Modelagem, simulação e desenvolvimento de protótipos de árvore solar fotovoltaica

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Bem, Leandro Gonçalves de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; Engenharia Agrícola
• Palavras-chave em Português: Energia - Fontes alternativas; Geração de energia fotovoltaica; Geração de energia elétrica; Energização Rural
• Link de acesso: https://locus.ufv.br//handle/123456789/30538; https://doi.org/10.47328/ufvbbt.2022.039

A energia solar fotovoltaica vem se destacando no contexto atual de geração de energia elétrica. Isso tem ocorrido, principalmente, em razão da crescente demanda da sociedade por energia, da busca pela diminuição dos impactos ambientais e da redução dos custos diretos e indiretos associados a essa tecnologia. Entretanto, para se instalar um sistema fotovoltaico plano e fixo, necessita-se de uma área livre de sombreamento. Esta, por sua vez, vem se tornando cada vez mais escassa, especialmente no meio urbano. Assim, introduz-se o conceito de árvore solar fotovoltaica, no qual geradores fotovoltaicos, em analogia às folhas de uma árvore, são posicionados em uma estrutura vertical similar à um tronco. Essa proposta de sistema fotovoltaico no formato de uma árvore busca a geração de energia elétrica em uma área ocupada reduzida, além de poder apresentar uma estética mais agradável e possibilitar um uso múltiplo do local. Desta forma, esta pesquisa buscou ampliar as discussões acerca desse tipo de sistema, apresentando uma revisão sobre árvore solar fotovoltaica com foco em modelagem, simulação, topologia, orientação dos geradores fotovoltaicos, características construtivas, rastreamento solar, área ocupada e uso múltiplo. As modelagens e simulações foram realizadas, considerando o sombreamento gerado entre células fotovoltaicas, para dois modelos de árvores, espiralada e conífera, de modo a determinar a radiação solar incidente nas células fotovoltaicas e, consequentemente, a melhor orientação para cada uma. Dentre os melhores resultados das simulações de árvore solar se destaca o modelo espiralado de 61 células que mostrou ser até 293,55% mais eficiente em termos de radiação solar incidente por unidade de área, do que o sistema plano e fixo de mesma área ocupada. Em seguida, foram projetados e construídos protótipos de árvores solares fotovoltaicas com o intuito de validar as simulações. Concluiu-se que o modelo de árvore solar espiralada tende a ser melhor quando o objetivo é maximizar o ganho de energia por área, enquanto a conífera se destacou por apresentar menores perdas de radiação solar por sombreamento, quando comparada com as árvores de modelo espiralada. Porém, ao comparar os protótipos de árvores solares com o de um sistema fotovoltaico plano e fixo, foi verificado que este último foi o mais eficiente na geração de energia elétrica estimada por célula fotovoltaica. Os resultados experimentais corroboraram os simulados na sua tendência em apontar quais foram os protótipos mais eficientes, mas não em termos de valores numéricos. Frisando-se que os resultados experimentais se referem a cálculos de estimativas feitas da geração de energia elétrica, a partir de valores medidos, e os valores simulados foram feitos para radiação solar anual incidente nos geradores das árvores. Palavras-chave: Energia renovável. Orientação de geradores fotovoltaicos. Uso múltiplo de sistemas fotovoltaicos. Geração de energia elétrica.