Análise comparativa entre módulos fotovoltaicos padrão e híbrido tipo PVT

Abstract

Sistemas que utilizam energia solar podem fornecer calor e eletricidade. Os coletores solares térmicos são utilizados para o aquecimento de fluidos e os módulos fotovoltaicos para a geração de eletricidade. Contudo, nos últimos anos, os módulos híbridos fotovoltaicos, ou módulos PVT (photovoltaic thermal), que combinam um módulo fotovoltaico e um coletor solar térmico em uma única estrutura, começam a ganhar destaque na literatura especializada. Isto porque este tipo de módulo propicia a associação dos dois processos, influenciando positivamente na efici-ência da conversão elétrica da radiação solar incidente através da diminuição da temperatura do módulo. Não obstante, neste tipo de dispositivo destacam-se as seguintes vantagens: aproveita-mento dos espaços disponíveis para a instalação e a utilização do calor gerado pelo módulo no aquecimento, ou pré-aquecimento, de um fluido. O Laboratório de Energia Solar da UFRGS, LabSol, possui uma bancada própria para a realização de testes tanto de módulos fotovoltaicos, quanto de coletores solares térmicos. Assim, o objetivo principal dessa dissertação é fazer a avaliação de desempenho na conversão de eletricidade de um módulo fotovoltaico padrão e de um módulo PVT. Com relação ao fabricante, à dimensão e às propriedades elétricas, ambos os módulos são iguais. Entretanto, em um deles, é acoplado um conjunto de serpentinas, de ma-neira a caracterizar um módulo PVT. Num segundo momento, os dados experimentais desse módulo são comparados aos dados simulados no software TRNSYS (Transient Simulation Sys-tem). Embora o módulo PVT utilizado e módulo PVT simulado não sejam iguais, o objetivo é avaliar qualitativamente o comportamento de ambos. Busca-se, assim, determinar se o modelo do software pode ser utilizado para fins de previsão do comportamento térmico e elétrico do módulo PVT. Os resultados obtidos estão de acordo com o esperado, visto que na análise ex-perimental a temperatura do módulo PVT foi inferior à temperatura do módulo PV padrão, ou seja, a eficiência do módulo PVT é superior. Com relação aos dados da simulação, o desvio relativo para a temperatura média de saída da água do módulo PVT, em comparação aos dados medidos, é de 2,98%. Com relação à máxima potência, o desvio relativo foi de 4,30%.

Systems that use solar energy can provide heat and electricity. Solar thermal collectors are used for fluids heating and photovoltaic modules for electricity generation of. However, in recent years, photovoltaic hybrid modules, or PVT (photovoltaic thermal) modules, which combine a photovoltaic module and a solar thermal collector into a single structure, are beginning to gain prominence in the specialized literature. This is because its favors the association of two pro-cesses, positively influencing the efficiency of the electric conversion of the incident solar ra-diation through the decrease of the module temperature. Nevertheless, this device has the fol-lowing advantages: provision of the spaces available for installation and the use of the heat generated by the module in the heating or preheating of a fluid. The Solar Energy Laboratory of UFRGS, LabSol, has its own bench for testing both photovoltaic modules and solar thermal collectors. Thus, the main objective of this dissertation is to perform the performance evaluation in the conversion of electricity from a standard photovoltaic module and a PVT module. Re-garding the manufacturer, size and electrical properties, both modules are the same. However, in one of them, a set of coils is coupled, so as to characterize a PVT module. In a second mo-ment, the experimental data of this module are compared to the simulated data in the software TRNSYS (Transient Simulation System). Although the PVT module used and the simulated PVT module are not the same, the objective is to qualitatively evaluate the behavior of both. The aim is to determine whether the software model can be used for predicting the thermal and electrical behavior of the PVT module. The results obtained are in agreement with the expecta-tions, since in the experimental analysis the temperature of the PVT module was lower than the temperature of the standard PV module, i.e., the efficiency of the PVT module is higher. Re-garding the simulation data, the relative deviation for the mean water outlet temperature of the PVT module, compared to the measured data, is 2.98%. Regarding the maximum power, the relative deviance was 4.30%.