fim-de-semana --------------------------------------------------- ------------------------------ AQS Lar N. S. Calvario Temperatura nominal de consumo: 60°C (N.B. exist em válvulas misturadoras) Temperaturas de abastecimento ao depósito (°C): Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 11 11 12 13 14 15 16 16 16 14 12 11 Perfis de consumo (l) hora Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 01 02 03 04 05 06 07 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 08 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 09 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 10 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 11 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 12 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 13 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 14 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 15 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 16 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 17 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 18 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 19 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 20 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 21 22 23 24 diário 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600 8600


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--------------------------------------------------- ------------------------------ Localização, posição e envolvente do sistema --------------------------------------------------- ------------------------------ Concelho de Porto Coordenadas nominais: 41,2°N, 8,6°W TRY para RCCTE/STE e SOLTERM (fonte: INETI - versã o 2004) Obstruções do horizonte: 3°(por defeito) Orientação do painel: inclinação 36° - azimute 0° --------------------------------------------------- ------------------------------ Balanço energético mensal e anual --------------------------------------------------- ------------------------------ Rad.Horiz. Rad.Inclin. Desperdiçado Fo rnecido Carga Apoio kWh/m² kWh/m² kWh kWh kWh kWh Janeiro 51 81 , 4645 15190 10544 Fevereiro 69 101 , 5500 13720 8220 Março 105 129 , 6916 14880 7964 Abril 144 156 , 8202 14100 5898 Maio 173 168 , 8672 14260 5588 Junho 185 173 , 8916 13500 4584 Julho 205 196 , 10264 13640 3376 Agosto 184 190 , 10060 13640 3580 Setembro 129 153 , 8323 13200 4877 Outubro 95 131 , 7425 14260 6835 Novembro 60 96 , 5380 14400 9020 Dezembro 49 84 , 4812 15190 10378 ---------------------------------------- ------------------------------ Anual 1449 1659 , 89115 169978 80863 Fracção solar: 52,4% Rendimento global anual do sistema: 48% Pro dutividade: 795 kWh/[m² colector] N.B. 'Fornecido' é designado 'E solar' nos Regulame ntos Energéticos (DLs 78,79,80/06) Lar Nossa Senhora do Calvár io | 04-11-2008 16:49:43 |


66

ANEXO G: Proposta SOLO0000177 – Lar Calvário do Car valhido

Figura 42 – Proposta O000177 - Lar Calvário do Carvalhido (Fonte: SOLution)


67

59834 6361 16815 26947 9710

55193 5726 15018 25085 9363

1449 150 578 549 172

3192 485 1219 1313 175

Total T0 ou T1 T2 T3 T4 ou mais

N.º N.º N.º N.º N.º

Por tugal

Local ização geográfica

Continente

Região Autónoma dos Açores

Região Autónoma da Madeira

ANEXO H: Tipologias Novas Construídas no País em 20 07

Tabela 15 – Fogos concluídos (Nº) em construções novas para habitação familiar, ano 2007 (Fonte: INE)


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ANEXO I: Acumulação de AQS – Comparação SOLTERM

Tabela 16 – T3 Porto - Rendimento de sistema SOLution com depósito 300 litros

--------------------------------------------------- ------------------------------ Balanço energético mensal e anual --------------------------------------------------- ------------------------------ Rad.Horiz. Rad.Inclin. Desperdiçado Fo rnecido Carga Apoio kWh/m² kWh/m² kWh kWh kWh kWh Janeiro 51 81 , 88 260 172 Fevereiro 69 101 , 102 234 133 Março 105 129 , 129 260 131 Abril 144 156 , 155 251 97 Maio 173 168 , 166 260 93 Junho 185 173 , 174 251 77 Julho 205 196 , 202 260 57 Agosto 184 190 , 199 260 61 Setembro 129 153 , 163 251 89 Outubro 95 131 , 142 260 118 Novembro 60 96 , 101 251 151 Dezembro 49 84 , 89 260 171 ---------------------------------------- ------------------------------ Anual 1449 1659 , 1707 3056 1348 Fracção solar: 55,9%

Rendimento global anual do sistema: 41% Pro dutividade: 686 kWh/[m² colector]

Tabela 17 – T3 Porto - Rendimento de sistema SOLution com depósito 200 litros --------------------------------------------------- ------------------------------ Balanço energético mensal e anual --------------------------------------------------- ------------------------------ Rad.Horiz. Rad.Inclin. Desperdiçado Fo rnecido Carga Apoio kWh/m² kWh/m² kWh kWh kWh kWh Janeiro 51 81 , 90 260 170 Fevereiro 69 101 , 105 234 129 Março 105 129 , 134 260 126 Abril 144 156 , 159 251 92 Maio 173 168 , 173 260 87 Junho 185 173 , 180 251 72 Julho 205 196 , 208 260 52 Agosto 184 190 , 204 260 55 Setembro 129 153 , 169 251 82 Outubro 95 131 , 146 260 114 Novembro 60 96 , 105 251 147 Dezembro 49 84 , 91 260 168 ---------------------------------------- ------------------------------ Anual 1449 1659 , 1763 3056 1293 Fracção solar: 57,7%

Rendimento global anual do sistema: 43% Pro dutividade: 708 kWh/[m² colector]


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ANEXO J: Simulação de Referência T3 Porto --------------------------------------------------- ------------------------------ SolTerm 5.0 Licenciado a Solution Solpt, Lda Estimativa de desempenho de sistema solar térmico --------------------------------------------------- ------------------------------ Campo de colectores --------------------------------------------------- ------------------------------ Modelo de colector: Referência RCCTE Tipo: Plano 4 módulos (4,0 m²) Inclinação 36° - Azimute Sul Coeficientes de perdas térmicas: a1= 7,500 W/m²/K a2= 0,014 W/m²/K² Rendimento óptico: 69,0% Modificador de ângulo: a 0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 1,00 1,00 1,00 0,99 0,99 0,98 0,96 0,95 0,93 a 45° 50° 55° 60° 65° 70° 75° 80° 85° 90° 0,90 0,87 0,83 0,77 0,68 0,55 0,33 0,00 0,00 0,00 --------------------------------------------------- ------------------------------ Depósito --------------------------------------------------- ------------------------------ Modelo: WSE200 Volume: 200 l Área externa: 2,82 m² Material: médio condutor de calor Posição vertical Deflectores interiores Coeficiente de perdas térmicas: 2,82 W/K Um conjunto depósito/permutador --------------------------------------------------- ------------------------------ Balanço energético mensal e anual --------------------------------------------------- ------------------------------ Rad.Horiz. Rad.Inclin. Desperdiçado Fo rnecido Carga Apoio kWh/m² kWh/m² kWh kWh kWh kWh Janeiro 51 81 , 80 260 179 Fevereiro 69 101 , 95 234 139 Março 105 129 , 122 260 138 Abril 144 156 , 148 251 103 Maio 173 168 , 161 260 98 Junho 185 173 , 171 251 80 Julho 205 196 , 201 260 58 Agosto 184 190 , 201 260 59 Setembro 129 153 , 167 251 84 Outubro 95 131 , 143 260 116 Novembro 60 96 , 98 251 153 Dezembro 49 84 , 81 260 179 ---------------------------------------- ------------------------------ Anual 1449 1659 , 1669 3056 1387 Fracção solar: 54,6% Rendimento global anual do sistema: 25% Pro dutividade: 417 kWh/[m² colector]


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ANEXO L: Formulário de Candidatura ao QREN


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Sistemas de Aproveitamento de Energia Solar Térmica na SOL ution · 2017. 8. 25. · Sistemas de Aproveitamento de Energia Solar Térmica vii Agradecimentos Ao meu orientador Eng