Mitigation of Urban Electric Consumption with Resource to Renewable Energy

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaNos dias de hoje, as energias renováveis desempenham, cada vez mais, um papel fundamental no paradigma energético a nível mundial, seja por razões ambientais, económicas ou tecnológicas. À escala nacional, destaca-se claramente a energia solar fotovoltaica como aquela que apresenta maior potencial de crescimento, tendo em conta não apenas as condicionantes meteorológicas a que Portugal se encontra sujeito, mas também o estado de implementação actual desta tecnologia no mercado português.Esta dissertação teve como principal objectivo estudar a viabilidade energética e financeira da introdução de sistemas baseados em fontes de energias renováveis, mais concretamente de sistemas de produção fotovoltaica, em edifícios do sector residencial, examinando de que forma é que instalações deste tipo permitem ou não mitigar os consumos de energia eléctrica em ambientes urbanos.Foi realizada uma pesquisa acerca da constante evolução desta tecnologia, com destaque para os níveis de rendimento energético progressivamente mais elevados das células solares e para o contínuo decréscimo dos custos iniciais de investimento, passando por uma revisão das actuais regras legislativas.Foram analisadas as principais formas de integração em edifícios, tendo este trabalho como foco o edifício da República da Praça, situado no centro histórico de Coimbra. Foi efectuada uma análise completa das suas características constructivas, necessidades energéticas e das condições apresentadas para a aplicação de módulos fotovoltaicos.Fez-se um estudo integral de três cenários distintos relativamente a potenciais sistemas fotovoltaicos a aplicar no edifício em causa, fazendo uma comparação dos mesmos do ponto de vista da viabilidade energética através do ajustamento de diversas variáveis, desde o número de painéis fotovoltaicos à hipótese de utilização de baterias de armazenamento.Avaliaram-se as diversas opções de uma perspectiva económico-financeira e, tendo em conta a viabilidade do investimento a partir deste ponto de vista, calcularam-se parâmetros como a poupança financeira estimada e o tempo de retorno associado a esse mesmo valor, demonstrando que este tipo de tecnologia é totalmente viável, apesar dos elevados investimentos no momento inicial.Concluindo, foi possível aferir que a aplicação de sistemas deste tipo promove, indubitavelmente, uma diminuição clara dos consumos eléctricos de energia proveniente da rede pública, melhorando os índices de auto-sustentabilidade dos edifícios e permitindo poupanças económico-financeiras significativas aos utilizadores. No entanto, a energia fotovoltaica continua a exigir investimentos iniciais de elevada grandeza, pelo que, actualmente, este tipo de tecnologia ainda não se encontra tão vastamente acessível como seria desejável.Nowadays, renewable energy plays an increasingly important role in the global energy paradigm, whether it is for environmental, economic or technological reasons. At the national level, photovoltaic solar energy is clearly the one with the greatest growth potential, taking into account not only the meteorological conditions to which Portugal is subject, but also this tecnology's current implementation state in the Portuguese market.This dissertation's main goal was to study the energetic and financial viability of the introduction of renewable energy sources based systems, more specifically of photovoltaics, in buildings of the residential sector, examining how these installations allow or not the mitigation of electricity consumption in urban environments.Research has been carried out on the constant evolution of this technology, with emphasis on the progressively higher levels of solar cells energetic efficiency and the continuous decline in initial investment costs. A revision of the current legislative rules was also made.The main forms of building integration were analyzed. The main focus of this dissertation was the República da Praça's building, located in Coimbra's historic center. A complete analysis of the building was made, taking into account its construction characteristics, its energy needs and the its existing conditions for the application of photovoltaic modules.A complete study was carried out, consisting of an analysis of three different scenarios. This study looked into potential photovoltaic systems to be applied in the specified building, comparing them from the energetic viability point of view by adjusting several variables: from the number of photovoltaic panels to be used to the hypothetical usage of storage batteries.The various options were evaluated from an economic-financial perspective and, taking into account the viability of the investment from this point of view, parameters like the estimated financial savings and the expected time of return were calculated, demonstrating that this type of technology is totally viable, despite the high investments in the initial moment.In conclusion, it was possible to verify that the implementation of such systems undoubtedly promotes a clear reduction of the electric energy consumptions coming from the public network, improving buildings' self-sustainability indices and allowing significant economic-financial savings to the users. However, photovoltaics continue to require very high initial investments, so, as of today, this type of technology is not yet as widely available as it would be desirable