Hur klimatförhållanden och solresurser påverkade solenergisatsningar i Brasilien

Klimatet spelar en avgörande roll i både byggnadens utformning och effektiviteten hos solenergisystem. Det påverkar inte bara människors komfort utan har också en direkt inverkan på den mängd energi som kan produceras genom solpaneler, samt på de finansiella investeringar som krävs för installation och drift. I Brasilien, som är världens femte största land till ytan, finns en imponerande variation i klimatförhållandena, vilket gör det både utmanande och spännande att implementera solenergi i byggnader.

Solenergisystem i Brasilien, som ofta är en del av initiativ som "Luz para Todos", har framför allt fokuserat på att elektrifiera avlägsna landsbygdsområden. Dessa program har gett många hushåll, som annars skulle vara utan elektricitet, tillgång till hållbar och förnybar energi. I de flesta fall installerades solpanelerna inte på byggnadernas tak för att säkerställa säkerhet och strukturell integritet. Om de tre kriterierna – säkerhet, integritet och stabilitet – var uppfyllda kunde solpanelerna även monteras på taket.

Finansiering har länge varit ett hinder för utbyggnaden av solenergi världen över, och även i Brasilien har detta varit en viktig fråga. Under programmet Luz para Todos infördes olika finansieringsmekanismer för att stödja landets satsningar på förnybar energi. Bland dessa fanns statliga fonder och mjuka lån genom program som CEE och RGR, vilket möjliggjorde att över 13 miljoner hushåll i landets nord- och nordostregioner fick tillgång till elektrifiering via solenergi.

Från 2011, med lanseringen av ANEEL:s strategiska upprop för forskning och utveckling, började Brasilien också att utforska solenergi på större skala. Partnerskap mellan universitet och elbolag analyserade hur solpaneler kunde integreras i den brasilianska elnätet och hur dessa system skulle påverka landets elektriska infrastruktur. År 2012 infördes ett netmeteringssystem som tillät hushåll och småskaliga producenter att mata in överskottsenergi från sina solpaneler i det nationella elnätet, vilket gjorde att de kunde få energi-krediter för den överskottselektricitet de producerade.

Regleringarna kring solenergi i Brasilien har utvecklats och förändrats över tid. År 2015 infördes nya revideringar som förkortade registreringstider för solenergisystem och utökade giltighetstider för energi-krediter. Detta medförde en snabbare godkännandeprocess för installationer och en mer flexibel marknad för solenergi, vilket ledde till en exponentiell ökning av antalet installerade system. Dessa förändringar var avgörande för den stora tillväxten av solenergisystem från 2014 och framåt.

Klimatförhållandena i Brasilien har en stor påverkan på användningen av solenergi, eftersom olika regioner har olika solresurser. Landet har en mångfald av klimat, från tropiska och ekvatoriala förhållanden nära ekvatorn, till torra och halvtorra zoner längre söderut. Enligt Köppen-Geigers klimatklassificering kan Brasilien delas upp i tre huvudklimat: tropiskt (A), semiarid (B) och subtropiskt (C). Den största delen av Brasilien, cirka 81 %, faller inom den tropiska zonen (A), vilket innebär hög solstrålning och möjligheter för effektiv solenergiutvinning.

De klimatförhållanden som präglar landets olika regioner påverkar i sin tur vilken typ av solpaneler som är mest lämpliga, hur de ska installeras och vilken ekonomisk avkastning de kan ge. I de nordliga och centrala delarna av Brasilien, där den genomsnittliga temperaturer under året är högre, är potentialen för solenergi enorm. Här är det inte ovanligt att solpaneler producerar energi även under årets kallaste månad, juli, då temperaturerna fortfarande är över 18°C.

Å andra sidan, i de mer tempererade områdena i södra Brasilien, är potentialen för solenergi något mindre jämfört med de tropiska regionerna, men fortfarande betydande. Dessa områden har längre perioder av kallare väder och lägre solstrålning, vilket gör att solenergisystem här kanske inte ger samma mängd energi som i norr, men de kan fortfarande spela en viktig roll i den totala energimixen.

För att optimera användningen av solenergi är det avgörande att ta hänsyn till både de lokala klimatförhållandena och den regionala variationen i solstrålning. Klimatmodeller och långsiktig väderprognos spelar en viktig roll i planeringen och utvecklingen av solenergisystem. Dessutom är det nödvändigt att förstå hur de specifika krav som dessa olika klimatzoner ställer på byggnader och installationer påverkar den långsiktiga hållbarheten och effektiviteten hos solpanelerna.

Den brasilianska solenergisektorn har fortsatt att utvecklas och har blivit en central del av landets strategi för att minska beroendet av fossila bränslen och främja hållbar energi. De senaste åren har sett en ökning av lagstiftning och reglering som gynnar solenergi och gör det mer tillgängligt för både hushåll och företag, vilket stärker landets mål att minska sina koldioxidutsläpp och bidra till globalt hållbar utveckling.

Hur BIPVT-system kan förbättra energieffektivitet och hållbarhet i bostäder

I det aktuella systemet används vattenbaserade PVT-samlare som har förmågan att integreras i andra uppvärmnings- och kylsystem. Systemet består av en polykrystallin silikoncellsmodul, en spiralflödesabsorberare i form av en kontinuerlig coil tillverkad av rostfria stålrektangulära rör, som placeras under PV-modulen, samt ett termiskt isolerande material som packas under absorberaren för att minimera värmeförluster och bibehålla en jämn temperatur i systemet. Vattnet cirkulerar i spolen för att ta bort värme från PV-modulen, vilket förbättrar effektiviteten hos solcellspanelerna genom att sänka deras driftstemperatur. Vattnet som lämnar spolen är varmare än det som flödar in, och det lagras sedan i värmeackumuleringstankar. Detta gör det möjligt för systemet att generera värme för hushållets varmvattenbehov.

Projektet genomfört vid National University of Malaysia (UKM) undersökte variationen i utgående vattentemperatur och elproduktion från BIPVT-systemet under 2014. Genom att analysera både beräknade och uppmätta data har en teknisk och ekonomisk analys genomförts för att bedöma prestandan hos ett större BIPVT-system på taket för att möta energibehovet i en bostadsbyggnad i Kuala Lumpur, med hänsyn till klimatförändringar i Malaysia.

Byggnadens specifikationer, inklusive design, dimensioner, orientering, temperatur och energiförbrukning, är avgörande för att optimera utformningen av solenergisystemet. För en byggnad med en yta på 150 kvadratmeter, och ett årligt behov av 2619 kWh för värme och 3500 kWh för elektricitet, krävs det 21 vattenbaserade PVT-samlare för att möta byggnadens energibehov. Detta system omfattar även tre inverterare för att omvandla likström till växelström.

Även om BIPVT-systemet genererar viss mängd elektricitet, kan den totala elproduktionen från systemet också överföras till elnätet, vilket bidrar till en mer flexibel och hållbar energianvändning. Detta har visat sig vara särskilt användbart för att kompensera för perioder med låg solenergi, som kan inträffa under vissa väderförhållanden eller tider på året.

För att verkligen förstå effekterna och potentialen hos BIPVT-system, bör det noteras att solens energi inte alltid är tillräcklig för att möta hela det uppvärmnings- och elbehov som en byggnad kan ha. Vid perioder av låg solstrålning krävs hjälp från en backup-heater för att tillhandahålla den nödvändiga värmeenergin. Det är här som systemets effektivitet i att kombinera solenergi och traditionella uppvärmningsmetoder kommer till sin rätt.

Vidare är det också viktigt att notera att för att ett BIPVT-system ska bli framgångsrikt krävs noggrant planering och design, inte bara av själva solenergisystemet utan även av byggnadens struktur och energibehov. Genom att optimera designen och integreringen av solenergisystemet med byggnadens övriga infrastrukturer kan man uppnå en effektiv och hållbar energilösning som är fördelaktig både för miljön och för hushållets ekonomi.