Desenvolvimento de um dissipador de calor compacto para o resfriamento de células fotovoltaicas de alta concentração (HCPV) - Arroyave Ortegón, Jorge Andrés (2018)
A energia solar pode ser aproveitada como fonte de energia térmica para aquecimento de água, por exemplo, em coletores solares ou como fonte de energia elétrica usando sistemas de células fotovoltaicas. Entretanto, as células fotovoltaicas, geralmente, de custos relativamente altos, têm algumas restrições relacionadas a altas temperaturas de operação e distribuições de temperatura não homogêneas levando a redução da vida útil e eficiência elétrica de tais sistemas. Essas limitações têm sido o foco de pesquisas, a fim de melhorar as eficiências elétricas, regular as temperaturas de operação e reduzir os materiais necessários para fabricação das células. Assim, este projeto de pesquisa tem como objetivo avaliar o desempenho de um dissipador de calor, baseado em microcanais retangulares paralelos, no resfriamento de uma célula fotovoltaica de alta concentração (HCPV-High Concentration Photovoltaic Cell), utilizando-se de análise teórica (modelo térmico), simulação numérica (usando o software comercial CFD ANSYS® Fluent v15) e de uma bancada experimental. Neste trabalho, foram consideradas as condições de máxima radiação (denominado de pior cenário, quando a célula não gera eletricidade e todo o calor deve ser dissipado) e de radiação média ao longo do período considerado. Os dados climatológicos foram obtidos do site Canal Clima - UNESP, com dados historicos do clima na região noroeste paulista. Foi realizada uma revisão do estado da arte a fim de compreender como os sistemas de geração elétrica fotovoltaica podem ser otimizados pelo uso de concentradores solares e materiais mais eficientes (células de junção-múltipla). A influência da temperatura nestes sistemas e como sistemas de resfriamento podem melhorar seu desempenho também foram analisados. Uma bancada experimental permitiu validar os resultados teóricos e numéricos obtidos. Comprovou-se que o uso de dissipador de calor baseado em microcanais pode permitir um controle efetivo da temperatura da célula HCPV, melhorando sua eficiência de conversão de energia solar em energia elétrica. O dissipador de calor foi avaliado sob condições de fluxo de calor constante, variando-se a velocidade mássica, G, no intervalo de 300 kg/m2s a 1500 kg/m2s. Assim, foi possível manter a superfície da célula a uma temperatura de 40°C, aproximadamente, para uma queda de pressão de, em média, 6 kPa. Os resultados das três análises apresentaram comportamentos similares e a concordância entre eles foi razoável, considerando as limitações de cada abordagem.