Desempenho térmico e financeiro de um sistema de aquecimento solar de água utilizando coletores do tipo linear fresnel para diferentes cidades do Brasil

Abstract

A geração de calor representa uma parcela significativa da demanda energética industrial. Somado ao requerimento por baixas temperaturas e presença de recurso solar vantajoso no Brasil, há um potencial termossolar na indústria brasileira. Propõe-se determinar o desempenho térmico e financeiro de um sistema com coletores linear Fresnel para aquecimento de água. Os locais são adotados com base no critério de irradiação solar e presença da indústria de laticínios, sendo a demanda térmica obtida com base no processo de pasteurização do leite. O dimensionamento e parâmetros térmicos são obtidos com auxílio do software System Advisor Model (SAM). As métricas econômicas empregadas são Valor Presente Líquido (VPL) e Levelized Cost of Energy (LCOE). Por fim uma análise de sensibilidade financeira é realizada. Onze cidades brasileiras são escolhidas e a demanda térmica anual para o aquecimento de água é de 1437 MWh. O dimensionamento resultante é de 1.056 m² de área refletiva e 1.267,2 m² de terreno total. A análise térmica apresenta que a energia entregue ao sistema varia de 335 MWh (São Paulo) a 980 MWh (Ribeirão Preto). A avaliação econômica mostra sete cidades com resultado econômico positivo, nas quais o tempo de retorno é de 3 a 8 anos. Quanto ao LCOE, valores variam de R$ 0,19/kWh a R$ 0,54/kWh. A análise de sensibilidade mostrou maior impacto do preço da biomassa no VPL, e da área do campo solar no LCOE.

Heat generation represents a significant portion of industrial energy demand. In addition to the requirement for low temperatures and the presence of an advantageous solar resource in Brazil, there is a thermo-solar potential in the Brazilian industry. It is proposed to determine the thermal and financial performance of a system with Fresnel linear collectors for water heating. The locations are adopted based on the criterion of solar irradiation and presence of the dairy industry, with the thermal demand being obtained based on the process of pasteurization of milk. The dimensioning and thermal parameters are obtained with the aid of the System Advisor Model (SAM) software. The economic metrics employed are Net Present Value (NPV) and Levelized Cost of Energy (LCOE). Finally, a financial sensitivity analysis is performed. Eleven Brazilian cities are chosen and the annual thermal demand for water heating is 1437 MWh. The resulting dimensioning is 1,056 m² of reflective area and 1,267.2 m² of total land. The thermal analysis shows that the energy delivered to the system varies from 335 MWh (São Paulo) to 980 MWh (Ribeirão Preto). The economic evaluation shows seven cities with positive economic results, in which the payback time is 3 to 8 years. As for the LCOE, values vary from R $ 0.19 / kWh to R $ 0.54 / kWh. The sensitivity analysis showed a greater impact of the biomass price in the NPV, and the solar field area in the LCOE.