Análise energética e exergética de um sistema fotovoltaico off-grid localizado em São Luís - MA

Energetic and exergetic analysis of an off-grid photovoltaic system located in São Luís - MA

Abstract

As crises energéticas centradas nos combustíveis fósseis, aliadas a maior preocupação com os impactos ao meio ambiente, impulsionaram o desenvolvimento e aplicação das energias renováveis. Recentemente, no Brasil, houve crises energéticas ocasionadas pela estiagem e diminuição dos reservatórios de água, impactando diretamente na geração de energia hidrelétrica que compõe maior parte da matriz energética brasileira. Contudo, nos últimos anos verificou-se um crescente emprego de energia renovável proveniente do vento e do Sol, evidenciando o grande potencial para geração de energia através de fontes renováveis como eólica e solar. A energia solar fotovoltaica foi a que apresentou maior crescimento na esfera da microgeração em residências. No entanto, a energia solar fotovoltaica apresenta perdas inerentes ao sistema de natureza ótica, elétrica e térmica. Esta última, para localidades com maior temperatura média, consiste em um fator de perda significativo. Portanto, o presente trabalho realizou uma análise termodinâmica de forma experimental afim de identificar a perda energética por calor de um sistema fotovoltaico off-grid localizado em São Luís-MA, no nordeste brasileiro. Dados experimentais como temperatura de operação do módulo, e potência gerada foram coletados para diferentes dias de fevereiro de 2021. Dados de irradiância solar total, temperatura ambiente e velocidade do vento, foram obtidas por bancos e utilizados para realizar análise energética e exergética do sistema fotovoltaico. Foi observado que as eficiências energéticas e exergéticas possuem influência da irradiância solar incidente e da temperatura de operação do módulo, atingindo valores baixos quando não há luz solar incidente no módulo e quando a temperatura de operação está mais alta, no período próximo ao meio-dia. Portanto, o fator de maior impacto sobre a eficiência do sistema quando há a disponibilidade de luz solar foi a temperatura de operação do módulo, que por sua vez, está relacionada à perda térmica por calor para o meio ambiente, resultando em uma redução média de 15% das eficiências energética e exergética. A eficiência exergética se provou como uma melhor ferramenta para indicar o desempenho do sistema, visto que identifica as perdas e a destruição de exergia do sistema fotovoltaico.