Avaliação da energia esperada de sistemas fotovoltaicos integrados em edificações (BIPV): Estudo de caso laboratório fotovoltaica-UFSC

Abstract

Este tem como objetivo principal avaliar o desempenho energético de um sistema fotovoltaico (FV) integrado em edificações (BIPV) instalado no Laboratório Fotovoltaica da Universidade Federal de Santa Catarina (FV UFSC). O estudo se concentra em como a variabilidade da irradiância solar influencia a geração de energia elétrica considerando as diferentes orientações das faces da edificação. O Brasil, com seu grande potencial de irradiação solar, mostra-se como um ator importante nesse contexto. A metodologia utilizada se baseia em simulações computacionais realizadas com o software PVsyst, utilizando dados meteorológicos da NASA. Foram simulados sistemas fotovoltaicos instalados em diferentes faces do edifício, com diferentes inclinações e orientações, além de um sistema com rastreador solar de um eixo para fins de comparação. Os resultados demonstram que o sistema BIPV, mesmo com faces em diferentes orientações, apresenta um bom desempenho energético. A face leste se destaca com a maior geração individual. A face norte, apesar de sua orientação favorável, sofre com o sombreamento do edifício, limitando sua produção. As análises de irradiância incidente revelaram uma grande variabilidade sazonal, com maior produção de energia durante o verão e menor durante o inverno. A comparação com o sistema de rastreamento solar demonstrou que, embora o rastreador apresente maior eficiência na captação de energia ao longo do dia, o sistema BIPV, combinado com o plano inclinado, permite um aproveitamento mais prolongado da irradiação solar, especialmente no início e no final do dia. No entanto, para obter uma curva de geração similar à do rastreador, o sistema BIPV necessitou de 2,65 vezes mais módulos. O estudo conclui que sistemas BIPV, apesar de apresentarem menor eficiência em comparação aos sistemas com rastreamento solar, são uma alternativa viável para a geração de energia elétrica em edificações, contribuindo para a sustentabilidade e a diversificação da matriz energética.

The main objective of this study is to evaluate the energy performance of a building-integrated photovoltaic (BIPV) system installed at the Photovoltaic Laboratory of the Federal University of Santa Catarina (FV UFSC). The study focuses on how the variability of solar irradiance influences the generation of electricity considering the different orientations of the building faces. Brazil, with its great potential for solar irradiation, is an important player in this context. The methodology used is based on computer simulations carried out with PVsyst software, using meteorological data from NASA. Photovoltaic systems installed on different sides of the building were simulated, with different inclinations and orientations, as well as a system with a single-axis solar tracker for comparison purposes. The results show that the BIPV system, even with faces in different orientations, has good energy performance. The east face stands out with the highest individual generation. The north face, despite its favorable orientation, suffers from the shading of the building, limiting its production. Analyses of incident irradiance revealed great seasonal variability, with higher energy production during the summer and lower during the winter. The comparison with the solar tracking system showed that, although the tracker is more efficient at capturing energy throughout the day, the BIPV system, combined with the inclined plane, allows for longer use of solar irradiation, especially at the beginning and end of the day. However, to obtain a generation curve similar to that of the tracker, the BIPV system required 2.65 times more modules. The study concludes that BIPV systems, although less efficient than solar tracking systems, are a viable alternative for generating electricity in buildings, contributing to sustainability and diversification of the energy matrix.