Equipe da Arábia Saudita e da Argélia propõe novo sistema fotovoltaico-térmico

De acordo com pt.wedoany.com-Em 30 de outubro, pesquisadores da Arábia Saudita e da Argélia propuseram um sistema fotovoltaico-térmico (PVT) que combina canais de ar escalonados com aletas perfuradas em forma de V, melhorando a dissipação de calor dos módulos fotovoltaicos por meio da otimização do canal de fluxo de ar na parte traseira dos módulos e da estrutura de dissipação térmica, sem necessidade de equipamentos de potência externa, como ventiladores ou bombas. Os resultados de simulação de dinâmica dos fluidos computacional mostraram que o sistema pode reduzir a temperatura da superfície fotovoltaica em 9 K, atingindo uma eficiência térmica máxima de 31%, superior aos 29,4% do sistema de referência.

O projeto dispõe de canais de ar em forma de escada na parte traseira do módulo fotovoltaico, com duas entradas de ar e uma saída de ar. No interior dos canais, são utilizadas aletas de alumínio em forma de V dispostas de forma alternada, com perfurações de 5 mm de diâmetro. Os canais escalonados servem para perturbar a camada-limite de ar próxima à superfície aquecida, enquanto as aletas perfuradas aumentam a capacidade de transferência de calor por convecção entre o ar e as aletas, ampliando a área de troca térmica e promovendo a mistura do ar e a turbulência local. O sistema utiliza o empuxo do ar para formar ventilação natural, sem consumo adicional de energia para circulação de ar.

A equipe de pesquisa utilizou o ANSYS Fluent para construir um modelo numérico tridimensional e simular um coletor solar de ar PVT com dimensões de 2,4 m × 0,54 m e inclinação de 32°, adotando como condições de cálculo dados de irradiância solar e temperatura ambiente de um dia claro de verão na região de Gardaia, na Argélia, com irradiância solar de pico de 995 W/m². Os resultados da simulação mostraram que o sistema atinge uma eficiência térmica máxima de 31%, contra 29,4% do sistema de referência; a eficiência elétrica foi de 14,8%, contra 14,6% do sistema de referência. A potência térmica de pico do sistema é de aproximadamente 400 W, a potência elétrica de aproximadamente 180 W, e a temperatura da superfície fotovoltaica é 9 K inferior à do caso de referência.

O estudo também realizou estimativas de viabilidade econômica e benefícios ambientais. Em condições de céu claro, o período de retorno do investimento estimado para o sistema é de 5,8 anos, e em condições de céu nublado, de 7,2 anos; considerando 10 módulos por conjunto, estima-se uma redução anual de aproximadamente 3,2 toneladas de emissões de dióxido de carbono, com redução acumulada de cerca de 80 toneladas em 25 anos, e um período de retorno energético de 0,86 anos. Os dados acima provêm de cálculos do modelo de pesquisa, e o desempenho real ainda precisa ser verificado por meio de testes em protótipos e operação de longo prazo.

O artigo científico relacionado intitula-se "A computational investigation of a staircase-configured PVT air system with perforated V-shaped fins for passive cooling" e foi publicado no Ain Shams Engineering Journal. A pesquisa contou com a participação de pesquisadores da Universidade Islâmica de Medina, na Arábia Saudita, da Universidade de Ouargla, na Argélia, e do Centro de Desenvolvimento de Energias Renováveis.