DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO PARA DIMENSIONAMENTO DE PV/T CONFORME PERFIL DE CONSUMO ENERGÉTICO DE UMA EDIFICAÇÃO RESIDENCIAL

Abstract

O sistema fotovoltaico híbrido (PV/T, do inglês photovoltaic/thermal) consiste em uma versão aprimorada dos sistemas fotovoltaicos (PV) tradicionais. O PV/T é utilizado para aproveitar a energia solar dissipada em forma de calor pelo módulo fotovoltaico, contendo um trocador de calor abaixo do painel, cuja finalidade é captar parte da energia solar dissipada em forma de calor e aquecer um fluido de trabalho. O dispositivo apresenta como principal vantagem o aproveitamento da energia térmica para aplicações de baixa temperatura, além do fato da redução de temperatura de operação da célula ocasionar aumento da sua vida útil e da eficiência elétrica do sistema. Neste trabalho, propõe-se o desenvolvimento de uma metodologia de dimensionamento para os sistemas PV/Ts, de modo a definir a quantidade mínima de módulos PV convencionais, módulos PV/T e o volume do boiler necessário para garantir suprimento de energia elétrica e térmica para uma residência, além do bom desempenho do gerador. Para auxiliar no dimensionamento, foi desenvolvida uma modelagem térmica do sistema completo (módulo PV/T + boiler) por meio do método de resistências térmicas, a fim de definir a temperatura, a transferência de calor e as eficiências do sistema como um todo. O equacionamento foi resolvido computacionalmente observando a resposta do sistema às mudanças aplicadas. Com base no dimensionamento proposto, obtiveram-se resultados satisfatórios para os diferentes casos avaliados, onde se encontrou a quantidade de módulos fotovoltaicos (PVs+PV/Ts) necessários para suprir a demanda térmica e elétrica da residência. Conclui-se que o desempenho do sistema projetado conforme o método proposto apresenta-se satisfatório para os climas de inverno e de verão. Essa avaliação foi realizada observando-se a temperatura da água armazenada no boiler e a potência elétrica gerada pelos sistemas fotovoltaicos na simulação computacional. Além disso, foi verificado que para o dimensionamento do sistema térmico, quantidade de módulos PV/T e volume do boiler, devem-se utilizar como dados de entrada as condições climáticas do inverno, período mais crítico de captação de energia térmica. Palavras-chave: Painéis Solares Híbridos, Eficiência Energética, Transferência de Calor, Metodologia de Dimensionamento.

O sistema fotovoltaico híbrido (PV/T, do inglês photovoltaic/thermal) consiste em uma versão aprimorada dos sistemas fotovoltaicos (PV) tradicionais. O PV/T é utilizado para aproveitar a energia solar dissipada em forma de calor pelo módulo fotovoltaico, contendo um trocador de calor abaixo do painel, cuja finalidade é captar parte da energia solar dissipada em forma de calor e aquecer um fluido de trabalho. O dispositivo apresenta como principal vantagem o aproveitamento da energia térmica para aplicações de baixa temperatura, além do fato da redução de temperatura de operação da célula ocasionar aumento da sua vida útil e da eficiência elétrica do sistema. Neste trabalho, propõe-se o desenvolvimento de uma metodologia de dimensionamento para os sistemas PV/Ts, de modo a definir a quantidade mínima de módulos PV convencionais, módulos PV/T e o volume do boiler necessário para garantir suprimento de energia elétrica e térmica para uma residência, além do bom desempenho do gerador. Para auxiliar no dimensionamento, foi desenvolvida uma modelagem térmica do sistema completo (módulo PV/T + boiler) por meio do método de resistências térmicas, a fim de definir a temperatura, a transferência de calor e as eficiências do sistema como um todo. O equacionamento foi resolvido computacionalmente observando a resposta do sistema às mudanças aplicadas. Com base no dimensionamento proposto, obtiveram-se resultados satisfatórios para os diferentes casos avaliados, onde se encontrou a quantidade de módulos fotovoltaicos (PVs+PV/Ts) necessários para suprir a demanda térmica e elétrica da residência. Conclui-se que o desempenho do sistema projetado conforme o método proposto apresenta-se satisfatório para os climas de inverno e de verão. Essa avaliação foi realizada observando-se a temperatura da água armazenada no boiler e a potência elétrica gerada pelos sistemas fotovoltaicos na simulação computacional. Além disso, foi verificado que para o dimensionamento do sistema térmico, quantidade de módulos PV/T e volume do boiler, devem-se utilizar como dados de entrada as condições climáticas do inverno, período mais crítico de captação de energia térmica. Palavras-chave: Painéis Solares Híbridos, Eficiência Energética, Transferência de Calor, Metodologia de Dimensionamento.