Transferência de calor em sistema heliotérmico-fotovoltaico

Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016.O presente trabalho tem como finalidade o estudo numérico e experimental de um sistema heliotérmico-fotovoltaico CPV-T (do inglês, Concentrated photovoltaic and thermal) que consiste em utilizar células fotovoltaicas monocristalinas, resfriadas por um fluido que escoa por dentro do coletor solar, visando aproveitar ao máximo a energia fornecida pelo sol. Primeiramente foi feito um estudo numérico de transferência de calor no receptor através da modelagem do sistema célula-fluido para dois modelos diferentes, utilizando um código no software Matlab. Os resultados numéricos mostraram que o sistema tem melhor eficiência ao ser resfriado pela água ao invés do ar e também tem melhor aproveitamento térmico ao afastar a célula fotovoltaica do vidro, devido a presença de ar confinado entre as mesmas. Além de construir o protótipo do concentrador solar, também foram feitos estudos experimentais no protótipo construído. Apesar dos problemas técnicos ocorridos durante os ensaios experimentais, obteve-se 168 C na superfície da célula com aproveitamento térmico do ar de aproximadamente 40%, valores próximos aos calculados numericamente, 250 C e 55%, respectivamente.This work involves a numerical and experimental study of a concentrated photovoltaic and thermal (CPV-T) system which incorporates the use of monocrystalline photovoltaic cells cooled by a fluid flowing inside a solar collector, as a means of absorbing optimal solar energy. As a first step, a numerical study of heat transfer in the receiver was conducted through modelling of the cell-fluid system for two distinct models, through the use of coding via software Matlab. Numerical results reflected that the system is more thermally efficient when cooled by water versus air. Further, numerical evidence indicated an even greater efficiency in the production of thermal energy when there was a presence of a gap between the cells and glass, due to the enclosure of air. In addition to constructing the prototype of the solar concentrator, experimental studies were carried-out using the corresponding prototype built. Despite technical glitches having occurred during the experimental tests, the prototype obtained a heat level of 168 C on the Surface of the pv cell and 40% in air thermal efficiency, values which were close to those calculated numerically, 250 C and 55%, respectively