Modelação de sistemas de AQS com painéis solares térmicos e apoio elétrico

Abstract

O sistema solar térmico para aquecimento de água é utilizado principalmente em ambiente doméstico para as Águas Quentes Sanitárias, sendo nos dias de hoje um serviço indispensável para o bem-estar de todos nós. De modo a garantir a estabilidade dos sistemas de energia elétrica, tendo em conta a descentralização da geração elétrica e a produção a nível local, a gestão da procura tem ganho cada vez mais importância. A gestão da procura permite desviar e diminuir consumos de energia eléctrica, pelo que pode ser usada para evitar picos da procura, no entanto, para o consumidor final, a gestão da procura torna-se mais interessante se utilizada com a finalidade de desviar consumos para reduzir a fatura da eletricidade. É neste âmbito que no presente trabalho serão utilizados softwares de simulação de gestão da procura, de modo a tornar os sistemas de aquecimento de águas sanitárias mais eficientes e mais apelativos em termos económicos.O presente trabalho foi desenvolvido no âmbito da Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, lecionada no Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, no ano letivo 2015/2016, tendo como objetivo a criação e modelação de sistemas de aquecimento de água quente com painéis térmicos e apoio elétrico.Neste trabalho é apresentada a simulação e comparação de vários modelos de sistema solar térmico, entre os quais, o sistema termossifão, o sistema de circulação forçada com aquecimento direto e indireto.É também apresentado um algoritmo desenvolvido em MATLAB, validado através do TRNSYS, que dada a previsão da temperatura, da radiação solar e do consumo diário é capaz de conseguir reproduzir o funcionamento de um sistema de águas quentes sanitárias com painéis solares e apoio elétrico de circulação forçada e aquecimento indireto. Com esta ferramenta é possível simular e analisar cenários alternativos de funcionamento dos sistemas de aquecimento solar de água com apoio elétrico. As ações submetidas no funcionamento normal do algoritmo são a variação da temperatura máxima do depósito e a introdução de interrupções definidas pelo utilizador.Com a introdução das chamadas redes inteligentes (Smart grids), surgiu a oportunidade de entregar energia de uma forma controlada e inteligente desde o ponto de geração até ao consumidor, devido à evolução das tecnologias de informação e comunicação (TIC). Para observar as ações de gestão do lado da procura que podem ser avaliadas, foi desenvolvida uma ferramenta de simulação que permite alterar o funcionamento normal do algoritmo que tinha sido criado para simular o sistema de aquecimento de água quente com painéis térmicos e apoio elétrico em Matlab.

The solar thermal energy system for water heating is used mainly for domestic consumption for the Sanitary Hot Waters, being nowadays an essential good for the wellbeing of everyone.With the purpose of granting Electric Energy Systems stability, taking into account the decentralized electricity generation and local production, demand side management has gained increasing importance.The demand management divert and reduce electrical energy consumption, therefore can be used to prevent peak demand, however, for the end consumer, demand management becomes more interesting if used for the purpose of diverting consumption to reduce the invoice of electricity. It is in this context that the present work will make use of simulation software for demand management, in order to make the sanitary water heating systems more efficient and more attractive in economic terms. This work was developed within the framework of the Masters dissertation of the Master’s degree in Electrical and Computer Engineering, taught in the Department of Electrical and Computer Engineering of the Faculty of Sciences and Technology of the University of Coimbra, in the academic year of 2015/2016 with the purpose of modeling the sanitary hot water systems with thermal panels and electrical support.In this work, a simulation and comparison of various solar thermal energy systems is presented, among which are: the thermosiphon system and the forced-circulation system with direct and indirect heating.It is also presented a MATLAB developed algorithm is validated through TRNSYS, which when given the temperature prediction of the solar radiation and daily consumption is capable of reproducing a system of sanitary hot water systems with solar panels and electrical support and forced-circulation and indirect heating. With this tool it is possible to simulate and analyze alternative scenarios of operation of solar water heating systems with electrical support. The actions subjected to the normal operation of the algorithm are the maximum variation in temperature of the tank and the insertion of interruptions defined by the user.With the introduction of so-called intelligent networks (smart grids), the opportunity arose to deliver energy in a controlled and intelligent manner from the point of generation to the consumer, due to the evolution of information and communication technologies (ICT). To observe the demand side management actions that can be evaluated, a simulation tool that allows the change of normal operation of the algorithm that had been created to simulate the hot water heating system with thermal panels and electrical support in Matlab was developed.