Projeto de um painel solar híbrido

Abstract

Como uma fonte abundante, limpa e inesgotável, a energia solar tem se apresentado como uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis. A energia solar pode ser transformada em energia elétrica e térmica (entre outras), sendo a energia elétrica gerada em módulos fotovoltaicos e a energia térmica gerada em coletores heliotérmicos. Na conversão para energia elétrica, os módulos fotovoltaicos possuem seus desempenhos afetados pelo o aumento de temperatura da célula, que é prejudicial para a potência líquida gerada e a eficiência elétrica do módulo. Este trabalho apresenta uma proposta para aumento da eficiência de sistemas fotovoltaicos pelo aproveitamento da energia térmica, captando parte do calor gerado no módulo fotovoltaico por meio de um trocador de calor, reduz-se a temperatura da célula fotovoltaica e o calor é utilizado para aquecimento de água. Essa topologia híbrida é chamada de PV/T. Para alcançar esses objetivos, foram selecionados os materiais do sistema, sendo o material do trocador de calor definido pelos métodos de índice de mérito e lógica digital, escolhendo os materiais técnica e economicamente mais atrativos. Em seguida, o sistema híbrido foi modelado como um conjunto de resistências térmicas. A partir da modelagem, simulações iniciais dos parâmetros operacionais foram conduzidas e os valores fixos dos parâmetros operacionais do sistema foram definidos. Os materiais selecionados para compor o sistema foram o vidro, EVA, células fotovoltaicas, tedlar e ligas de alumínio para o trocador de calor. A geometria definida para o trocador de calor foi a de fluxos diretos, sendo relativamente eficiente e mais fácil de ser fabricada. Com base na simulação utilizando os dados meteorológicos reais, verificou-se que o aumento da eficiência elétrica ao longo do dia foi de apenas 0,14%, entretanto, foi constatado que a principal vantagem do sistema híbrido é o aproveitamento térmico para o aquecimento de água, visto que o rendimento térmico médio durante o dia foi de cerca de 16,513% e a temperatura da água se manteve acima de 30°C durante todo o dia, considerando as condições de simulação. Ademais, constatou-se que o rendimento global do sistema foi de 29,063%, possuindo uma energia disponível cerca de 131,91% maior que um sistema fotovoltaico convencional.