Sistemas BAPVs e BIPVs: avaliação do desempenho da integração e aplicação de módulos fotovoltaicos a elementos construtivos

Abstract

Os Building Applied Photovoltaics (BAPV) e Building Integrated Photovoltaic (BIPV) despontaram-se no cenário das edificações agregando as funcionalidades energéticas dos módulos fotovoltaicos às fachadas e telhados das edificações. Entretanto, os módulos FVs são altamente sensíveis à configuração climática e às condições ambientais, como também são influenciados pelo método de fixação onde são implementados. Fatores como temperatura ambiente, umidade relativa do ar, velocidade do vento, radiação solar e também a forma como eles são aplicados/integrados às edificações exercem influência direta na eficiência dos módulos FVs. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo realizar a montagem de uma rede de sensores para monitoramento dos parâmetros associados aos módulos FVs tais como tensão e corrente elétrica de saída, bem como a temperatura de operação desses equipamentos e também para coleta de dados inerentes à temperatura superficial do elemento construtivo. Os fatores ambientais foram coletados por uma estação meteorológica. Uma câmera termográfica também foi associada à bancada de simulações dos sistemas BAPVs e BIPVs. Foram realizadas simulações dentro do software ANSYS acerca do comportamento do calor em sistemas BIPVs. Como resultados identifcou-se que a velocidade do vento, por exemplo, cumpre papel essencial no resfriamento das células, sendo que para uma velocidade média de 0,4 m/s a temperatura de operação das células pode reduzir cerca de 7%. Outro parâmetro identificado nas análises foi a umidade relativa do ar que pode ocasionar uma redução de 9% na temperatura de operação dos módulos.

Building Applied Photovoltaics (BAPV) and Building Integrated Photovoltaic (BIPV) have emerged in the building landscape by adding the energetic functionalities of photovoltaic modules to facades and roofs of buildings. However, the PV modules are highly sensitive to the climatic configuration and environmental conditions. Some factors such as ambient temperature, relative air humidity, wind speed, solar radiation and also the method they are applied or integrated to the buildings have a direct influence on the efficiency of the PV modules. The aim of this work was to set up a sensors network to monitor the parameters associated with FVs, such as voltage and electric current, as well as the temperature of operation of this equipment and to collect datas inherent to temperature surface of the building element. The environmental factors were collected by a weather station. A thermographic camera was also associated with the simulations of the BAPVs and BIPVs systems. Simulations were performed within the ANSYS software to verify the behavior of heat transference in BIPVs systems. As results it has been identified that wind speed, for example, plays a key role in cooling the cells, and for an average velocity of 0.4 m/s the operating temperature of the cells can reduce by about 7%. Another parameter identified in the analyzes was the relative humidity of the air that can cause a reduction of 9% in the operating temperature of the modules.