Eficiência energética por meio da integração de painéis fotovoltaicos em fachadas verticais : um estudo de caso

Abstract

Este trabalho analisa o desempenho termoenergético de um sistema fotovoltaico instalado em uma fachada em Porto Alegre (RS), focando na ventilação natural em cavidades de ar entre o painel e a parede. A pesquisa combina simulações anuais elétricas, no System Advisor Model (SAM), com simulações CFD tridimensionais (ANSYS/Fluent). Foram selecionados quatro dias representativos (o mais quente, o mais frio, o de maior geração e o de menor geração anual) com base em dados horários do SAM. Para cada cenário, modelou-se a cavidade com profundidades de 100 mm, 200 mm e 300 mm, avaliando a distribuição de temperatura e fluxo de calor no arranjo. Os resultados mostram que a ventilação natural na cavidade reduz significativamente a temperatura da célula fotovoltaica e melhora a geração elétrica em climas subtropicais. O estudo quantifica ganhos de eficiência por aumento da área de ventilação e destaca limitações quando o canal é muito estreito ou muito profundo. Conclui-se que sistemas BIPV com cavidade ventilada apresentam desempenho superior aos sistemas convencionais fixados diretamente em fachada. Esses achados reforçam a viabilidade de soluções passivas (canais de ar) para incrementar a eficiência de edifícios solares quase nulos de energia.

This undergraduate thesis evaluates the thermoelectric performance of a photovoltaic façade system in a residential building in Porto Alegre, Brazil, focusing on natural convective cooling via an air gap between panel and wall. The study combines annual electrical simulations, using System Advisor Model, with 3D CFD thermal simulations (ANSYS/Fluent). Four representative days were selected (hottest, coldest, highest and lowest annual PV output) based on SAM hourly data. For each scenario, air cavities of 100 mm, 200 mm, and 300 mm depth were modeled to analyze temperature distribution and heat flux in the PV array. Results show that natural ventilation in the cavity substantially reduces cell temperature and increases electricity yield in subtropical climates. The research quantifies efficiency gains from larger ventilation area and identifies limitations for very narrow or excessively deep channels. It concludes that building integrated PV systems with ventilated cavities outperform conventional façade-mounted PV. These findings support passive ventilation as a viable strategy to enhance the efficiency of nearly-zero-energy buildings.