Cientistas da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW), na Austrália, usaram geradores de vórtice retangular (VGs) como uma técnica de resfriamento passivo para painéis fotovoltaicos e descobriram que eles podem reduzir a temperatura de operação dos módulos entre 1,5ºC e 2,5ºC.
Os VGs são comumente usados para atrasar a separação do fluxo e são frequentemente colocados nas superfícies externas de veículos e nas pás de turbinas eólicas. Esses dispositivos também foram aplicados para resfriamento em módulos fotovoltaico-térmicos (PVT) em nível de pesquisa, mas ainda não foram usados apenas para módulos fotovoltaicos, devido a condições de fluxo “totalmente imprevisíveis”, de acordo com a equipe de pesquisa.
“Nossos experimentos internos anteriores demonstraram que a asa retangular VG pode atingir até 3º C de resfriamento sob condições de convecção livre”, explicaram os cientistas, referindo-se a uma tentativa anterior que fizeram de usar VGs para resfriamento de painéis fotovoltaicos. “Ao introduzir vórtices longitudinais próximos à superfície traseira do módulo, um conjunto de VGs aumenta o fluxo de calor convectivo, consequentemente reduzindo a temperatura de operação do módulo. Neste estudo, o mesmo projeto de VG foi aplicado a uma configuração de sistema fotovoltaico de rack aberto ao ar livre”.
Os cientistas utilizaram VGs com um tamanho de 2 cm x 3 cm e com uma forma de asa retangular dobrada em um ângulo de 30 graus. Eles construíram 400 peças à base de alumínio e 400 peças com um polímero condutor imprimível em 3D. Eles foram então anexados à parte traseira de dois painéis policristalinos diferentes de 285 W fornecidos pelo fabricante taiwanês Winaico. Os acadêmicos também usaram fita condutora térmica para criar um contato térmico entre o VG e o módulo.
“Com exceção da fileira inferior e superior de células de silício, onde a caixa de junção está situada, os VGs cobriram a maior parte da área do módulo de 1 m × 1,65 m”, explicaram. “O passo vertical é de 8 cm, o que permite que duas fileiras de VGs em uma célula de formato M2 e 16 fileiras de VGs sejam instaladas em cada módulo. Assim, os VGs cobrem efetivamente 12,5% da superfície traseira do módulo, levando a um uso significativamente menor de material em comparação com outras abordagens do dissipador de calor”.
A tecnologia proposta foi testada em um cenário experimental implantado no telhado de um edifício em Sydney, com os painéis tendo um ângulo de inclinação de 30 graus. Sensores de temperatura foram colocados na superfície traseira dos painéis e dados meteorológicos e de radiação foram coletados por meio de uma estação meteorológica, enquanto uma câmera térmica foi usada para visualizar a distribuição de temperatura na superfície traseira dos módulos.
Os testes mostraram que os VGs baseados no polímero imprimível em 3D foram capazes de reduzir a temperatura dos módulos em até 1,5º C sob alta irradiância e baixas condições de vento, ou com vento sul. Os VGs à base de alumínio reduziram a temperatura dos módulos em cerca de 2º C em condições de alta irradiância ou 2,5º C em um cenário de alta temperatura e alta velocidade do vento.
“Ambos os VGs exibem desempenho equivalente com ventos de sul e oeste, indicando a dominância do mecanismo de geração de vórtices”, afirmou o grupo. “O módulo equipado com VGs exibiu um aumento no coeficiente de transferência de calor convectivo avaliado pelo modelo de balanço térmico”.
O grupo apresentou a nova tecnologia de resfriamento no estudo “Long-term outdoor testing of vortex generators for passive PV module cooling”, que foi publicado recentemente na Solar Energy. “Em estudos futuros, a correlação entre o fluxo próximo à superfície e a direção do vento de fluxo livre precisa ser verificada para um tipo específico de sistema fotovoltaico”, concluíram os acadêmicos. “Então será possível otimizar um VG para um determinado local com uma direção predominante do vento”.
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