Balanço de energia em painel fotovoltaico : um estudo experimental

Abstract

O uso da energia solar se mostra como uma alternativa para diminuir o consumo de combustíveis fósseis. Este trabalho tem o objetivo de realizar um balanço de energia, através dos parâmetros coletados de um aparato experimental e fazer uma análise térmica de um painel solar fotovoltaico. A importância de tal estudo reside no fato de que a eficiência de conversão de energia solar em energia elétrica é função da temperatura da célula. A metodologia é baseada na coleta de dados em um projeto experimental, em que se mediu temperaturas dos componentes do painel. Construiu-se um painel fotovoltaico onde foram instalados termopares atrás das células solares, em cima do vidro e sob o backsheet para a medição de suas temperaturas. Os demais dados foram coletados através da estação meteorológica compacta e de dois piranômetros que mediram a temperatura ambiente, a velocidade do vento, a irradiância global horizontal e a irradiância global no plano inclinado com inclinação do painel, igual a latitude de Brasília virada para o Norte. Adicionalmente, uma estação solarimétrica próxima ao local dos experimentos, onde as componentes da radiação solar, a saber, irradiância global horizontal, irradiância direta normal e irradiância difusa foram medidos. Para registrar os dados de voltagem utilizou-se um circuito resistivo ligado diretamente ao datalogger. Três dias de medições foram coletados. Com os dados foi possível estudar os mecanismos de transferência de calor que ocorrem em um painel fotovoltaico durante o seu funcionamento em dias de céu claro. Os resultados demonstraram que, termicamente, os componentes têm dinâmicas diferentes, ou seja, para a determinação mais precisa da eficiência de um painel fotovoltaico se faz necessário a modelagem térmica do painel considerando seus componentes individualmente. Outra descoberta relevante é a inabilidade das formulações conhecidas para trocas de calor por convecção em capturar os fluxos entre o painel e atmosfera. Os resultados sugerem que as discrepâncias são devidas ao fato de ser o escoamento atmosférico turbulento em diversas escalas o que não é reproduzido nos experimentos nos quais tais relações foram baseadas. Sendo assim, estudos mais específicos são necessários para construção de relações mais adequadas.