Pesquisadores da China desenvolveram um novo sistema de persianas verticais e dinâmicas para integração fotovoltaica (dvPVBE) em fachadas de edifícios de grande altura.
A novidade do sistema está em sua flexibilidade com ângulos de inclinação e posições cegas que respondem às intempéries. “Recentemente, PVBEs altamente dinâmicos e sensíveis às intempéries foram estudados para melhorar ainda mais a eficiência energética dos edifícios”, disseram os acadêmicos. “No entanto, estruturas relativamente complexas não são adequadas para edifícios altos devido às suas fracas características de impermeabilização, que impedem sua aplicação em larga escala nas cidades. Consequentemente, o desenvolvimento de dispositivos de sombreamento fotovoltaico simples, flexíveis e inteligentes continua a apresentar desafios significativos.”
Para resolver esses problemas, os cientistas projetaram o sistema proposto como uma camada externa junto às janelas. Em um protótipo, a estrutura do quadro e as ripas cegas foram feitas de liga de alumínio, com as células solares integradas. As ripas são controladas por um motor, escondidas em uma estrutura superior.
“Ao contrário das persianas externas estáticas tradicionais, as ripas do dvPVBE podem parar em qualquer altura do quadro e girar entre 0 graus e 90 graus através do controle preciso do curso do motor”, explicaram. “As persianas podem ser implantadas parcial ou totalmente”.
O dvPVBE pode ser controlado manualmente pelos moradores do edifício ou de forma automática por três estratégias de controle, que o grupo chamou de prioridade de geração de energia (PGP), prioridade de luz natural (NDP) e prioridade de economia de energia (ESP). Em cada uma delas, o ângulo de inclinação e a posição cega são controlados por um conjunto de entradas de informações – como radiação solar incidente, ocupação do ambiente, iluminação interna e consumo e geração de energia elétrica em tempo real. A posição cega refere-se à distância do quadro superior à ripa inferior.
As estratégias de controle do PGP e do ESP foram investigadas em simulação computacional. Um prédio de escritórios de 24 andares em Pequim, na China, foi projetado para as tarefas, sem outros edifícios ao redor. Simulou-se naquele edifício uma sala representativa de 5 m × 5 m × 3 m, localizada na fachada voltada para o sul, com uma relação janela-parede de 70%. As temperaturas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) foram definidas para abaixo de 26°C no verão e acima de 18°C no inverno.
Incluindo um período de partida, durante os dias úteis, o sistema esteve em operação das 7:00 às 18:00. O efeito fotovoltaico nas ripas foi simulado como tendo 26 células de silício monocristalino por ripa em 24 ripas por janela. Especula-se que as células sejam fornecidas pela fabricante chinesa JinkoSolar, com eficiência de 21,32%. Quatro dias típicos ao redor do equinócio primaversa, solstício de verão, equinócio de outono e solstício de inverno foram selecionados para a análise.
“Para as estratégias de controle do dvPVBE, utilizou-se a estratégia PGP durante o horário de folga e a estratégia ESP durante o horário de trabalho”, disse o pesquisador. “Para demonstrar ainda mais a viabilidade do dvPVBE em melhorar a eficiência energética do edifício e realizar uma comparação justa com persianas fotovoltaicas estáticas, a simulação se concentrou principalmente em avaliar a influência de ângulos de slat ajustáveis no desempenho energético”.
A simulação mostrou que o sistema dvPVBE exibiu desempenho energético superior em comparação com os PVBEs estáticos ao longo do ano. O dvPVBE cobriu 131% da demanda anual de energia da sala de escritório. Em comparação com o sistema estático, a produção de energia líquida aumentou pelo menos 226%.
“Durante a maior parte do dia ao longo do ano em Pequim, são recomendados ângulos de inclinação de 45° a 60° para equilibrar a utilização da luz natural e da energia solar”, enfatizou o grupo acadêmico. “No início da manhã, grandes ângulos de slat são recomendados para permitir penetração suficiente da luz do dia para diminuir a carga de iluminação, especialmente no inverno”.
Os acadêmicos introduziram o novo conceito no estudo “A New Dynamic and Vertical Photovoltaic Integrated Building Envelope for High-Rise Glaze-Facade Buildings“, publicado na Engineering. O grupo foi formado por cientistas vindos da Universidade de Shenzhen, da China, da Universidade de Tsinghua, do Laboratório de Materiais do Lago Songshan, da Academia Chinesa de Ciências, da Universidade de Hunan, do Laboratório Chave Estadual de Geotecnia Inteligente e Túneis e do Ministério da Educação.
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