Estudo do desempenho de um módulo fotovoltaico adaptado para módulo fotovoltaico/térmico

Abstract

A quantidade de energia solar convertida em eletricidade por um sistema fotovoltaico (FV) é afetada pelas variações nos índices de irradiância e temperatura das células FVs, sendo que o aumento da temperatura das células FVs origina um efeito negativo no rendimento do módulo FV. Dessa forma, a aplicação de um sistema de resfriamento das células FVs permitirá uma melhoria de desempenho de todo o sistema FV. O presente trabalho tem como objetivo estudar o desempenho de um módulo FV transformado em um módulo solar híbrido Fotovoltaico/Térmico (FV/T), produzindo energia elétrica e térmica simultaneamente, com o intuito de estabelecer um sistema de resfriamento para as células FVs que possibilite manter a temperatura das mesmas em um valor constante ou pelo menos de mínima variação. As modificações das condições de operação, particularmente as relativas à irradiância e temperatura da célula FV, originam o deslocamento do Ponto de Máxima Potência (PMP) do sistema. No presente trabalho, o Seguimento do Ponto de Máxima Potência (SPMP) é realizado utilizando um algoritmo baseado exclusivamente em informações de temperatura da célula FV, sendo que as medições da mesma são realizadas sem o uso de sensores de temperatura. O desempenho do sistema FV/T é estudado e comparado ao de um FV convencional usando o mesmo algoritmo SPMP. Por meio de um modelo numérico é analisado o desempenho energético e as emissões CO2 dos sistemas FV e FV/T. Os resultados mostram que o sistema FV/T fornece uma maior energia global de saída, levando a uma redução nas emissões de CO2, diminuindo ao mesmo tempo a amplitude da tensão do PMP e consequentemente facilitando o SPMP.

Abstract : The amount of solar energy converted into electricity by a Photovoltaic (PV) system is affected by the variations in the incident radiation rates and the temperature of the PV cells. The increase in the temperature of the PV cells causes a negative effect on the yield of the PV module. In this way, the application of a cooling system of the PV cells will allow a performance improvement of the entire PV system. The present work aims to study the performance of a PV module transformed into a photovoltaic/thermal module (PV/T), producing electrical and thermal energy simultaneously, in order to establish a cooling system for the PV cells. Modifications of the operating conditions, particularly those related to the temperature and radiation of the PV cell, result in the displacement of the Maximum Power Point (MPP) of the system. In the present work the Maximum Power Point Tracking (MPPT) is performed using an algorithm based exclusively on PV cell temperature information and the measurements are made without the use of temperature sensors. The performance of the PV/T system is studied and compared to that of a conventional PV using the same MPPT algorithm. By means of a numerical model the energy performance and the avoided CO2 emissions of the PV and PV/T system are analyzed. The results show that the PV/T system provides greater overall output energy, leading to a higher a reduction in CO2 emissions, at the same time reducing the MPP voltage amplitude and easing the MPPT.