Uma equipe de pesquisa da Universidade Kasdi Merbah, na Argélia, desenvolveu um sistema inovador de resfriamento inteligente por pulverização de água para painéis fotovoltaicos.
“A novidade dessa pesquisa está no design de um sistema inteligente de resfriamento por água baseado em um controlador Arduino”, disse o autor correspondente Mahmoud Bourouis à pv magazine. “O sistema é ativado somente quando a temperatura do painel fotovoltaico ultrapassa um limite pré-definido, o que aumenta a eficiência energética ao mesmo tempo em que minimiza o consumo de água — uma consideração importante em ambientes desérticos.”
O protótipo do sistema foi testado em um local experimental no clima árido de Ouargla, uma cidade no nordeste do Saara argelino. Ele apresentava dois módulos monocristalinos idênticos de 390 W — um equipado com sistema de resfriamento, o outro servindo como referência. Ambos foram instalados com uma inclinação de 31°, voltados para o sul. Para o módulo resfriado, a água era bombeada de um tanque de armazenamento a 3,5 L/min através de um tubo de PVC montado ao longo da borda superior do painel. O tubo tinha nove saídas espaçadas uniformemente, cada uma com 3 mm de diâmetro e inclinada em aproximadamente 40°.
Nos dias 9–10 de junho e de 1–2 de julho de 2024, o sistema forneceu resfriamento contínuo e ininterrupto. Nos dias 11 e 12 de junho e 3 e 4 de julho de 2024, foi atualizado para uma configuração inteligente usando um sensor digital de temperatura e controlador. O resfriamento era ativado automaticamente quando a temperatura da superfície traseira do módulo ultrapassava 41,5 °C e desativado quando caía abaixo de 38,5 °C.
Durante os oito dias de teste em junho e julho, a irradiação solar em Ouargla variou de 128,8 W/m² a 982 W/m², e as temperaturas ambientes variaram entre 30 °C e 45 °C. Medições foram registradas das 08:30 às 16:00 em intervalos de 30 minutos.
“O sistema de resfriamento contínuo melhorou significativamente o desempenho do painel fotovoltaico. A potência de saída aumentou de 272,1 W para 350,5 W, enquanto a temperatura do módulo caiu de 58,6 °C para 36,7 °C, resultando em uma melhoria de eficiência de até 28,8%”, disse Bourouis.
Enquanto isso, o sistema de resfriamento inteligente aumentou a geração de energia de 251 W para 337 W e reduziu a temperatura do módulo de 56,1 °C para 35,7 °C. O sistema inteligente alcançou uma eficiência média de resfriamento de 15,5%, com consumo de água de 63,86 L/kWh, tempo de operação da bomba de 75 min/dia e potência da bomba de 30,6 W. Em comparação, o sistema de resfriamento contínuo entregou uma eficiência semelhante de 15,44%, mas exigiu substancialmente mais água e operação da bomba: 391,95 L/kWh, 450 min/dia e 183,6 W, respectivamente.
“Quanto aos custos, o resfriamento inteligente é decididamente mais barato, com despesas anuais de eletricidade de €0,07020/W ($0,081/W) do que processos contínuos a €0,07514/W e sistemas não refrigerados a €0,07135/W”, explicou a equipe. “Pode-se dizer que ambos os sistemas de resfriamento são eficazes para combater o impacto negativo das altas temperaturas na eficiência das células solares em sistemas fotovoltaicos. Embora a potência absoluta possa ser maior no caso de resfriamento contínuo, os benefícios do resfriamento em gens em termos de custo, consumo e uso de água fazem dela a escolha preferida em condições de deserto.”
Os resultados foram apresentados em “Enhancing the efficiency of solar photovoltaic systems via smart cooling in arid environments“, publicado em Applied Thermal Engineering. Cientistas da Argélia, da Universidade Kasdi Merbah, da França, Universidade de Paris, e a da Espanha, Universidade de Rovira i Virgili, contribuíram para o estudo.
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