Cogeração solar doméstica com utilização de motor Stirling e sua comparação com sistema fotovoltaico/solar térmico

Abstract

Neste trabalho e concretizada uma análise comparativa entre um sistema de cogeração composto por um disco parabólico e motor stirling e a produção separada de eletricidade e calor com recurso a painéis fotovoltaicos e painéis solares térmicos, no âmbito doméstico. E feita uma breve apresentação das tecnologias e algumas das suas aplicações mais relevantes. E também explicado o conceito de cogeração. O trabalho ter a enquadramento em Portugal, pelo que e necessário apresentar a legislação aplicável em ambos os casos. A análise comparativa, e feita com base nos resultados das simulações efetuadas no System Advisor Model (SAM), desenvolvido pela NREL. Os dados das temperaturas do uido de refrigeração provenientes da simulação do motor Stirling são usados para determinar energia térmica disponível para pre aquecimento de agua quente. A modelação mostra que existe potencial de redução da energia necessária para os requisitos de aquecimento estipulados por lei, usando o uido de arrefecimento para pré aquecimento da agua. Este fator contribui para uma redução do retorno do investimento. O estudo revela que existe uma grande diferença no custo de investimento, 1130e/kW no caso mais caro de um sistema de painéis fotovoltaicos e painéis solares térmicos, contra 39644e/kW no caso do sistema de cogeração com Stirling. A menor diferença entre o retorno do investimento dos modelos e de três anos, 7,9 na produção separada e 10,6 na cogeraçao. Uma redução de 30% no custo de investimento tornaria a cogeração uma opção competitiva no terceiro caso, o caso de uma habitação com 5 pessoas e potência contratada de 6,9kV A. A cogeração torna-se interessante quanto maior for o consumo eléctrico da habitação. A legislação permite a venda do excedente da energia eléctrica produzida, e o produtor/consumidor, ap os investimento inicial, apenas se preocupa com os custos de manutenção e a compensação que tem de ser paga as autoridades, que depende da potência da tecnologia instalada. Outro ponto a favor da cogeração e o fato de não existirem as mesmas limitações de potência máxima instalada ou produção eléctrica máxima permitida, presentes na legislação que rege os sistemas fotovoltaicos. Um ponto que pode demover possíveis investidores e o já a mencionado elevado custo de investimento. Também e relevante considerar que, apesar de ser possível vender excedente de energia térmica, esta opção não e considerada neste trabalho. Isto porque a quantidade de energia térmica disponível não chega para suprir as necessidades de aquecimento da instalação produtora.

This work makes a comparitive analysis between cogeneration using a parabolic dish and a Stirling engine and production of heat and electricity using solar thermal pannels and photovoltaic technology in household applications. This work makes an overview of the technologies and their most relevant applications. Is is also presented the concept of cogeneration. Since this work is applied to Portugal, the regulations and laws for both cases are also mentioned in this work. The comparitive analysis based on the results obtained from simulations of the System Advisor Model (SAM), developed by NREL. The data from the cooling uid temperature given by the Stirling model performance is used to calculate the thermal potential available to pre heat water. The model shows that it is possible to use the cooling uid to pre heat the water, thus reducing the energy required to meet the hot water requirements de ned by the legislation. This reduces the system payback. The study shows that there is a big di erence in the investement cost, the most expensive case for photovoltaics and solar heating being 1130e/kW, and the stirling cogeneration system being 3964e/kW. The minimum payback di erence between both models is three years, 7,9 years in the photovoltaic model and 10,6 in the Stirling cogenration. Reducing 30% in the investement cost would make the Stirling cogeneration system a competitive option in the third case, a household with ve people and 6,9kV A apparent power. The cogeneration system is best used with greater eletrical consumptions of the household. The legislation allows eletrical energy surplus to be sold and, apart from the initial cost, the producer/consumer only has to worry about the maintenance expenses and the compensation that has to be paid to the authorities which deppends on the total system power. Another favourable aspect is the fact that the installed power limitations and the maximum allowed eletrical production, for the photovoltaic systems are not the same for the cogeneration systems. One of the main issues that could demote potential investors is the already mentioned high investement cost. It is also important to refer that, although it is possible to sell the eletrical and thermal energy surplus, the option is not considered in this work. The reason being the available thermal energy is not enough to supply the needs of the producer household.