Veja como um sistema de resfriamento influencia no desempenho geral de uma telha solar fotovoltaica

A conversão de energia solar em eletricidade ocorre normalmente em módulos fotovoltaicos que possuem uma faixa de eficiência relativamente baixa (6-20%), dependendo do tipo de célula solar e condições climáticas. Um dos fatores que determinam a eficiência de uma célula solar é sua temperatura de operação. Pesquisas experimentais mostraram que com o aumento da irradiância solar, há também o aumento da temperatura de operação da célula, que resulta em diminuição de sua eficiência.

Por isso surgiram métodos que permitem a minimização de seu aquecimento, que contribuem para seu resfriamento. Uma tecnologia a ser citada seria a solar híbrida fotovoltaica/térmica, que se trata da combinação dos painéis fotovoltaicos comuns e elementos que recebem calor dos painéis em aquecimento, como o uso de serpentinas e um coletor de água ou ar. Uma série de estudos já foram conduzidos nessa área para demonstrar o efeito positivo do resfriamento de painéis fotovoltaicos em relação à eficiência na geração de eletricidade em comparação à eficiência alcançada sem resfriamento.

Além dos comuns módulos fotovoltaicos, empresas vêm desenvolvendo telhas solares fotovoltaicas que podem ser utilizadas, como o próprio nome já indica, como substituição ou em conjunto às telhas convencionais. Uma telha fotovoltaica pode ser usada tanto como um material de cobertura quanto como uma superfície capaz de gerar eletricidade.

No estudo em destaque, testes foram conduzidos em escala de laboratório usando resfriamento a ar em telhas fotovoltaicas e um simulador de luz solar. A pesquisa teve foco na análise da recuperação de calor de telhas solares fotovoltaicas e o impacto desse processo na eficiência elétrica e geração de energia. Veja nas imagens abaixo como a telha fotovoltaica foi colocada em um invólucro de madeira especialmente projetado e o simulador de luz halógena.

A telha fotovoltaica foi instalada a 1,5 m do simulador de luz solar, e elaborou-se uma configuração de maneira a simular a posição do sol no zênite. Um dos conectores do invólucro de madeira foi ligado a um duto de transporte do meio de resfriamento. O ar foi forçado a circular com o uso de um ventilador radial de modo a reproduzir condições naturais, resfriando a telha solar fotovoltaica com o fluxo de ar.

Segundo os pesquisadores, que destacam que buscarão aprimorar os métodos utilizados em experimentos futuros, os resultados mostraram que uma eficiência geral de 24% pode ser alcançada. As características operacionais das telhas fotovoltaicas com o sistema de resfriamento revelaram um aumento na geração de eletricidade, sendo relacionado a um aumento na eficiência da conversão de energia solar em eletricidade. Os resultados experimentais mostraram que o resfriamento a ar foi suficiente para observar tal efeito. Além disso, a recuperação de calor do sistema de resfriamento também contribui para um aumento na eficiência geral do sistema.

A máxima temperatura de operação da telha fotovoltaica sem resfriamento foi de 79,6ºC para uma irradiância solar de 900 W/m² e, com resfriamento, alcançou-se 72,2ºC. O resfriamento da telha fotovoltaica permitiu um aumento de cerca de 9% em energia e cerca de 9,5% maior eficiência elétrica em relação ao caso sem resfriamento. De acordo com os pesquisadores, os resultados obtidos indicam a necessidade do uso de resfriamento de telhas fotovoltaicas durante condições de trabalho desfavoráveis, e a possibilidade de uso do ar aquecido obtido no processo em uma bomba de calor, ou ser usado em tecnologia de Ciclos Rankine Orgânicos, por exemplo.