Termorregulação de módulos fotovoltaicos: validação numérica de um sistema PV/BioPCM - Marson, Vinicius [UNESP] (2025)
A operação eficiente de painéis fotovoltaicos (photovoltaics, PVs) é essencial para maximizar a conversão de energia e o desempenho geral do sistema. No entanto, os painéis são altamente sensíveis às variações de temperatura, o que pode afetar significativamente a produção de energia elétrica e a vida útil do sistema. Para mitigar esse problema, a integração de materiais de mudança de fase (Phase Change Materials,PCMs), especialmente os de base biológica (bioPCMs), em painéis fotovoltaicos tem emergido como uma solução promissora para a regulação térmica. Neste estudo, dois modelos numéricos transitórios de dinâmica dos fluidos computacional (Computational Fluid Dynamics, CFD) foram propostos para prever o desempenho térmico de painéis fotovoltaicos. O primeiro modelo considera o painel sem sistema de resfriamento, enquanto o segundo avalia um sistema que combina o painel com um PCM de base biológica. Ambos os modelos, embora desenvolvidos em softwares diferentes, são baseados nas equações governantes de mecânica dos fluidos para transferência de calor e levam em conta condições ambientais transitórias, como temperatura ambiente, irradiação solar e velocidade do vento. A validação dos modelos foi realizada com base em dados experimentais, obtendo precisões médias e 93,5% e 96% na previsão das temperaturas médias do painel ao longo do dia para os modelos sem e com PCM, respectivamente. Além disso, foi realizada uma análise de sensibilidade sobre o impacto do cálculo do escoamento de ar no entorno do painel. A análise revelou uma diferença de apenas 2,4% na temperatura do painel entre os modelos que consideram ou desconsideram o escoamento de ar, indicando que o uso de equações empíricas para a troca de calor convectiva é mais vantajoso, dada a significativa redução no custo computacional. Por fim, o modelo desenvolvido foi aplicado para avaliar a viabilidade de bioPCMs sob condições reais. Considerando o clima de Aparecida do Taboado, MS, Brasil, em 08/12/2021, dois bioPCMs foram analisados: ácido láurico (LA) e a mistura eutética de ácido láurico e ácido palmítico (LA:PA), de composição mássica 69:31. Os resultados indicaram reduções na temperatura máxima do painel de 3,4 °C e 11,2 °C para os bioPCMs LA e LA:PA, respectivamente, resultando em um aumento esperado de até 2,5% na energia elétrica gerada ao longo do dia, em comparação ao painel sem resfriamento.