Fyzzy controller for optimization of water heating systems with solar collectors

Abstract

Os sistemas de aquecimento solar disponíveis comercialmente, embora proporcionem boa economia de energia elétrica, não apresentam bom desempenho em dias com baixa radiação, pois o boiler é automaticamente preenchido com água fria toda vez que ocorre consumo de água quente. Neste trabalho é proposto e estudado um sistema de aquecimento solar que é otimizado para proporcionar uma mínima utilização da energia elétrica no auxílio ao aquecimento de água. Um controlador fuzzy analisa a intensidade da radiação solar, a temperatura da água dentro do boiler, a quantidade de água dentro do boiler e controla a entrada de água fria no boiler, otimizando o sistema. Foram modelados dois sistemas de aquecimento: um convencional e este sistema com o controlador fuzzy; e, através de simulações, suas eficiências foram comparadas. Os resultados obtidos em simulação mostram que o sistema proposto com controlador fuzzy apresenta eficiência superior aos sistemas convencionais. Para um período de três dias de inverno, com baixa radiação solar, o sistema convencional consumiu uma energia elétrica de 10,08 kWh enquanto que o sistema proposto consumiu apenas 1,86 kWhAlthough significant savings in electrical energy are achieved with commercially available solar water heaters, they do not present a good performance in days that the radiation is not good, because the boiler is filled with cold water whenever the hot water is used. In this work, a new solar heating system, which minimizes the use of electrical energy, is proposed. The proposed system uses a fuzzy controller that analyzes the intensity of solar radiation, the temperature of the water inside the boiler and the volume of water inside the boiler, to actuate on a On/Off valve which controls the boiler's input of cold water. Two solar heating systems were modeled: a conventional system and the new proposed system with the fuzzy controller; and their efficiencies were compared using computer simulations. The obtained results show that the proposed system with the fuzzy controller presents a much higher performance when compared to the traditional system. Simulation results indicate that for a three winter days period, with low intensity solar radiation, the conventional system consumed 10.08 kwh of electrical energy while the proposed system needed only 1.86 kwh to achieve the same performanc