Análise energética de um sistema de armazenamento térmico por calor sensível integrado a um coletor solar híbrido

Abstract

A energia solar e os dispositivos necessários para utilizá-la da melhor forma estão sendo intensamente estudados no meio científico, devido à escassez de outros recursos energéticos como combustíveis fósseis, e ao impacto ambiental gerado no processo de geração de algumas formas de energia. A energia solar é limpa e renovável e tem boa disponibilidade em certas regiões, com capacidade pouco explorada, como no Nordeste do Brasil. O trabalho tem o objetivo de simular e avaliar, para diferentes valores de vazão mássica de fluido de trabalho, a performance de coletores solares híbridos de placa plana e tubo associados com um termoacumulador por calor sensível localizados na cidade de Recife, a fim de entender a melhor forma de utilizar essa energia e a melhor forma de projetar os dispositivos coletores e acumuladores. Para isso, foram desenvolvidos dois modelos matemáticos que representassem o funcionamento de termoacumuladores completamente misturados e termoacumuladores com estratificação de temperatura. Foi feita a associação destes com um modelo de coletor solar híbrido. O sistema é idealizado para uso residencial, com dimensões compactas. As equações foram então solucionadas utilizando métodos iterativos de diferenças finitas no ambiente MatLab. Ambos os modelos podem entregar performances diferentes a depender da necessidade, de forma que o tanque misturado alcança melhor eficiência energética combinada enquanto o modelo estratificado garante maior qualidade de energia para consumo. A redução da vazão para os tanques estratificados garantiu uma melhor amplitude de temperatura entre o topo e base do tanque de armazenamento, porém, quando aumentada a vazão, a estratificação é destruída. Ambos os modelos apresentaram resultados similares em termos de eficiência elétrica e de resfriamento dos módulos fotovoltaicos.