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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Análise do desempenho elétrico de um gerador fotovoltaico com o auxílio da tecnologia PVT
metadata.dc.creator: Guerra, Maria Izabel da Silva
metadata.dc.contributor.advisor1: Ferreira, João Marcelo Dias
metadata.dc.contributor.advisor2: Oliveira, Kleber Carneiro de
metadata.dc.description.resumo: A tecnologia fotovoltaica para geração de energia elétrica ainda apresenta elevado custo de investimento e, devido à sua relativamente baixa eficiência, o mercado ainda é, por vezes, restrito e pouco atrativo. A irradiância solar e a temperatura de superfície da célula são os dois principais fatores que influenciam a produção de eletricidade da célula fotovoltaica. Enquanto o aumento da irradiância solar eleva a produção de potência elétrica, o aumento da temperatura reduz a geração de energia. Então, uma maneira de tornar essa tecnologia mais interessante é realizar o arrefecimento da célula fotovoltaica por meio da tecnologia híbrida fotovoltaica e térmica, que permite converter simultaneamente a energia solar disponível em eletricidade e calor. Pensando nisso, a presente pesquisa teve por objetivo ensaiar e analisar o desempenho elétrico de um gerador fotovoltaico comercial com adaptações que permitiram o acoplamento de um sistema de arrefecimento com água e compará-lo ao desempenho de um gerador fotovoltaico comercial sem sistema de resfriamento. Adicionalmente, para auxiliar na análise e discussão dos resultados e estimar o comportamento de um gerador fotovoltaico, com uma ou mais células solares, foram elaborados dois modelos térmicos, para a análise da presença do sistema de arrefecimento. Os modelos térmicos foram então simulados com o auxílio do software Matlab®. A partir dos resultados obtidos em simulação, verificou-se que para os níveis de irradiância de 1000W/m² e temperatura ambiente de 30°C, a temperatura de uma célula fotovoltaica de silício cristalino, com potência nominal de 4,58Wp (nas condições de teste padrão STC 1000W/m² e 25°C), sem sistema de arrefecimento, aumentaria para aproximadamente 71°C, o que corresponde a uma potência elétrica de 3,654W e um rendimento elétrico de 15%, ao passo que, com o sistema de arrefecimento acoplado à célula solar com água à 30°C como fluido resfriador, a temperatura de superfície da célula reduziria para aproximadamente 32°C, permitindo uma produção de 4,414W de potência e um rendimento elétrico superior a 18%. Em seguida, ao ensaiar o protótipo confeccionado, foi medida, por meio de um sensor, uma temperatura de aproximadamente 65°C para o sistema composto apenas pela célula FV, o que mostra um erro de 8,7% entre a temperatura estimada na simulação e aquela medida no ensaio do protótipo. A partir da temperatura de superfície medida, estimou-se uma potência de 3,762W produzida pela célula solar e um rendimento de 15,46%. Nos testes realizados no protótipo com sistema de arrefecimento, a temperatura verificada foi de aproximadamente 32°C, ou seja, um erro de 20% quando comparado com a simulação, mas que garante uma potência de 4,257W e um rendimento elétrico de 17,5%. Ao final do estudo, foi possível observar que a tecnologia híbrida PVT é promissora, visto que a célula fotovoltaica, graças às suas características térmicas, consegue facilmente ser arrefecida pela água ao longo de tubos de cobre acoplados a sua face posterior.
Abstract: Photovoltaic technology for electric power generation still presents a high investment cost and, due to its relatively low efficiency, the market is sometimes restricted and unattractive. The solar irradiance and the cell surface temperature are the two main factors that influence in the electricity production of the photovoltaic cell. While increased solar irradiance raises the production of electrical power, the increase in temperature reduces the generation of energy. So, a way to make this technology more interesting is to perform the cooling of the photovoltaic cell by means of photovoltaic and thermal hybrid technology, which allows to simultaneously convert the available solar energy into both electricity and heat. Thinking about that, the present research aimed to test and analyze the electric performance of a commercial photovoltaic generator with some adaptations that allowed the coupling of a cooling system with water, and to compare it with the performance of a commercial photovoltaic generator without a cooling system. In addition, to support the analysis and discussion of the results and to estimate the behavior of a photovoltaic generator with one or more solar cells, two thermal models were developed to analyze the presence of the cooling system. The thermal models were simulated with the aid of Matlab® software. From the results obtained in the simulation, it was verified that: for irradiance levels of 1000W/m² and the ambient temperature of 30°C, without the cooling system, the temperature of a crystalline silicon photovoltaic cell with a nominal power of 4,58Wp (the Standard Test Conditions 1000W/m² and 25°C) would increase to approximately 71°C, which corresponds to an electric power of 3,654W and an electric efficiency of 15%. However, with the cooling system coupled to the solar cell with water at 30°C, as the cooling fluid, the cell surface temperature would reduce to approximately 32°C, allowing a production of 4,414W of power and an electric efficiency over 18%. When testing the made prototype, a temperature of approximately 65°C for the system composed only of the PV cell was measured using a sensor, which shows an error of 8,7% between the estimated temperature in the simulation and that measure in the prototype test. From the measured surface temperature, a power of 3,762 W produced by the solar cell and an electrical efficiency of 15,46% were estimated. In the tests performed on the prototype with a cooling system, the temperature verified was approximately 32°C, that is, a 20% error when compared to the simulation, but that provides a power of 4,257W and an electric efficiency of 17,5%. At the end of this study, it was possible to observe that the PVT hybrid technology is promising, since the photovoltaic cell, thanks to its thermal characteristics, can easily be cooled by water along copper tubes coupled to its posterior face.
Keywords: Sistema Híbrido PVT
Célula Fotovoltaica
Irradiância Solar
Arrefecimento
PVT Hybrid System
Photovoltaic Cell
Solar Irradiance
Cooling
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal da Paraíba
metadata.dc.publisher.initials: UFPB
metadata.dc.publisher.department: Engenharias Renováveis
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/11644
Issue Date: 2-Dec-2016
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