Analysis of technical and economic feasibility of a mini solar photovoltaic generator integrated on university campus building envelopes

Abstract

Sistemas de energia solar fotovoltaica (FV) podem ser melhor integrados em edifícações, respeitando a arquitetura original ou mesmo sendo considerados durante o projeto de um novo edifício. O desafio para os projetistas é criar um compromisso entre a arquitetura do prédio e a função de gerar energia nas construções. Além dessas questões técnicas, é importante que os projetos levem em conta um estudo dos aspectos econômicos, uma vez que a determinação do valor de bens é tão relevante quanto sua produção física. Este trabalho define um método para selecionar fachadas e coberturas de edifícios, apropriadas para a integração de sistemas fotovoltaicos conectados à rede, no campus sede da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) em Florianópolis-SC. Para serem aceitos, os sistemas fotovoltaicos devem ter um impacto positivo na arquitetura dos edifícios, além de gerar energia. Ainda, os sistemas devem ser economicamente viáveis. A análise econômica baseou-se no cálculo do Valor Presente Líquido (VPL), da Taxa Interna de Retorno (TIR), do Tempo Descontado de Retorno (DPBT) e do Custo Nivelado de Energia (LCOE). A ideia foi criar um minigerador fotovoltaico com capacidade instalada de 1 MWp, utilizando apenas fachadas e coberturas de edifícios da UFSC, e avaliar o impacto que a energia produzida por este gerador possui no consumo da Unidade Consumidora (UC) Cidade Universitária da UFSC. Os resultados mostraram que as integrações dos módulos FV as fachadas (em forma de brise soleil e fachadas ventiladas) e as coberturas trouxeram benefícios estéticos e de conforto térmico e visual para as 6 edificações escolhidas para este estudo. Se apenas as fachadas fossem consideradas, a análise econômica não seria atrativa, mas com a adição das coberturas os sistemas tornaram-se economicamente viáveis. Com a instalação do mini gerador de 1 MWp, o consumo anual de energia da universidade seria reduzido em até 7.42%. Portanto, este estudo demonstrou que é importante que os projetistas estejam cientes das possibilidades, funcionalidade e integração dos sistemas fotovoltaicos e sua oportunidade de serem economicamente viáveis.

Abstract: Solar photovoltaic (PV) energy systems can be better integrated onto buildings, respecting the original architecture or even being considered during the design of a new building. The challenge for designers is to create a compromise between the architecture of the building and the function of generating energy in those buildings. Besides these technical issues, it is important that the projects take into account a study of the economic aspects, since the determination of the value of goods is as relevant as their physical production. This work defines a method to select appropriated building façades and rooftops for the integration of grid-connected PV systems, on the main campus of Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) in Florianópolis-SC. In order to be accepted, the PV systems must have a positive impact on the buildings? architecture on top of generating energy. In addition, the systems should be economic feasible. The economic analysis was based on the calculation of Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), Discounted Payback Time (DPBT) and Levelized Cost of Energy (LCOE). The idea was to create a photovoltaic mini generator with an installed capacity of 1 MWp using only UFSC buildings? façades and rooftops, and evaluate the impact that the energy produced by this generator has on the energy consumption of UFSC?s Consumer Unit (CU) Cidade Universitária. Results showed that the integrations of the PV modules to the façades (in the form of brise soleil and double-skin façades) and rooftops brought aesthetic, thermal and visual comforts benefits for the 6 buildings chosen for this study. If only the façades were considered, the economic analysis would not be attractive, but with the addition of rooftops the systems became economically viable. With the installation of the 1 MWp mini generator, the university's annual energy consumption would be reduced by up to 7.42%. This study, then, has demonstrated that it is important for building designers to be aware of the possibilities, functionality and integration of PV systems and their opportunity to be economically viable.