Equipa da Universidade do Catar otimiza design de estufa fotovoltaica semitransparente e aumenta produção de energia em 20,1%

De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipa de investigação liderada por cientistas da Universidade do Catar (Qatar University), com a participação da Universidade BRAC (BRAC University) do Bangladesh e da Universidade Marítima de Xangai (Shanghai Maritime University) da China, propôs uma nova configuração geométrica para estufas fotovoltaicas semitransparentes (STPV). A nova configuração permite obter maior geração de eletricidade sem alterar a área total ocupada pela estufa nem a área de cobertura fotovoltaica.

A abordagem de design consiste em concentrar uma maior proporção da superfície STPV no telhado orientado a sul e nas paredes verticais, em correspondência com as condições climáticas locais do Catar. O estudo definiu quatro configurações comuns de estufa como referência — de vão igual (even-span), de vão desigual (uneven-span), tipo vinha (vinery) e arco modificado (modified-arch) — todas modeladas com o mesmo módulo fotovoltaico semitransparente bifacial de vidro duplo de 280 W_p. Cada estufa ocupa uma área de 24 m², com uma área efetiva instalada de STPV de 71 m².

Os investigadores realizaram primeiro uma avaliação de referência das quatro configurações tradicionais com parâmetros geométricos fixos, comparando-as com a forma inicial da nova configuração; em seguida, introduziram o algoritmo de otimização por mapeamento de média-variância melhorado (IMVMO) para otimizar a nova configuração. Este algoritmo pertence aos métodos de otimização meta-heurísticos, podendo utilizar o comprimento, a largura, a altura máxima da estufa, bem como os ângulos de inclinação do telhado e das paredes, como parâmetros de ajuste, com o objetivo de maximizar a geração anual de energia. Em comparação com o algoritmo de otimização por mapeamento de média-variância (MVMO), o IMVMO acrescenta mecanismos para evitar convergência prematura e aprisionamento em ótimos locais, de modo a melhorar a robustez na resolução de problemas de otimização complexos.

Na comparação da geração de energia, a nova configuração, sob as mesmas restrições de área ocupada e área STPV, supera as quatro configurações tradicionais com especificações idênticas: o ganho energético relativo à configuração tipo vinha é de 56,86%, relativo às configurações de vão igual e arco modificado é de 25,14% e 24,60%, respetivamente, e relativo à configuração de vão desigual é de 6,03%. Em termos da composição da geração, na nova configuração, as paredes verticais contribuem com 7.518,3 kWh, enquanto a parte do telhado contribui com 5.493,5 kWh. Antes da otimização de parâmetros, a estufa foi definida com 6 metros de comprimento, 4 metros de largura, altura máxima de 3 metros e ângulo de inclinação do telhado de 50 graus; após a otimização com IMVMO, as dimensões geométricas foram ajustadas para 4 m × 6 m, altura máxima de 2,5 metros e ângulo de inclinação do telhado de 26 graus, resultando num aumento de 20,1% na geração anual de energia em comparação com o período anterior à otimização.

A equipa de investigação salientou na secção de conclusão do artigo que este método de otimização demonstra o papel importante da seleção estratégica de parâmetros no design de estufas energeticamente eficientes, e os resultados da investigação fornecem também uma referência de valor prático para a integração de soluções de energia renovável na agricultura moderna. O artigo relacionado foi publicado na Energy Reports sob o título "Optimizing semi-transparent PV-integrated greenhouse: A novel design for enhanced solar energy harvesting".