Aumento de rendimento e potência em painéis fotovoltaicos por reconfiguração das interconexões e arrefecimento geotérmico
Resumo
A presente tese de doutorado aborda a reconfiguração das interconexões de painéis fotovoltaicos (PV) atrelados ao arrefecimento destes módulos com energia geotérmica superficial (EGS) por meio de circulação de água para aumentar a eficiência, a potência gerada e a vida útil dos módulos. Neste estudo foram feitas simulações numa planta PV baseadas nos modelos físicos dos painéis fotovoltaicos e do conjunto geotérmico para identificar as perdas de rendimento causadas pelo sombreamento e a variação de temperatura. As estratégias de reconfiguração empregadas na literatura não consideram os efeitos causados pela variação de temperatura dos módulos. Conforme os resultados experimentais e simulados obtidos, quando painéis PV são conectados em paralelo, eles apresentam grande diferença de temperatura com consequentes perdas devido à diferença da tensão no ponto de máxima potência (MPP). Em relação ao desempenho das estratégias de reconfiguração de painéis PV encontrados na literatura, tais estratégias utilizam muitas chaves, ou não reduzem apreciavelmente as perdas por sombreamento, ou usam muitos conversores de potência, encarecendo o custo final e reduzindo o rendimento da planta quando não há sombreamento. Portanto, esta tese propõe uma nova estratégia de reconfiguração dos módulos PV em conjunto com o arrefecimento geotérmico de tal forma que o MPP da planta PV como um todo se torne muito próximo do MPP de cada um dos módulos na maioria dos casos, resultando no aumento de potência, de eficiência e de vida útil. A estratégia de reconfiguração proposta nesta tese permite que um ou mais conjuntos de módulos em paralelo sem sombreamento permaneçam em uma planta PV “total cross tied” (TCT) principal e os demais módulos sejam conectados em uma planta TCT auxiliar, sendo que ambas as plantas são compostas por conversores utilizados para obter o MPP do conjunto fotovoltaico. Neste caso, as perdas por sombreamento são minimizadas pela equalização de corrente mesmo quando há apenas um único módulo sombreado. O arrefecimento de módulos PV por EGS apresentado nesta tese resulta no aumento da vida útil, da potência de saída e da eficiência tanto pela redução de temperatura quanto pela aproximação das temperaturas de operação dos módulos, permitindo que os painéis PV atuem com níveis de tensão mais próximos do seu MPP. Uma vantagem adicional da estrutura proposta nesta tese são as trocas térmicas entre os módulos PV e a água de circulação que poderão ser utilizadas para auxiliar no pré-aquecimento de água para chuveiros elétricos, com a consequente redução do consumo de energia elétrica. Ressalta-se que diferentemente dos trabalhos encontrados na literatura, somente o conjunto proposto nesta tese que é formado pela reconfiguração de interconexões dos módulos e pelo arrefecimento geotérmico permite que a planta PV atue com MPP próximo ou idêntico ao dos módulos individuais.
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