Modelagem e análise de um coletor fotovoltaico térmico

Abstract

O campo da energia solar tem atraído muita atenção por parte dos cientistas e engenheiros nos ultimos anos. Já que cada vez mais estão aumentando suas aplicações nas áreas térmicas e elétricas. Esta fonte alternativa pode ser considerada como uma possível solução para diminuir o consumo de combustivesis fosseis especialmente na geração de electricidade. Além disso, diversifica a matriz energética e elétrica evitando a dependência de uma única fonte de energia (hidráulica) onde sua oferta interna pode ser afetada por agentes externos difíceis de controlar. A energia solar fotovoltaica tem apresentado um crecimiento considerável (200%) nos últimos três anos na micro e minigeração distribuída do Brasil. O principal setor de aplicação da energia solar é no setor residencial, especificamente na demanda de aquecimeinto de água, calefação de espaços e geração de eletricidadade. As tecnologias usadas na transformação da energia solar em energia térmica e elétrica são os coletores solares e os módulos fotovoltaicos, respectivamente. A fim de melhorar os desempenhos dos módulos fotovoltaicos e aproveitar o ganho térmico pelo aquecimento das células fotovoltaicas, há aumentado o interesse dos pesquisadores na tecnologia híbrida fotovoltaica térmica (PV/T) já que permite a produção simultânea de energia elétrica e térmica por meio da captação de energia solar a partir de um só dispositivo, o coletor PV/T. Algumas vantagens deste tipo de sistema comparado com os sistemas de captação tradicionais (coletor solar e módulo fotovoltaico) são a diminuição de custos de instalação, o melhoramento do rendimento e o aproveitamento de espaços. No presente estudo é modelado e simulado o funcionamento de um coletor PV/T, tipo placa plana com água como fluido de trabalho. O estado do comportamento do coletor PV/T, partiu de um balanço de energia estabelecido que resulta em um sistema de equações diferenciais ordinárias de primeiro grau, não lineais, e não homogêneas consolidadas da literatura. A radiação solar incidente, e a temperatura do ar do ambiente externo foram levadas em conta no modelo e assumidas como dependentes do tempo. As equações foram discretizadas e solucionadas numericamente usando o software de simulação MATLAB. O ângulo de inclinação do coletor e o fluxo de massa são parâmetros que foram comparados para seis cidades de regiões e climas diferentes do Brasil.