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- Intercomparison of opto-thermal spectral measurements for concentrating solar thermal receiver materials from room temperature up to 800 °CPublication . Caron, Simon; Farchado, Meryem; San Vicente, Gema; Morales, Angel; Ballestrin, Jesus; Carvalho, Maria João; Páscoa, Soraia; Baron, Estelle; Disdier, Angela; Guillot, Emmanuel; Escape, Christophe; Binyamin, Yaniv; Baidossi, Mubeen; Sutter, Florian; Roger, Marc; Manzano-Agugliaro, FranciscoABSTRACT: An intercomparison of opto-thermal spectral measurements has been performed for some relevant receiver materials in concentrating solar thermal applications, from room temperature up to 800 degrees C. Five European laboratories performed spectral measurements at room temperature, while two laboratories performed infrared spectral measurements at operating temperature up to 800 degrees C. Relevant materials include Haynes 230 (oxidized, Pyromark 2500 and industrial black coating) and silicon carbide. Two key figures of merit were analyzed: i) solar absorptance alpha sol at room temperature, over the spectral range [0.3 - 2.5] mu m, ii) thermal emittance epsilon th(T), over the common spectral range [2-14] mu m, derived from spectral measurements performed from room temperature up to 800 degrees C. Oxidized H230 reached an alpha sol value of 90.9 +/- 1.0%. Pyromark 2500 reached an alpha sol value of 96.3 +/- 0.5%, while the industrial black coating achieved an alpha sol value of 97.0 +/- 0.4%. Silicon carbide reached an alpha sol value of 93.5 +/- 1.1%. Low standard deviations in alpha sol indicate reproducible measurements at room temperature. For oxidized H230, the epsilon th,calc(T) value varied from 55% at room temperature up to 81% at 800 degrees C. For Pyromark 2500 and the industrial black coating, epsilon th,calc(T) fluctuated between 90% and 95%, with a weak temperature dependence. For silicon carbide, epsilon th,calc(T) varied from 70% at room temperature up to 86% at 800 degrees C. The typical standard deviation among participating laboratories is about 3%. epsilon th,meas(T) values derived from spectral measurements at operating temperature were consistent within a few percentage points in comparison to epsilon th,calc(T) values derived from spectral measurements at room temperature.
- Accelerated aging tests to selective solar absorber coatings for low temperature applicationsPublication . Cunha Diamantino, Teresa; Gonçalves, Rita; Páscoa, Soraia; Alves, Isabel Nascimento; Carvalho, Maria JoãoABSTRACT: The need of a higher role of solar energy within the energy mix in the coming decades obliges the collectors to increase their performance and reliability. It is demanded that the solar absorbers, as the key component of solar thermal collectors, should be low cost with high efficiency for extended lifetimes under different kinds of environments. Commercially, there are presently two main types of solutions as selective solar absorbers coatings for low temperature applications: coatings obtained by physical vapour deposition (PVD) and by paint coatings (PC). These coatings present different physical and chemical characteristics. Therefore, it is important to know how these commercial coatings degrade over time in different environments. Results obtained with two different PVD coatings and three PC, under different accelerated aging tests, are presented. The aging tests performed included different environmental stress corrosion conditions: temperature, humidity, chlorides, sulfur dioxide and nitrogen oxides. The chlorides and the gases SO2 and NO2 affect distinctly the different selective coatings. Cyclic variation of corrosion promoting gases (sulfur dioxide and nitrogen dioxide), higher humidity, salt spraying and drying seem to be an aging test that reflects the different environments where the solar thermal collectors are exposed. In addition to the contaminants, drying/wetting cycles also play an important role in degradation mechanisms of absorber coatings. So, the international standard ISO 22975-3 needs to be revised to include cyclic conditions with these contaminants.
- Novos serviços laboratoriais de suporte na otimização de coletores solares térmicos: projeto LIFESOLAR - 2ª partePublication . Páscoa, Soraia; Cunha Diamantino, Teresa; Carvalho, Maria JoãoRESUMO: Portugal é um país com grande potancial de aproveitamento de energia solar térmica para aplicações domésticas e industriais. Estas aplicações podem ser utilizadas para produção de água quente, para aquecimento de piscimas, águas sanitárias ou para processos industriais a baixas (20-95ºC) e médias temperaturas (95ºC-250ºC) de funcionamento, podendo assim abranger diferentes tecnologias, desde coletores estacionários a coletores concentradores com seguimento. O território continental português é particularmente marcado pela extensa linha de costa que, juntamente com o elevado recurso solar, tem um forte impacto na durabilidade dos componentes dos coletores, quer sejam metálicos ou poliméricos, e no respetivo tempo de vida útil.
- Irradiância solar (global, direta e difusa) – metodologia de controlo de qualidade: aplicação a séries temporais medidas no LES/LNEG, LisboaPublication . Marques, Filipe; Páscoa, Soraia; Carvalho, Maria João; Cardoso, João P.RESUMO: A medida das componentes da radiação solar (global, direta e difusa) é muito importante na caracterização de sistemas solares e seus componentes (ex.: coletores solares) em laboratório. As normas de ensaio definem os requisitos necessários aos equipamentos utilizados para a realização das referidas medidas, mas não definem o controlo de qualidade dos dados. A necessidade de medir não só a componente global da radiação solar no plano do coletor, mas também a radiação direta e difusa, permite ao LES ser também detentor de uma base de dados útil noutras áreas de investigação de sistemas de conversão da radiação solar. Desenvolveu-se a aplicação, SIMONEAPP, que integra um controlo de qualidade seguindo o método QCRADv2. Quando aplicada ao período 2015-2018, permitiu identificar erros de medida de irradiância difusa decorrentes do uso de anel de sombreamento e outros erros de medida da irradiância previamente identificados durante a operação regular da estação meteorológica. No entanto, a metodologia assinalou potenciais erros entre os 2º e os 19º de altitude solar, cuja natureza será ainda necessário investigar.
- Tintas seletivas para aplicação em sistemas de energia solar térmicaPublication . Alves, Isabel Nascimento; Carvalho, Maria João; Cunha Diamantino, TeresaRESUMO: As tintas espectralmente seletivas são atualmente uma potencial alternativa a outros revestimentos seletivos, como os obtidos por métodos de deposição a vácuo, para sistemas de energia solar térmica, tendo como benefícios a utilização de técnicas de aplicação e manutenção mais simples, disponibilidade comercial a mais baixo custo e elevada durabilidade. Existem apenas algumas tintas comerciais capazes de produzir revestimentos com elevado desempenho ótico e simultaneamente elevada estabilidade térmica, para algumas aplicações. Estas tintas são referidas como seletivas sensíveis ou insensíveis à espessura (TSSS e TISS). Este trabalho apresenta estas tintas seletivas, com referência aos constituintes que têm merecido maior atenção, a relação entre eles e as características óticas dos revestimentos e desempenho obtido nos diversos estudos efetuados, tanto em termos de eficiência das propriedades óticas, como de durabilidade de materiais. Pretende-se ainda dar uma visão atual da possibilidade de aplicação das tintas seletivas em sistemas de energia solar térmica a baixas-médias e altas temperaturas.
- Solar Irradiance (Global, Direct and Diffuse) Quality Control Methodologies. Review: Application to Time Series Measured At LES/LNEG, Lisboa, PortugalPublication . Marques, Filipe; Páscoa, Soraia; Carvalho, Maria João; Cardoso, João P.ABSTRACT: Solar irradiance spatial and temporal quantification is essential to the development, implementation, and operation of solar systems, being used throughout a solar project lifecycle. It is crucial to have good quality data measured in meteorological and radiometric ground stations in order to enable the calibration and validation of irradiance models and data series. The Solar Energy laboratory at LNEG operates a meteorological station gathering relevant parameters to characterize the solar irradiation profile for the city of Lisbon in Portugal. This work presents and compares the application of different methodologies used for quality control of solar irradiance measurements. Three methods - the CIE (1994) / Muneer and Fairooz (2002), the QCRad and the IEC - were tested against two synthetic data sets: a clear-sky year and a typical meteorological year randomly and uniformly infused with errors. IEC showed to have limitation regarding the extreme value criteria for beam normal irradiance and CIE for the diffuse horizontal irradiance. The QCRad presented the best performance, with total sensitivity above 80% and maximum specificity. This method was applied to the measured data of LES-LNEG between 2014 and 2018. Most of the detected errors were detected during the coherence test stage, having a higher prevalence between 2015 and mid-2016, highlighting the need to modify the diffuse horizontal irradiance measuring system.
- Desenvolvimento de uma tinta espectralmente selectiva sensível à espessura (TSSS) para sistemas de conversão fototérmicaPublication . Alves, Isabel N.; Soares, Elsa; Carvalho, Maria João; Cunha Diamantino, TeresaRESUMO: As tintas espectralmente seletivas surgem como alternativa aos revestimentos seletivos obtidos por métodos de deposição a vácuo para sistemas de energia solar térmica. Um dos benefícios da sua utilização é a possibilidade de recurso a técnicas de aplicação e manutenção mais simples, disponibilidade comercial a mais baixo custo e elevada durabilidade/proteção anticorrosiva. Existem apenas algumas tintas comerciais capazes de produzir revestimentos com elevado desempenho ótico e simultaneamente elevada estabilidade térmica. É urgente o desenvolvimento de soluções que evitem a diminuição da absortância solar e o aumento da emissividade térmica destes revestimentos e que simultaneamente não comprometam o desempenho anticorrosivo. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma tinta seletiva cujas características se enquadram neste tipo de revestimento seletivo, a serem aplicadas em sistemas de energia solar térmica para baixas-médias temperaturas, visando a melhoria do desempenho destes sistemas no que respeita tanto às propriedades óticas dos revestimentos, como à durabilidade de materiais e tempo de vida da tinta, considerando matérias-primas comercialmente acessíveis e técnicas de aplicação mais simples.
- Coletores solares térmicos : evolução do comportamento térmico após diferentes períodos de exposição em ambientes com distintas corrosividadesPublication . Carvalho, Maria João; Páscoa, Soraia; Mexa, Nuno; Gonçalves, Rita; Correia, J.; Gano, António; Cunha Diamantino, TeresaRESUMO: Os coletores solares térmicos devem estar preparados para suportar condições ambientais adversas, como temperatura, humidade e irradiância ultravioleta elevada ou cargas de vento e neve, mas também outras influências, como os níveis de contaminantes como cloretos, dióxido de enxofre e óxidos de azoto, dependendo da localização geográfica. Num trabalho que se desenvolve desde 2012, têm sido estudados os efeitos destes contaminantes existentes no ambiente exterior e a sua penetração no interior dos coletores, assim como a evolução do comportamento térmico dos coletores quando expostos por períodos prolongados em ambientes com diferentes corrosividades. Neste trabalho apresentam-se os resultados para um período de três e cinco anos em dois locais com distintas corrosividades, Sines e Lisboa, observando-se que locais como Sines com um ambiente marítimo industrial tem impacto no comportamento térmico dos coletores expostos.
- Parameter identification and uncertainty evaluation in quasi-dynamic test of solar thermal collectors with Monte Carlo methodPublication . Rodrigues, João Carlos Teixeira; Facão, Jorge; Carvalho, Maria JoãoABSTRACT: This work presents a comparison between two methods used for parameter identification and calculation of parameter uncertainty applied to the measured data of solar thermal collectors when tested according to ISO 9806:2017. One method is using a weighted least square (WLS) fit and the partial derivative approach described in the GUM (the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement). The second is using the Monte Carlo (MC) method, also described in GUM. Uncertainty evaluation by Monte Carlo method is based on a probabilistic approach and is an alternative way for identification of parameters and determination of the uncertainties. In this work the results were obtained according to Quasi-Dynamic Test (QDT) method for a flat plate collector and an evacuated tubular collector. The least squares (LS) method and a nonlinear regression method (MPFit) are used in the identification of parameters for each iteration of the MC method. For the implemented MC method computation times are also discussed. One disadvantage of the MC method is the computation time which depends on the number of samples in the experimental test quantity files, however with this study we think that the advantages of the MC method outweigh the disadvantages, and it is useful even as a complementary tool in QDT testing of collectors.
- Infraestrutura nacional de investigação na área de energia: NZEB_LAB - Integração dos sistemas solares em edifíciosPublication . Aelenei, Laura Elena; Goncalves, Helder; Carvalho, Maria João; Facão, Jorge; Joyce, A; Cunha Diamantino, Teresa; Rodrigues, Carlos; Salema, David; Rodrigues, R.RESUMO: NZEB_LAB representa uma infraestrutura nacional de investigação na área da integração de sistemas de energia solar em edifícios, localizada nas instalações do Laboratório Nacional de Energia e Geologia coordenada pelo Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG) e localizada nas suas instalações do Lumiar, em Lisboa. A plataforma experimental do NZEB_LAB oferece condições únicas para desenvolver e ensaiar sistemas inovadores de energia solar para a integração nos edifícios, como: Edifício Solar XXI a Nearly Zero Energy (NZE) Living Laboratory, Laboratório de Energia Solar e Laboratório de Materiais e Revestimentos. Os principais objetivos da NZEB_LAB são desenvolver e consolidar as capacidades experimentais, o conhecimento sistemático, a investigação e inovação bem como e formar novos profissionais. No presente trabalho a equipa do projeto quer partilhar com a comunidade científica e outros stakeholders as principais atividades dos projeto, funcionamento e perspetivas futuras.