Energy pay-back time analysis of solar energy systems; photovoltaics and solar collectors

Abstract

Solar energy technologies are increasingly being considered in providing efficient energy solutions for a wide variety of applications to generate electricity and heat. High rewarding rates at different levels were registered for both solar energy systems; solar thermal systems (ST) and photovoltaics (PV). The exploitation of the solar energy is dependent on the resource availability and local conditions in each region. Therefore, this paper presents a study conducted in the city of Guimarães in north Portugal. It aims at evaluating the energy efficiency of various types of both PV and ST systems existing in the market. The study carries out a comparative analysis of both photovoltaic modules and solar thermal collectors, as systems that are usually implemented to cogenerate the energy demand for electricity and sanitary hot water respectively at a domestic scale. The embodied energy in both systems and their components will be estimated basing on literature review and following the model ?from cradle to gate? that considers the life-cycle phases during the manufacturing process. The produced energy by each of the systems will be estimated in this study using the simulation Portuguese software SCE.ER. The results show the estimated values of energy pay-back time of each of the examined photovoltaics and solar collectors systems.

Las tecnologías de energía solar se están considerando cada vez más en el suministro de soluciones energéticas eficientes para una amplia variedad de aplicaciones para generar electricidad y calor. Se registraron altas tasas de recompensa en diferentes niveles para ambos sistemas de energía solar; Sistemas solares térmicos (ST) y fotovoltaicos (FV). La explotación de la energía solar depende de la disponibilidad de recursos y las condiciones locales en cada región. Por lo tanto, este documento presenta un estudio realizado en la ciudad de Guimarães, en el norte de Portugal. Su objetivo es evaluar la eficiencia energética de varios tipos de ambos sistemas FV y ST existentes en el mercado. El estudio realiza un análisis comparativo tanto de los módulos fotovoltaicos como de los colectores solares térmicos, como sistemas que normalmente se implementan para generar energía eléctrica y agua caliente sanitaria, respectivamente, a una escala doméstica. La energía incorporada en ambos sistemas y sus componentes se estimará basándose a la revisión literaria y siguiendo el modelo "de la cuna a la puerta" que considera las fases del ciclo de vida durante el proceso de fabricación. La energía producida por cada uno de los sistemas se estimará en este estudio utilizando el software de simulación portugués SCE.ER. Los resultados muestran los valores estimados del tiempo de recuperación de energía de cada uno de los sistemas examinados de los colectores solares y fotovoltaicos.