Energias Alternativas

Objectivos

Pretende-se com esta unidade curricular dar formação aos alunos sobre a problemática dos desafios energéticos actuais, e aprofundar os seus conhecimentos nas tecnologias e nos respectivos materiais (com ênfase em nano-materiais) presentemente utilizados:

1) na conversão de energia, nomeadamente: energia solar em eléctrica (fotovoltaico) ou térmica, energia mecânica em eléctrica.

2) no armazenamento e gestão de energia, incluindo baterias, pilhas de combustível, super-condensadores, entre outros.

Face ao panorâma actual de transição energética, buscando modos de consumo de energia cada vez mais sustentáveis, é fundamental que os alunos adquiram conhecimentos sobre os príncipios de funcionamento de sistemas de transformação, armazenamento e gestão de energia, assim como os processos de fabrico e as técnicas de caracterização dos mesmos. 

Caracterização geral

Código

7457

Créditos

6.0

Professor responsável

Manuel João Dias Mendes

Horas

Semanais - 5

Totais - 76

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

A disponibilizar brevemente

Bibliografia

- R. Martins, H. Aguas, E. Fortunado, "Energia Fotovoltaica: Materiais e Aplicações", Nova Editorial, 2020.

- J. Rogelj et al, "Energy system transformations for limiting end-of-century warming to below 1.5 °C". NATURE Clim Change 519-528, 2015

- JRC, Assess. of potential bottlenecks along materials supply chain for future deployment of low-carbon energy (…), 2016.

- K. Mertens, “Photovoltaics: Fundamentals, Technology and Practice”, 2014, Wiley.

- M. D Archer, M. A Green, “Clean Electricity From Photovoltaics”, 2015, Imperial College Press.

- Enrich, Righini, "Solar Cells and Light Management", Elsevier, 2020.

- M. BaraK, P. Perecrinus, "Electrochemical Power sources, primary and secondary batteries", 1980;

- D. Linden, "Handbook of batteries and fuel cells", McGraw-Hill, 1984

Método de ensino

As aulas teóricas são realizadas com recurso a apresentação em powerpoint, incluindo materiais didáticos e multimédia (videos, applets, etc). Os trabalhos de laboratório incluem uma componente de aplicação através de exercícios práticos e trabalho experimental realizado em grupo.

Método de avaliação

Avaliação: 55 % média dos testes ou exame + 15% Trabalho sobre as duas primeiras aulas + 15% relatório de caracterização FV + 15%  trabalho de dimensionamento.

Trabalho sobre as duas primeiras aulas: Trabalho individual entre 5-6 páginas A4 (Times New Roman 11) sobre papel da energia solar na transição energética mundial e regional e principais e desafios.

Relatório: Caracterização das células solares (curvas I-V + Resposta Espectral); Determinação de HotSpots em Módulos; Fabrico de uma célula solar de filme fino de silício.

Conteúdo

- Introdução à problemática energética e transição para o baixo carbono

- Cenários para a transição e necessidades de materiais: desafios ambientais, económicos e sociais associados às necessidades de materiais

- Materiais e tecnologias de conversão de energia solar em eléctrica: príncipios de funcionamento de células solares, processos de fabrico, materiais que podem ser utilizados e suas vantagens/desvantagens em termos económicos e ambientais, novos conceitos para melhoria de eficiência através de gestão de luz com estratégias fotónicas;

- Materiais e sistemas utilizados na conversão de energia solar em térmica – importância dos revestimentos/materiais absorsores de radiação; materiais utilizados e outros atualmente desenvolvidos;

- Materiais e tecnologias de armazenamento de energia: funcionamento electroquímico de baterias e pilhas de combustível, supercondensadores e outros sistemas de armazenamento, materiais utilizados e respectivas vantagens/desvantagens, problemas ecológicos;

- Materiais e tecnologias de conversão de energia mecânica em eléctrica: princípios da piezoelectricidade, nano-geradores, gestão de potência em sistemas de captura da energia do movimento.