Sistema híbrido fotovoltaico-termoelétrico para recuperação de calor residual e aumento da eficiência energética
DOI:
https://doi.org/10.34188/bjaerv9n3-183Palavras-chave:
geração, híbrida, energia, fotovoltaico, termoelétricoResumo
Sistemas híbridos fundamentam-se na geração de energia elétrica a partir de duas ou mais fontes, neste caso a energia solar e térmica. Durante a operação, módulos fotovoltaicos (PV) absorvem e dissipam parte da radiação solar na forma de calor, o que eleva sua temperatura e pode comprometer sua eficiência. Para mitigar esse efeito, parte do calor residual pode ser convertido em energia elétrica por meio de pastilhas termoelétricas (TEG), que operam com base no efeito Seebeck, agregando uma nova fonte de geração ao sistema. O protótipo desenvolvido utiliza um módulo fotovoltaico e pastilhas termoelétricas acopladas à sua face posterior, aproveitando a diferença de temperatura entre os materiais para a conversão energética. Os resultados demonstraram que o sistema híbrido PV-TEG proposto foi capaz de recuperar parte do calor dissipado pelo módulo fotovoltaico, convertendo-o em eletricidade. Observou-se um aumento médio de 7% na tensão elétrica e de 2,18% na corrente elétrica fornecida pelo protótipo, em comparação ao módulo PV, operando sem os TEGs, assim como um incremento na eficiência. Além disso, a solução revelou-se uma alternativa viável e de baixa manutenção, uma vez que não demanda partes móveis, o que reforça sua aplicabilidade prática. Sob a perspectiva da sustentabilidade, a integração de geradores termoelétricos ao módulo fotovoltaico não gera poluentes e contribui para o aumento da oferta energética. Assim, este estudo estabelece bases sólidas para o aprimoramento de sistemas fotovoltaicos e incentiva o desenvolvimento de novos arranjos híbridos PV-TEG.
Referências
ABSOLAR. Energia solar é a 2a maior fonte energética do país. 17 jan. 2023. Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica. Disponível em: https://www.absolar.org.br/noticia/energia-solar-e-a-2a-maior-fonte-energetica-do-pais-como-ter-em-casa/. Acessado em: 14 nov. 2023.
ALIAN FINI, M.; et al. Efficiency improvement of hybrid PV-TEG system based on an energy, exergy, energy-economic and environmental analysis; experimental, mathematical and numerical approaches. Energy Conversion and Management, [s. l.], vol. 265, 1 ago. 2022. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115767.
BASTOS, A. S. S. M. et al. Análise de produção e consumo de energia elétrica por fontes renováveis e o implemento de meios e produtos eficientes para sustentabilidade. Brazilian Journal of Animal and Environmental Research, v. 9, n. 2, p. e87490, 1 jun. 2026. https://doi.org/10.34188/bjaerv9n2-226
BENGHANEM, M.; AL-MASHRAQI, A. A.; DAFFALLAH, K. O. Performance of solar cells using thermoelectric module in hot sites. Renewable Energy, [s. l.], vol. 89, p. 51–59, 1 abr. 2016. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.12.011.
DOMINGUES, J. Caracterização e aplicação de geradores termoelétricos na captação de calor residual. 2022. Dissertação de Mestrado – Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2022. Disponível em: https://repositorio.unesp.br/server/api/core/bitstreams/b45c6864-4e69-4185-9eb2-3c36d9b63a25/content. Acessado em: 19 jan. 2025.
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Revisão Quadrimestral das previsões de carga para o planejamento anual da operação energética 2023-2027. [S. l.: s. n.], dez. 2023. Disponível em: https://www.epe.gov.br/pt/imprensa/noticias/carga-de-energia-deve-crescer-em-media-3-4-por-ano-no-periodo-de-2022-a-2026#:~:text=Not%C3%ADcias%20Carga%20de%20energia%20deve,per%C3%ADodo%20de%202022%20a%202026. Acessado em: 1 fev. 2024.
FINI, M. A.; GHARAPETIAN, D.; ASGARI, M. Efficiency improvement of hybrid PV-TEG system based on an energy, exergy, energy-economic and environmental analysis; experimental, mathematical and numerical approaches. Energy Conversion and Management, [s. l.], vol. 265, 1 ago. 2022. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115767.
GOPINATH, M.; MARIMUTHU, R. PV-TEG output: Comparison with heat sink and graphite sheet as heat dissipators. Case Studies in Thermal Engineering, [s. l.], vol. 45, 1 maio 2023. https://doi.org/10.1016/j.csite.2023.102935.
GOU, X.; et al. A dynamic model for thermoelectric generator applied in waste heat recovery. Energy, [s. l.], vol. 52, p. 201–209, 1 abr. 2013. https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.01.040.
JURINIC, F. Estudo para melhoria na performance e eficiência de placas fotovoltaicas: Através de um sistema combinado de inclinação e resfriamento. 2020. Dissertação de mestrado – Universidade Federal da Fronteira Sul, Cerro Largo, 2020. Disponível em: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/3612. Acessado em: 24 mar. 2025.
KANGIWA, U. M. et al. Performance Analysis of Solar Photovoltaic (PV)-Thermoelectric (TEG) Hybrid Energy System for Electricity Generation. Scholars Journal of Physics, Mathematics and Statistics, [s. l.], vol. 11, no 09, p. 108–119, 18 set. 2024. DOI 10.36347/sjpms.2024.v11i09.002.
KHAN, M. A. I. et al. An Experimental and Comparative Performance Evaluation of a Hybrid Photovoltaic-Thermoelectric System. Frontiers in Energy Research, [s. l.], vol. 9, 30 set. 2021. https://doi.org/10.3389/fenrg.2021.722514.
KRAEMER, D. et al. Photovoltaic-thermoelectric hybrid systems: A general optimization methodology. Applied Physics Letters, [s. l.], vol. 92, no 24, 2008. https://doi.org/10.1063/1.2947591.
LEE, Y.; TAY, A. A. O. Finite element thermal analysis of a solar photovoltaic module. 15., 2012. International Conference on Materials for Advanced Technologies 2011 - Energy Procedia [...]. [S. l.]: Elsevier Ltd, 2012. vol. 15, p. 413–420. DOI 10.1016/j.egypro.2012.02.050. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610212003864. Acessado em: 17 jan. 2025.
NARDUCCI, D. et al. Hybrid and Fully Thermoelectric Solar Harvesting. 1o ed. Suiça: Springer Series in Materials Science, 2018. vol. 268, . DOI https://doi.org/10.1007/978-3-319-76427-6. Disponível em: http://www.springer.com/series/856.
STOLYAROVA, E. Carbon Dioxide Emissions, economic growth and energy mix: empirical evidence from 93 countries. Climate Economics Chair, [s. l.], 2013. .
TYAGI, K. et al. Advances in solar thermoelectric and photovoltaic-thermoelectric hybrid systems for power generation. Solar Energy, [s. l.], vol. 254, p. 195–212, 1 abr. 2023. https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.02.051.
VIEIRA, E. A. Aumento do rendimento de módulos fotovoltaicos com aproveitamento da energia térmica para geração termoelétrica de estado sólido. 2018. Dissertação de mestrado – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2018.
ZANONI, N.; SCHNEIDER, V. E. Análise da viabilidade da implantação de um sistema híbrido para geração de energia elétrica. 10 abr. 2018. 6° Congresso Internacional de Tecnologia para o Meio Ambiente [...]. Bento Gonçalves: [s. n.], 10 abr. 2018.
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