Estudo teórico de um sistema híbrido fotovoltaico térmico com concentrador refletor linear Fresnel

Abstract

O Sol apresenta-se como forte candidato a ser a principal fonte renovável de energia para aproveitamento, diante da necessidade de diminuir o uso de combustíveis fósseis para produzir eletricidade e/ou calor. Nesse contexto, os sistemas híbridos fotovoltaicos térmicos com concentração solar (CPVT – Concentrating Photovoltaic Thermal) ganham interesse já que podem atender parte da demanda de energia elétrica e de calor. O estado da arte referente a CPVT apresenta um crescimento expressivo na última década, contudo ainda se observa a falta de sistemas comerciais (CPVT) de pequeno porte e questões em aberto. Em função do exposto, a presente dissertação pretende abordar algumas dessas questões por meio da análise e proposta do modelo teórico de um sistema fotovoltaico térmico com concentrador solar do tipo refletor linear Fresnel (CPVT-LFR – Concentrating Photovoltaic Thermal - Linear Fresnel Reflector), com o objetivo de avaliar a possibilidade de geração de energia elétrica por meio do uso de células fotovoltaicas de silício monocristalino, e de energia térmica através da utilização de um absorvedor de calor (receptor) utilizado como sistema ativo de refrigeração das células. Os resultados da simulação com dados reais de entrada de irradiância, temperatura ambiente, temperatura do solo e velocidade do vento coletados no dia 18 de junho de 2019 no período do dia entre as 10h e 15h na localização correspondente ao Laboratório de energia e ambiente da Universidade de Brasília, mostram que o sistema alcança uma temperatura no fluido de saída acima de 42°C atingindo um máximo de quase 52°C, e uma variação da temperatura das células entre 52 °C e 62 °C. A potência elétrica alcançada foi de 36,51W, valor muito baixo, como consequência da não uniformidade da iluminação das células, principalmente por causa das perdas de iluminação de final de linha. Observa-se que a implementação de diodos de desvio (by-pass) poderia minimizar este problema aumentando a eficiência elétrica máxima atingida do receptor de 2,28% para 7,32%.