Pesquisadores da Universidade Bursa Uludağ, na Turquia, investigaram o efeito de resfriamento do vento em usinas fotovoltaicas em telhados. Eles mediram as mudanças de temperatura em uma instalação de telhado de 57 acres (1 acre = 4.047 metros quadrados) durante o verão de 2023 e descobriram que o vento pode fornecer um efeito de resfriamento de até 7 °C, dependendo de sua direção e velocidade.
“Observou-se que uma parte significativa dos estudos na literatura se concentra em usinas fotovoltaicas montadas no solo. Neste estudo, no entanto, as usinas fotovoltaicas em telhados, que estão sendo cada vez mais usadas por muitas instalações industriais para reduzir os custos de energia, foram examinadas”, disse o grupo. “A diferença mais significativa que distingue os sistemas fotovoltaicos de telhado das aplicações montadas no solo é a geometria do telhado. Painéis dispostos em sequência em telhados congestionados estão em desvantagem em comparação com as plantas montadas no solo em termos de receber ventos frios.”
O local solar fica no topo de uma instalação de produção de automóveis TOFAS em Bursa, Turquia. Bursa recebe uma intensidade média de radiação solar de 1.393 kWh/m² por ano e, durante o período de medição, os ventos sopraram predominantemente do nordeste. A velocidade média do vento de todas as direções foi de cerca de 1 m/s, com o leste experimentando os ventos mais fortes com uma média de 1,49 m/s.
O telhado abriga 10.806 painéis fotovoltaicos monocristalinos PERC de meio corte, cada um com capacidade de 545 W, contribuindo para uma capacidade nominal total de aproximadamente 5,9 MW. Os painéis são orientados 22° leste do sul, com um ângulo de inclinação de 17,8° e uma folga de 15 cm entre os painéis e o telhado.
“A instalação medida está ativamente em uso e o proprietário da instalação coleta medições de um único ponto. Os instrumentos de medição incluem sensores de temperatura ambiente, irradiância e vento. O sensor de temperatura fotovoltaico é montado abaixo do painel”, disse o grupo. “Os dados de medição do vento são coletados em intervalos de um minuto, enquanto todos os outros dados são coletados em intervalos de 15 minutos.”
Para explicar os efeitos da velocidade do vento, os pesquisadores emparelharam e compararam 50 eventos com irradiância, temperatura e direção do vento semelhantes, mas diferentes velocidades do vento. Eles descobriram que velocidades do vento abaixo de 0,5 metros por segundo (m/s) resultam em um efeito de resfriamento limitado de 1 °C a 3 °C em painéis solares, enquanto velocidades superiores a 0,5 m/s aumentam o efeito de resfriamento para 3 °C a 7 °C.
Usando pares de vento traseiro e lateral, o grupo de pesquisa também foi capaz de analisar o efeito da direção do vento.
“Devido à inclinação do telhado e à lacuna mínima entre os painéis e o telhado, os ventos de trás foram menos eficazes, pois não conseguiram penetrar na parte traseira dos painéis fotovoltaicos”, disse o grupo. “Os ventos laterais, por outro lado, não enfrentaram dificuldade em fluir sobre as superfícies dos painéis, mas perderam seu efeito de resfriamento à medida que passavam pelas longas fileiras de painéis.”
Os pesquisadores concluíram que a seleção de locais com velocidades de vento mais altas é crucial durante a fase de projeto de uma usina solar. Eles observaram a importância de configurar a usina adequadamente para garantir que o vento possa atingir efetivamente todos os painéis fotovoltaicos. Eles acrescentaram que a otimização da fase de projeto pode melhorar o desempenho sem incorrer em custos significativos, especialmente porque a modificação de uma planta existente apresenta desafios e despesas.
Eles apresentaram seus resultados em “Investigation of the cooling effect of wind on rooftop PV power plants“, que foi publicado recentemente em Case Studies in Thermal Engineering.
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