relatorio

Avaliao da Viabilidade de Colectores Hbridos Fotovoltaicos e Trmicos para Aplicao ao Aquecimento de guas e Micro-Gerao de

Electricidade

Ricardo Licnio Moreira da Rocha Pereira Marques

Relatrio da Dissertao do MIEM Orientador na FEUP: Prof. Armando Oliveira

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica

Fevereiro 2008

Avaliao da Viabilidade de Colectores Hbridos Fotovoltaicos e Trmicos para Aplicao ao Aquecimento de guas e Micro-Gerao de Electricidade

III

Resumo

Neste trabalho foi estudado a viabilidade econmica de colectores hbridos para aplicao ao aquecimento de guas e micro - gerao de electricidade. O colector hbrido converte a radiao solar, simultaneamente, em electricidade e calor.

Numa primeira fase do trabalho, foram escolhidas trs configuraes de colectores hbridos: Placa Tubo Com Cobertura, Placa Tubo Sem Cobertura e Placa Tubo Com Clulas Transparentes. Cada uma destas configuraes foi simulada com clulas policristalinas e monocristalinas.

Seguidamente, foram desenvolvidos trs modelos numricos, que representam as vrias trocas de calor entre os elementos do colector; com o objectivo de obter-se as caractersticas de rendimento (trmico e elctrico). O Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura possui o melhor comportamento trmico, enquanto o Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura, tem um desempenho elctrico superior aos restantes mdulos. Isto acontece, porque a cobertura no topo permite diminuir as perdas calor, aumentando o rendimento trmico. Por outro lado, a sua existncia faz aumentar a temperatura do mdulo, diminuindo o rendimento elctrico. O Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes apresenta um rendimento elctrico e trmico baixo, em comparao com os restantes mdulos. O tipo de clulas fotovoltaicas influencia os resultados obtidos. O tipo monocristalino proporciona uma maior gerao de energia elctrica, enquanto o tipo policristalino permite uma converso maior em energia trmica.

Posteriormente, analisou-se o comportamento anual dos colectores hbridos, para uma habitao de quatro pessoas, em trs climas diferentes (Bragana, Faro e Porto). A energia elctrica gerada , na sua totalidade, injectada na rede, sendo remunerada com a tarifa em vigor no Decreto-Lei 363/2007. A energia trmica e elctrica, obtida nos colectores hbridos, foi comparada com quatro sistemas mistos (fotovoltaico + trmico em separado), de aproximada potncia elctrica instalada. Os sistemas mistos originam uma maior quantidade de energia trmica, contudo, os Colectores Hbridos (Sem Cobertura e Com Clulas Transparentes) geram uma maior quantidade de energia elctrica, comparando com mdulos fotovoltaicos de igual potncia. Dentro dos colectores hbridos, os Com Cobertura, obtm mais energia trmica.

Por fim, realizou-se uma anlise econmica, aos colectores hbridos e aos sistemas mistos. Foi considerado um sistema de apoio, ao aquecimento de gua, a gs natural.

O colector hbrido mais vivel o Placa Tubo Sem Cobertura com clulas monocristalinas, tendo-se obtido a seguinte relao de viabilidade por ordem decrescente:

(Colector Hbrido Sem Cobertura Monocristalino) > (Colector Hbrido Com Cobertura Monocristalino) > (Colector Hbrido Sem Cobertura Policristalino) > (Colector Hbrido Com Cobertura Policristalino/ Colector Hbrido Com Clulas Transparentes Monocristalino) > (Colector Hbrido Com Clulas Transparentes Policristalino) Em comparao com os sistemas mistos, os colectores hbridos so mais viveis para reas colectoras elevadas.


IV

Evaluation the Viability of Photovoltaic and Thermal Hybrid Solar Collectors for Water Heating and Electricity Generation Applications

Abstract

In this Work Project the economic viability of hybrid solar collectors for water heating and electricity generation was studied. The hybrid solar collector converts, solar radiation into both electrical and thermal energy.

In the first stage of the project, three hybrid solar collectors configurations were selected: Sheet and Tube PVT With One Cover, Sheet and Tube PVT Uncovered and Sheet and Tube PVT With Transparent Solar Cells. Each one was simulated with polycrystalline and monocrystalline solar cells.

Afterwards, three numeric models, which consider the heat transfer balances between the collector elements, were developed, with the aim of obtaining the electrical and thermal efficiencies. The Sheet and Tube PVT With Cover has the best thermal performance, while the Sheet and Tube PVT Uncovered has an electrical efficiency higher than the remaining collectors. This is due to the fact that the top cover allows less thermal losses, therefore increasing the thermal efficiency. On the other hand, the cover glass increases cell temperature, decreasing the electric efficiency. The Sheet and Tube PVT With Transparent Solar Cells shows a low electrical and thermal behavior, compared with the other collectors. The type of solar cells influences the results. The monocrystalline cells provide a higher electrical yield, while polycrystalline cells lead to a better thermal energy conversion.

After that, the hybrid collectors annual yield was studied for a four person residential building in three different climates (Bragana, Faro e Porto). The generated electric is sold to the grid, according to Decreto-Lei 363/2007.The thermal and electrical energy, obtained in hybrid collectors, was compared with four mixed systems (photovoltaic + thermal collector apart), having approximately the same electrical peak power. The mixed systems provide higher thermal energy, although hybrid collectors (Uncovered PVT and Transparent cells PVT) generate a larger quantity of electrical energy, comparing with the same photovoltaic power. Between the hybrid collectors, the models with the top cover can provide more thermal energy.

At the end, an economic analysis for hybrid collectors and mixed systems has been done. An auxiliary heating system using natural gas was considered.

The most viable hybrid collector is the Uncovered Sheet and Tube PVT with monocrystalline cells; meanwhile, it was possible to draw the following viability relation (by decreasing order): (Uncovered Sheet and Tube PVT Monocrystalline) > (Sheet and Tube PVT Monocrystalline With One Cover) > (Uncovered Sheet and Tube PVT Polycrystalline) > (Sheet and Tube PVT Polycrystalline With One Cover/ Sheet and tube PVT With Transparent Solar Cells Monocrystalline) > (Sheet And Tube PVT With Transparent Solar Cells Polycrystalline)


V

Comparing with mixed systems, hybrid collectors are more interesting for higher collectors areas.


VI

Agradecimentos

Gostaria de agradecer ao Professor Armando Oliveira pela ajuda e disponibilidade demonstrada ao longo do Projecto. Agradeo, tambm, ao Professor Jorge Faco a disponibilidade demonstrada.


VII

ndice

1. Introduo ....................................................................................................................... 1 1.1 Apresentao do Tema e Principais Objectivos ................................................................. 2 2. Estado da Arte Colector Solar Hbrido .................................................................. 3 2.1 Enquadramento ...................................................................................................... 4

2.1.1 Solar Trmico .................................................................................................................... 6 2.1.2 Fotovoltaico ....................................................................................................................... 7

2.2 O que um Colector Solar Hbrido? ....................................................................... 9 2.3 Rendimento Elctrico e Trmico ........................................................................... 11 2.4 Tipos de Colectores Hbridos a gua ................................................................... 14

2.4.1 Colectores Hbridos Analisados ...................................................................................... 15 2.5 Presente Mercado e Desenvolvimento Futuro dos Colectores Hbrido .................. 17 3. Determinao das Curvas de Rendimento Trmico e Elctrico .............................. 19 3.1 Caracterizao dos Colectores Hbridos ............................................................... 20

3.1.1 Caractersticas Trmicas e Suas Dimenses ................................................................. 20 3.1.2 Caractersticas Elctricas ................................................................................................ 23

3.2 Modelos Desenvolvidos ....................................................................................... 27 3.2.1 Introduo ........................................................................................................................ 27 3.2.2 Modelo para o Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura ...................................... 29 3.2.3 Modelo para o Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura....................................... 35 3.2.4 Modelo para o Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes .................. 38

3.3 Resultados Obtidos Rendimento Trmico e Elctrico ........................................ 44 4. Energia Anual Obtida ............................................................................................. 47 4.1 Introduo ............................................................................................................ 48 4.2 Energia Trmica ................................................................................................... 49

4.2.1 Apresentao dos Resultados ........................................................................................ 51 4.3 Energia Elctrica .................................................................................................. 57

4.3.1 Apresentao dos Resultados ........................................................................................ 61 5. Anlise Econmica................................................................................................. 68 5.1 Introduo ............................................................................................................ 69

5.1.1 Critrios da Anlise do Investimento ............................................................................... 69 5.2 Elementos de Base para a Avaliao dos Projectos ............................................. 72

5.2.1 Investimento Inicial .......................................................................................................... 72 5.2.2 Benefcios Econmicos do Aproveitamento da Energia ................................................. 76 5.2.3 Custos ao Longo da Vida do Projecto ............................................................................. 77

5.3 Apresentao dos Resultados .............................................................................. 78 6. Concluso .............................................................................................................. 86 7. Bibliografia ............................................................................................................. 88


VIII

Anexo A Tipo de Clulas de Silcio................................................................................ 92 A1 Clulas Policristalinas ................................................................................................... 92 A2 Clulas Monocristalinas ................................................................................................ 93

Anexo B Distribuio da Temperatura na Placa Absorsora ..................................... 94 Anexo C Caractersticas Elctricas dos Mdulos Fotovoltaicos para Comparao .. 98

C1 - Suntech STP 240 24/V ................................................................................................. 98 C2 - Suntech STP 280S 24/Vb............................................................................................. 99 C3 - Mitsubishi PV MF 185 TD4 ........................................................................................ 100 C4 - SunPower SPR 210 - BLK ......................................................................................... 101

Anexo D - Investimento Inicial - Colectores Hbridos e Sistema Misto (Fotovoltaico + Trmico) ........................................................................................................................... 102


IX

Lista de Smbolos de Abreviaturas

Smbolo Smbolo (EES) Descrio Unidades Aclula Aclula rea de uma clula fotovoltaica [m2] Aclulas Aclulas rea de clulas fotovoltaicas [m2] Acolector Acol rea do colector [m2] Cpgua C Calor especfico a presso constante da

gua [J/kgK]

Cpar Cpair Calor especfico a presso constante do ar [J/kgK] D D Dimetro exterior do tubo [m] Di Di Dimetro interior do tubo [m] espabs espabs Espessura da placa absorsora [m] espvidrocelulas esppvglass Espessura do vidro de proteco das clulas [m] espvidroclulas,baixo esppvglass Espessura do vidro de proteco das clulas

(vidro de baixo) colector placa tubo com clulas transparentes

[m]

espvidroclulas,cima esptopglass1 Espessura do vidro de proteco das clulas (vidro de cima) colector placa tubo com clulas transparentes

[m]

espvidrocobertura esptopglass Espessura do vidro da cobertura [m] FUL [-] Factor de Perdas Globais num Colector

Trmico para uma Temperatura Mdia do Fludo

[W/m2K]

F [-] Factor de Energia Absorvida na Placa num Colector Trmico para uma Temperatura Mdia do Fludo

[-]

FRUL [-] Factor de Perdas Globais num Colector Trmico para a Temperatura de Entrada do Fludo

[W/m2K]

FR [-] Factor de Energia Absorvida na Placa num Colector Trmico para a Temperatura de Entrada do Fludo

[-]

G G Radiao incidente no colector [W/m2] g g1 Acelerao da gravidade [m/s2] Gref Gref Radiao incidente de referncia [W/m2] H H Espessura da camada de ar [m] Icc Icc Corrente de curto - circuito [A] Imax Imax Corrente mxima [A] agua magua Caudal mssico de gua [Kg/s m2] nclulas nclulas Nmero de clulas [-] Nugua Nutube Nmero de Nusselt da gua [-] Nuar Nuair Nmero de Nusselt do ar [-]


X

PF PF Razo entre a rea de clulas e rea do colector

[-]

Prgua Prwater Nmero de Prandtl da gua [-] Prar Prair Nmero de Prandtl do ar [-] qgua qwater Fluxo de calor na gua [W/m2] qamb,conv qskyconv Fluxo de calor por conveco para o

ambiente [W/m2]

qamb,rad qskyrad Fluxo de calor por radiao para o ambiente [W/m2] qar,conv qairconv Fluxo de calor por conveco no espao de

ar [W/m2]

qar,rad qairrad Fluxo de calor por radiao no espao de ar [W/m2] qba qba Fluxo de calor por conduo entre placa

absorsora e o ambiente [W/m2]

qca qca Fluxo de calor por conduo entre clulas e a placa absorsora

[W/m2]

qVidroclulas qpvglass Fluxo de calor por conduo entre as clulas e o vidro de proteco

[W/m2]

qvidrocluas,baixo qpvglass Fluxo de calor por conduo entre as clulas e o vidro de proteco de baixo (colector hbrido placa tubo com clulas transparentes)

[W/m2]

qvidrocluas,cima qtopglass1 Fluxo de calor por conduo entre as clulas e o vidro de proteco de cima (colector hbrido placa tubo com clulas transparentes)

[W/m2]

qvidrocobertura qtopglass Fluxo de calor por conduo no vidro da cobertura

[W/m2]

Regua Rewater Nmero de Reynolds [-] Raar Raair Nmero de Rayleigh [-] Tgua Twater Temperatura de sada da gua [K] Tamb Tamb Temperatura ambiente [K] Tbond Tbond Temperatura na base do tubo [K] Tclulas Tcell Temperatura da clula fotovoltaica [K] Tcu Tsky Temperatura do cu [K] Tin Tin Temperatura de entrada da gua [K] TVidroclulas Tpvglass Temperatura do vidro de proteco das

clulas [K]

Tvidroclulas,baixo Tpvglass Temperatura do vidro de proteco das clulas (baixo) - colector hbrido placa tubo com clulas transparentes

[K]

Tvidroclulas,cima Ttopglass1 Temperatura do vidro de proteco das clulas (cima) - colector hbrido placa tubo com clulas transparente

[K]

Tvidrocobertura,baixo Ttopglassbaixo Temperatura do vidro da cobertura (baixo) [K] Tvidrocobertura,cima Ttopglasscima Temperatura do vidro da cobertura (cima) [K]


XI

Uba hba Coeficiente de transferncia de calor entre a placa absorsora e o ambiente

[W/m2K]

Uca hca Coeficiente de transferncia de calor entre as clulas e a placa absorsora

[W/m2K]

Vca Vca Tenso de circuito aberto [V] Vmax Vmax Tenso mxima [V] Vvento VWind Velocidade do vento [m/s] W W Distncia entre dois tubos [m]

abs alfaabs Coeficiente de absoro da placa absorsora [-] Vento hwind Coeficiente de transferncia de calor por

conveco para o ambiente [W/m2K]

ar Bai Coeficiente de expanso [1/K] abs eabs Emissividade da placa absorsora [-] Vidroclulas epv Emissividade do vidro de proteco das

clulas [-]

vidroclulas,baixo epvglass Emissividade do vidro de proteco das clulas (baixo) - colector hbrido placa tubo com clulas transparente

[-]

vidroclulas,cima etop1 Emissividade do vidro de proteco das clulas (cima) - colector hbrido placa tubo com clulas transparente

[-]

vidrocobertura etop Emissividade do vidro da cobertura [-] clulas Rel Rendimento elctrico das clulas

fotovoltaicas [-]

MP(REF) Rel0 Rendimento elctrico das clulas fotovoltaicas mxima potncia nas condies STC

[-]

elctrico Relctrico Rendimento elctrico do colector hbrido [-] Trmico Reltrmico Rendimento trmico do colector hbrido [-] abs Kabs Condutividade da placa absorsora [W/mK] gua Kwater Condutividade da gua [W/mK] ar Kairdentro Condutividade do ar [W/mK] vidroclulas Kpvglass Condutividade do vidro de proteco das

clulas [W/mK]

vidrocelulas, baixo Kpvglass Condutividade do vidro (baixo) de proteco das clulas colector hbrido placa tubo com clulas transparente

[W/mK]

vidrocelulas, cima Kglass1 Condutividade do vidro (cima) de proteco das clulas colector hbrido placa tubo com clulas transparente

[W/mK]

vidrocobertura Kglass Condutividade do vidro da cobertura [W/mK] ar uair Viscosidade do ar [Kg/m s] Icc Icc Coeficiente de variao da corrente de curto

circuito com a temperatura [A/K]


XII

MP B Coeficiente da variao da eficincia com a temperatura no ponto de mxima potncia

[1/K]

ar Vair Viscosidade cinemtica do ar [m2/s] SB1 Constante de Stefan Boltzman [W/m2K4] vidro glass Coeficiente de transmisso dos dois vidros

de proteco das clulas - colector hbrido placa tubo com clulas transparente

[-]

vidrocobertura telec Coeficiente de transmisso do vidro da cobertura

[-]

()clula talfa Coeficiente de transmisso - absoro das clulas

[-]

incli Inclinao dos colectores hbridos []

Avaliao da Viabilidade de Colectores Hbridos Fotovoltaico

1.


Introduo

s e Trmicos para Aplicao ao Aquecimento de

1


2

1.1. Apresentao do Tema e Principais Objectivos

O projecto, desenvolvido em seguida, foi realizado na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Este trabalho tem como principal objectivo a avaliao da viabilidade de colectores hbridos (colector que gera energia trmica e elctrica) para aplicao ao aquecimento de guas e microgerao de electricidade.

Numa primeira fase, pretende-se elaborar um modelo computacional de trs configuraes de colectores hbridos, variando o tipo de clulas fotovoltaicas (policristalinas ou monocristalinas). O modelo ser utilizado para se obter as caractersticas de rendimento (trmico e elctrico), para condies de referncia.

Seguidamente, ir ser feita uma avaliao do comportamento anual, dos colectores hbridos, para diferentes climas de Portugal (Bragana, Faro e Porto), sendo comparado com um sistema fotovoltaico mais trmico em separado (misto). Por fim, pretende-se elaborar um estudo econmico, comparando os colectores hbridos a um sistema misto, tendo em conta os preos da energia e tarifas de venda de electricidade vigentes em Portugal.

A figura 1.1 resume os principais objectivos aqui retratados.

Estado da Arte

Trs Configuraes de Colectores Hbridos

Determinao das Curvas de Rendimento

Trmico e Elctrico

Comportamento Anual (Energia Trmica e

Elctrica)

Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas

Transparentes Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura

Colector Hbrido Placa Tubo Com

Cobertura

Sistema Misto Fotovoltaico+Trmico

em Separado

Anlise Econmica Colectores Hbridos VS Sistema Misto

Figura 1.1 Objectivos do trabalho.


2.


Estado da Arte Colector Solar Hbrido


3

Colector Solar Hbrido


Nas ltimas dcadas e, em particular, a partirnacional tem apresentado um crescimento bastante acentuado. De facto, entre o perodo de 1990 - 2005, a procura de energia final aumentou, aproximadamente, 3,2 % ao ano, superior a mdia dos restantes Estados (Mantzos, L. e Capros, P., um forte aumento da taxa de crescimento da procura de energia nos sectores dos Transportes e Edifcios (Residencial e Servio

O sector dos edifcios representa cerca de 32% do consumo energtico final em Portugal (Mantzos, L. e Capros, P., 2005)conforto dos edifcios aucomodidades, que originam um maior consumo de energia, quer no sector domstico quer no sector de servios (Fernandes, E., 2002)procura de energia elctrica tem aumentado gradualmente, representando aproximadamente 42% da energia final (Direco elctrica gerada por combustveis fsseis

Com este ascendente do consumo de energia e a forte dependncia do sector energtico do exterior, devido ausncia de recursos de origem fssil, tornauma sinergia entre eficincia energtica e a aposta em fontes de energia renovvel. Com efeito, o aproveitamento das energias endgenas e utilizao racional da energiaservir para baixar a factura energtica externa, mas tambm contribuir para o aumento do desempenho ambiental dos sistemas energticos, vertente fundamental para o desenvolvimento sustentvel

Como em Portugal mdia Europeia (figura 2.exequvel (Direco Geral de E

3728

1052

2290

Consumo de Energia Final

Figura 2.1 Comparao do consumo de energia final por sector em 1990 e 1995.


2.1

dcadas e, em particular, a partir dos anos noventa, a procura de energia nacional tem apresentado um crescimento bastante acentuado. De facto, entre o perodo de

2005, a procura de energia final aumentou, aproximadamente, 3,2 % ao ano, superior a mdia dos restantes Estados Membro da Unio Europeia que se situou em cerca de 1,1%

2005). Uma anlise desagregada, por sector consumidorum forte aumento da taxa de crescimento da procura de energia nos sectores dos Transportes e Edifcios (Residencial e Servios) (figura 2.1).

Fonte: (Mantzos, L. e Capros, P., 2005).

O sector dos edifcios representa cerca de 32% do consumo energtico final em (Mantzos, L. e Capros, P., 2005). Com o decorrer dos tempos, a qualidade e o

conforto dos edifcios aumentou. Hoje, encontram-se disposio do utilizadorcomodidades, que originam um maior consumo de energia, quer no sector domstico quer no

(Fernandes, E., 2002); (Monteiro, J., 2005). No sector dos edifcios a elctrica tem aumentado gradualmente, representando aproximadamente

(Direco Geral de Geologia e Energia, 2005). Sendo 64% da energia elctrica gerada por combustveis fsseis (Direco Geral de Geologia e Energia, 2007

ascendente do consumo de energia e a forte dependncia do sector energtico do exterior, devido ausncia de recursos de origem fssil, tornauma sinergia entre eficincia energtica e a aposta em fontes de energia renovvel. Com

aproveitamento das energias endgenas e utilizao racional da energiaservir para baixar a factura energtica externa, mas tambm contribuir para o aumento do desempenho ambiental dos sistemas energticos, vertente fundamental para o

mento sustentvel (Martins, A. e Santos, V., 2005). a disponibilidade do recurso solar elevada, situando2.2), o aproveitamento da energia solar para fins energticos

Geral de Energia, 2003).

4580

Consumo de Energia Final - 1990

5649

7055

2727

3271

Consumo de Energia Final

Comparao do consumo de energia final por sector em 1990 e 1995.


4

2.1 Enquadramento

venta, a procura de energia nacional tem apresentado um crescimento bastante acentuado. De facto, entre o perodo de

2005, a procura de energia final aumentou, aproximadamente, 3,2 % ao ano, superior a que se situou em cerca de 1,1% por sector consumidor, evidencia

um forte aumento da taxa de crescimento da procura de energia nos sectores dos Transportes e

O sector dos edifcios representa cerca de 32% do consumo energtico final em . Com o decorrer dos tempos, a qualidade e o

se disposio do utilizador novas comodidades, que originam um maior consumo de energia, quer no sector domstico quer no

No sector dos edifcios a elctrica tem aumentado gradualmente, representando aproximadamente

. Sendo 64% da energia eral de Geologia e Energia, 2007).

ascendente do consumo de energia e a forte dependncia do sector energtico do exterior, devido ausncia de recursos de origem fssil, torna-se necessrio uma sinergia entre eficincia energtica e a aposta em fontes de energia renovvel. Com

aproveitamento das energias endgenas e utilizao racional da energia, no s servir para baixar a factura energtica externa, mas tambm contribuir para o aumento do desempenho ambiental dos sistemas energticos, vertente fundamental para o

a disponibilidade do recurso solar elevada, situando-se acima da da energia solar para fins energticos

5649

Consumo de Energia Final - 2005

Indstria

Transportes

Servios

Domstico

Valores em Ktep

Comparao do consumo de energia final por sector em 1990 e 1995.


5

Geralmente, a energia solar convertida de duas formas (Fernandes, E. O., 2002):

Converso Trmica, produzindo calor, geralmente em colectores solares para aquecimento de guas (figura 2.3);

Figura 2.3 Sistema de produo de guas quentes sanitrias.

Converso directa em energia elctrica, em mdulos fotovoltaicos (figura 2.4).

Figura 2.4 Sistema fotovoltaico de gerao de electricidade.

Figura 2.2 Mapa da distribuio da radiao solar incidente no plano horizontal na Europa.


6

2.1.1 Solar Trmico

O colector solar o dispositivo que converte a radiao solar incidente em calor til. Calor esse que pode ser utilizado para aquecimento de guas ou ambiente (ar). O sector domstico, tradicionalmente, representa o mercado com maior potencial para utilizao desta tecnologia, particularmente no aquecimento de guas quentes sanitrias (Martins, A. e Santos, V., 2005). Pois, neste sector, o aquecimento de guas representa cerca de 50% do consumo de energia (Mendes, J., 2006). O colector solar ganha interesse medida que os consumos de gua quente se intensificarem, uma vez que uma tecnologia sem custos de explorao e com custos reduzidos de manuteno. Dai que h um grande campo de expanso no sector de servios (piscinas, hotis, hospitais, etc.) e no sector industrial (Fernandes, E., 2002). Nos ltimos anos, foram tomas vrias medidas no sentido de fomentar o aproveitamento da energia solar, para o aquecimento de guas quentes sanitrias, destacando-se:

Programa gua Quente Solar, cujo objectivo era a criao de um mercado sustentvel de energia solar, atingindo-se um milho de m2 de colectores instalados at 2010 (Direco Geral de Energia, 2003). Para tal, existia um incentivo fiscal, na qual o utilizador poderia deduzir ao IRS Imposto sobre o Rendimento Singular 30% das importncias despendidas com a aquisio de equipamentos solares novos, com um limite de 700 euros. Esta deduo no era acumulvel com as dedues relativas a encargos com imveis (Direco Geral de Energia, 2003);

A nova verso do RCCTE Regulamento das Caractersticas de Comportamento Trmico dos Edifcios, obriga instalao de painis solares para a produo de guas quentes sanitrias (Decreto-Lei n 80/2006);

Decreto-Lei n 363/2007, estabelece que o microprodutor de electricidade para beneficiar do regime de remunerao bonificado tem de possuir colectores solares trmicos (Decreto-Lei n 363/2007);

Oramento de Estado para 2008, permite uma deduo ao IRS 30% do valor dispendido com equipamento para aproveitamento de energias de fonte renovvel, com um limite de 777 euros. Sendo acumulvel com as dedues relativamente a encargos com imveis.

Embora, aps o Programa gua Quente Solar o nmero de colectores instalados tenha aumentado, verifica-se que ainda est longe de um milho de m2. Espera-se que estas novas medidas abram um amplo mercado para o desenvolvimento da energia solar, contribuindo para a diminuio da poluio e da dependncia energtica de Portugal (Mendes, J., 2006).


Potncia a Injectar 50%

Contratada

Os mdulos fotovoltaicos permitem converter delectricidade. Normalmenteelctrica gerada um elevado grau de fiabilidadeimpacto ambiental de produzir energia elcassociada ao fabrico das prprias clulas

Os painis fotovoltaicos podem ser empregues em sistemas

Ligados a rede elctrica, injectando nesta a totalidade da ene Isolados, onde a energia consumida pelo utilizador;

Hbridos, alimentando directamente cargas isoladas, em conjunto com outros conversores de energias endgenas (elico).

No caso de instalaes fotovoltaicas, directamente ligadas rede pblica, incentivos na compra da energia elctrica gerada. Assim, o produtor pode vender a electricidade a um preo superior amicroprodutor ter uma comparativamente aos 10 cntimos fundo, em termos de balano de energiaenergia rede e depois comprar o que necessita para consumo. Para o acesso a esta tariregime bonificado, os requisitos necessrios so: poder injectar na rede uma potncia superior a 50% da potncia contratada para a instalao elctrica de utilizao, potncia de ligao at 3,68 kWelectricidade vendida ser limitada a 2,4 MWh/ano por cada quilowatt instalado ((Decreto-Lei n 363/2007).

Figura 2.


Fonte de Energia

Renovvel

Potncia de Ligao 3,68 kW

Colector Solar Instalado

Electricidade Vendida 2,4

MWh/ano/ kW instalado

Potncia a Injectar 50%

Potncia Contratada

Os mdulos fotovoltaicos permitem converter directamente a radiao solar em Normalmente, utiliza-se o silcio como material conversor, possu

um elevado grau de fiabilidade (Castro, R., 2004). a forma com menos impacto ambiental de produzir energia elctrica, sendo a nica poluio resultante a que est associada ao fabrico das prprias clulas (Monteiro, J., 2005).

Os painis fotovoltaicos podem ser empregues em sistemas (Castro, R., 2004):Ligados a rede elctrica, injectando nesta a totalidade da energia;Isolados, onde a energia consumida pelo utilizador;

Hbridos, alimentando directamente cargas isoladas, em conjunto com outros conversores de energias endgenas (elico).

No caso de instalaes fotovoltaicas, directamente ligadas rede pblica, incentivos na compra da energia elctrica gerada. Assim, o produtor pode vender a electricidade a um preo superior ao da rede. Com o novo Decretomicroprodutor ter uma remunerao de 65 cntimos por quilowatt

parativamente aos 10 cntimos por quilowatt hora vendidos pele rede pblica. No fundo, em termos de balano de energia, o produtor beneficia se vender a totalidade da

rede e depois comprar o que necessita para consumo. Para o acesso a esta tariregime bonificado, os requisitos necessrios so: ser uma fonte de energia renovvel, no

injectar na rede uma potncia superior a 50% da potncia contratada para a instalao elctrica de utilizao, potncia de ligao at 3,68 kW, possuir u

limitada a 2,4 MWh/ano por cada quilowatt instalado (

Figura 2.5 Condies de acesso ao regime bonificado.


7

2.1.2 Fotovoltaico

irectamente a radiao solar em o silcio como material conversor, possuindo a energia

a forma com menos trica, sendo a nica poluio resultante a que est

(Castro, R., 2004): rgia;

Hbridos, alimentando directamente cargas isoladas, em conjunto com outros

No caso de instalaes fotovoltaicas, directamente ligadas rede pblica, existem incentivos na compra da energia elctrica gerada. Assim, o produtor pode vender a

o da rede. Com o novo Decreto-Lei n 363/2007, o ilowatt hora gerado,

hora vendidos pele rede pblica. No vender a totalidade da

rede e depois comprar o que necessita para consumo. Para o acesso a esta tarifa, do ser uma fonte de energia renovvel, no

injectar na rede uma potncia superior a 50% da potncia contratada para a instalao , possuir um colector solar e a

limitada a 2,4 MWh/ano por cada quilowatt instalado (figura 2.5)

de acesso ao regime bonificado.


O regime bonificado est dividido em tr(Decreto-Lei n 363/2007).

Da mesma forma, como a electricidade de origem renovvel, emisses de dixido de carbono das centrais trmicas, que podem assim ser menos solicitadas. Como obrigatrio a emisses ampliada. Assim, em alternativa, ou em compensao s grandes centrais electprodutoras, a microgerao impe(Fernandes, E., 2002).

Figura 2.6


1 a 5 anos 65

cntimos por kWh

6 a 15 anos preo da

tarifa do ano em vigor

16 anos preo da

rede pblica

O regime bonificado est dividido em trs etapas, caracterizadas na figura

Da mesma forma, como a electricidade de origem renovvel, emisses de dixido de carbono das centrais trmicas, que podem assim ser menos

tadas. Como obrigatrio a existncia de colectores solares trmicos, esta Assim, em alternativa, ou em compensao s grandes centrais elect

produtoras, a microgerao impe-se cada vez mais como uma soluo para o

Figura 2.6 Etapas do regime bonificado.

Regime Bonificado


8

caracterizadas na figura 2.6

Da mesma forma, como a electricidade de origem renovvel, reduzem-se as emisses de dixido de carbono das centrais trmicas, que podem assim ser menos

colectores solares trmicos, esta diminuio de Assim, em alternativa, ou em compensao s grandes centrais electro

se cada vez mais como uma soluo para o futuro


9

2.2 O que um Colector Solar Hbrido?

O colector solar hbrido uma tecnologia que converte a radiao solar, simultaneamente, em electricidade e calor (figura 2.7). Combina as funes do colector solar trmico e fotovoltaico (Charalambous, P. G. et al, 2006; Zondag, H. A. et al, 2003; Zondag, H. A., 2007).

Figura 2.7 Colector hbrido composto por clulas fotovoltaicas e um sistema de aproveitamento de calor.

Basicamente, consiste na adio de uma placa absorsora a um mdulo fotovoltaico (figura 2.8). Desta forma, a placa absorsora ir colectar a energia trmica provocando um arrefecimento no mdulo fotovoltaico, o que resulta numa melhoria no seu comportamento elctrico. Essa energia trmica aproveitada para aquecer gua ou ar (Charalambous, P. G. et al, 2006; Zondag, H. A. et al, 2003).

Figura 2.8 Estrutura habitual de um colector hbrido.


10

O sistema hbrido composto por uma parte trmica e uma elctrica, como pode ser visto na figura 2.9. O sistema elctrico formado por cabos de ligao, inversor e ligao a rede elctrica (no presente caso). O sistema trmico, para aquecimento de guas sanitrias, constitudo por tubagens, depsito de armazenamento, permutador exterior e grupo de circulao (bomba circuladora, vlvulas, regulador de caudal e termmetros de ida e retorno) (Vries, D. W., 1998).

Figura 2.9 Componentes de um sistema hbrido para aquecimento de guas e gerao de electricidade (ligada a rede pblica).

As principais vantagens do colector hbrido so:

Este tipo de colectores gera uma maior quantidade de energia elctrica e trmica por m2,do que uma soluo em separado (trmico + fotovoltaico). O que particularmente til em situaes em que a rea de telhado reduzida;

Do ponto de vista esttico, o colector hbrido proporciona uma soluo mais harmoniosa, em contraste com a combinao de um trmico com um fotovoltaico;

Pelo facto, de que apenas um tipo de colector ser instalado, em vez de dois, o custo de instalao menor.

Fonte: (Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2003; Zondag, H. A., 2007).


11

2.3 Rendimento Elctrico e Trmico

Embora, como referido acima, o aproveitamento do calor gerado pelas clulas fotovoltaicas aumente a eficincia elctrica, na verdade, um colector hbrido, tem geralmente, um rendimento elctrico mais baixo que um fotovoltaico (figura 2.10). Isto deve-se radiao solar reflectida na cobertura do mdulo, causando perdas no rendimento na ordem dos 8% (Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2003; Zondag, H. A., 2007).

Figura 2.10 Comparao entre o rendimento elctrico de um Colector Hbrido com Uma Cobertura e um mdulo fotovoltaico.

* O segundo eixo dos x representa a diferena entre a temperatura de entrada da gua no colector e a temperatura ambiente, a dividir pela radiao incidente. Geralmente, nos colectores hbridos, o rendimento trmico e elctrico vem em funo deste parmetro.

Fonte: (Zondag, H. A., 2007).

O rendimento elctrico depende bastante do tipo de material das clulas, que pode ser: monocristalino, policristalino e amorfo

O rendimento trmico de um painel hbrido inferior a um colector solar trmico (figura 2.11).


12

Figura 2.11 Comparao entre o rendimento trmico de um colector trmico e um Colector Hbrido de Uma Cobertura.


Esta perda no rendimento devido a quatro factores:

O coeficiente de absoro da superfcie fotovoltaica menor do que um colector trmico, e existem as vrias perdas por reflexo. Enquanto num colector normal o coeficiente de absoro superior a 95%, num colector hbrido situa-se entre 75 85% (Santbergen, R., 2006; Kalogirou, S. A., 2006; Zondag, H. A., 2007). A clula fotovoltaica s absorve radiao solar se a energia do foto for superior a energia da banda de conduo. Assim, as radiaes com comprimento de onda longo, com uma energia de foto menor que a da banda de conduo, sero dificilmente absorvidas (Santbergen, R., 2006; Monteiro, C., 2007). As perdas por reflexo podem ocorrer na cobertura do mdulo (se existir), no vidro de proteco das clulas e nas prprias clulas fotovoltaicas (Zondag, H. A., 2007);

A resistncia trmica, entre a superfcie absorsora e o fluido do colector (neste casos gua), aumenta devido a adio de sucessivas camadas de material (clulas fotovoltaicas, material de encapsulamento (EVA silicone), lmina de proteco das clulas, vidro e a convencional placa absorsora). O que implica um coeficiente de transferncia de calor menor, tendo um efeito depreciativo tanto no rendimento trmico como elctrico (Zondag, H. A., 2007);

A superfcie fotovoltaica no selectiva, resultando em elevadas perdas trmicas por radiao. De facto, o silcio possui uma elevada emissividade a comprimentos de onda longos, originando elevadas perdas por radiao. Um colector hbrido apresenta maiores perdas no topo do mdulo (Zondag, H. A., 2007; Santbergen, R., 2006);

A radiao solar que convertida em electricidade, no aproveitada para fins trmicos.


13

A figura 2.12 mostra o efeito da remoo sucessiva destes factores, concluindo-se, que num colector hbrido, o declnio de rendimento trmico advm, principalmente, do baixo coeficiente de absoro e as perdas elevadas por radiao.

Figura 2.12 Efeito da remoo sucessiva das perdas de rendimento num colector hbrido at alcanar um colector trmico.

* Hca coeficiente de transferncia de calor entre as clulas e a placa absorsora:



14

2.4 Tipos de Colectores Hbridos a gua

Os colectores hbridos a gua podem ser divididas em quatro grupos (figura 2.13): Colector Hbrido Placa Tubo (1); Colector Hbrido de Canais (2); Colector Hbrido de Corrente Livre (3); Colector Hbrido com Duas Superfcies Absorsoras (4).

Figura 2.13 Diferentes tipos de mdulos hbridos a gua.

Fonte: (Zondag, H. A. et al, 2003; Vries, D. W., 1998).

O tipo de colectores (2), (3) e (4) no foram ainda comercializados por nenhuma empresa do sector. A principal desvantagem, destes mdulos, possurem um design diferente do frequente colector trmico, sendo mais difcil a sua construo. De facto, os mdulos (2) e (3) apresentam problemas de construo devido a sua estrutura pesada e frgil. Por sua vez, no colector (3), a livre circulao de gua origina evaporao, responsvel por perdas no rendimento trmico e elctrico (Zondag, H. A. et al, 2003; Vries, D. W., 1998; Kalogirou, S. A., 2006). Assim, no presente trabalho, e pelas razes atrs referidas, s ser analisado o tipo de Colector Placa Tubo.


15

2.4.1 Colectores Hbridos Analisados

Os colectores hbridos analisados foram os seguintes:

Colector Hbrido Placa - Tubo Com Uma Cobertura (1); Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura (2); Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes (3).

O Colectores Hbridos Placa Tubo Com Ou Sem Cobertura ((1) e (2)) contm a construo mais simples e com maior fiabilidade para um mdulo hbrido. Estes mdulos so obtidos pela integrao de clulas fotovoltaicas e seus componentes (material de encapsulamento (EVA silicone), lmina de proteco das clulas e vidro) num colector trmico, sem nenhuma modificao (figura 2.14) (Zondag, H. A. et al, 2003; Kalogirou, S. A., 2006; Charalambous, P. G. et al, 2006).

Figura 2.14 Colector Hbrido Placa Tubo com Cobertura (1) e sem Cobertura (2).


16

Com o intuito de diminuir as perdas trmicas e aumentar a temperatura de operao da gua, adiciona-se uma cobertura no topo do mdulo (Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura (1)). Assim melhora-se, substancialmente, o rendimento trmico. Contudo, a cobertura no topo faz diminuir a energia elctrica obtida, devido a radiao que absorvida e reflectida no vidro e devido ao aumento da temperatura das clulas (Zondag, H. A., 2007; Kalogirou, S. A., 2006). Por essa razo, em solues em que se pretende um rendimento elctrica mais elevada, opta-se por colectores sem cobertura (Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura (2)). Colectores hbridos com mais que duas coberturas no tm grande aplicabilidade, pois o rendimento elctrico diminui bastante (Zondag, H. A., 2007).

O Colector Hbrido de Clulas Transparentes, como do tipo placa tubo, possui uma construo simples. Embora, este tipo de mdulos no contenha uma cobertura no topo, o rendimento elctrico no muito elevado. Isto deve-se a reduzida rea fotovoltaica. A transparncia das clulas, ou melhor, o mais baixo nmero de clulas por mdulo, permite a penetrao directa da radiao solar na placa absorsora, melhorando o rendimento trmico (figura 2.15).

De facto, as clulas fotovoltaicas empregadas no so transparentes, o espao entre elas que deixa entrar a radiao solar.

Figura 2.15 Colector Hbrido Placa Tubo com Clulas Transparentes (3).


17

2.5 Presente Mercado e Desenvolvimento Futuro dos Colectores Hbrido

Os colectores hbridos ainda no tm grande expresso no mercado da energia solar. A maioria dos mdulos a gua foram desenvolvidos a partir do tradicional colector solar trmico, adaptado pela adio de clulas fotovoltaicas na superfcie absorsora. As principais empresas na rea dos painis hbridos a gua esto expressas na tabela 2.1.

Tabela 2.1 Empresas na rea dos colectores hbridos a gua.

Millennium Electric Fabrica Colectores Hbridos Sem Cobertura que opera a gua e ar no mesmo mdulo (figura 2.16 (1)).

PVTWINS Constri Colectores Hbridos Placa Tubo Com ou Sem Cobertura (figura 2.16 (2) e (3)).

Solon Est a desenvolver um Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura.

Esta empresa continua o trabalho desenvolvido pela Solarwerk no mbito dos mdulos Placa - Tubo Com Cobertura (figura 2.16 (5)).

Solarwatt Desenvolveu um projecto no mbito dos colectores hbridos entre 1996

1997. Contudo, problemas de fabrico levaram a queda do projecto (figura 2.16 (6)).

Zenit Construiu um prottipo de um colector hbrido em 1997, mas ainda no o comercializa

Powerlight Desenvolveu um projecto no mbito dos colectores hbridos entre 1997

2003, mas como foram detectados problemas de construo a sua comercializao foi adiada.

ICEC Construiu um colector hbrido a gua em 1999 mas ainda no o comercializa.

Sekisui Chemical Comeou a comercializar um colector hbrido em 1999, porm j no o confecciona este tipo de mdulos (figura 2.16 (4)).

Fonte: (Affolter, P. et al, 2006;International Energy Agency, 2002).


18

A falta de certificao dos mdulos hbridos muito tem contribudo para a sua pouca expanso. Nos seus congnitos, colector solar trmico e fotovoltaico existe j um processo de certificao, o que faz aumentar a confiana e credibilidade no consumidor, levando a standarizao dos produtos (Affolter, P. et al, 2006).

Num futuro prximo, espera-se um aumento na aplicao de colectores hbridos No sector dos edifcios vrias mudanas tm ocorrido. Cada vez mais, h prevalncia para edificaes multifamiliares e para o aproveitamento da energia solar. Como nos edifcios multifamiliares, a rea de telhado por habitante reduzida, este factor pode ser importante para o progresso do colector hbrido, que uma soluo mais eficiente por m2. Tambm, o aumento das necessidades de conforto, nos edifcios, abrir um amplo mercado para os colectores hbridos a ar, integrados em sistemas de ventilao com recuperador de calor (Affolter, P. et al, 2006). Com os novos incentivos microgerao, o sistema fotovoltaico conectado rede pblica ir prosperar, o que ser vantajoso para os colectores hbridos.

Em suma, no futuro, grande parte da procura de energia nos edifcios ser fornecida por sistemas solares, onde se prev que os colectores hbridos ocupem um lugar de destaque (Affolter, P. et al, 2006).

Figura 2. 16 Colectores hbridos fabricados ((1) - Millennium Electric, (2) e (3) PVTWINS, (4) - Sekisui Chemical, (5) Solarwerk e (6) Solarwatt).


3.


Determinao das Curvas de Rendimento Trmico e Elctrico


19

Determinao das Curvas de Rendimento Trmico e Elctrico


20

3.1 Caracterizao dos Colectores Hbridos

3.1.1 Caractersticas Trmicas e Suas Dimenses

Como referido anteriormente, o colector hbrido composto por um mdulo fotovoltaico adaptado a um colector trmico. No presente trabalho, no foi sugerida nenhuma marca, em particular, para estes dois constituintes. Como tal, foram seleccionadas determinadas clulas de silcio policristalino e monocristalino e aplicadas num colector trmico. As caractersticas, deste colector trmico, so semelhantes ao empregue por Douwe de Vries e H.A. Zondag nos seus trabalhos de investigao (Zondag, H. A. et al, 2003; Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2001). As principais dimenses e propriedades trmicas dos materiais, utilizados nos colectores hbridos, so mostradas na figura 3.1e 3.2, e nas tabela 3.1 e 3.2.

Figura 3.1 Estrutura do Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura (A estrutura a mesma para o colector hbrido placa tubo sem cobertura excepto a presena do vidro no topo).


21

Tabela 3.1 Principais dimenses dos colectores hbridos.

Smbolo Descrio Valor Acolector rea do Colector Hbrido 1,767 m2 (b x L=1,88 x 0,94m2) Aclulas

(Colector Hbrido Placa Tubo Com ou Sem Cobertura)

1,752 m2(n de clulas x rea de Clula =72*0,1562 m2)

Aclulas (Colector Hbrido Placa Tubo com Clulas Transparentes)

1,314 m2(n de clulas x rea de Clula =54*0,1562 m2)

Di Dimetro Interior do Tubo 0,010 m D Dimetro Exterior do Tubo 0,012 m W Distncia entre Tubos 0,095 m H Espessura da Camada de Ar 0,02 m

Figura 3.2 Estrutura do Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes.


22

Tabela 3.2 Propriedades trmicas e espessuras dos materiais utilizados nos colectores.

Smbolo Descrio Valor

Uca Coeficiente de Transferncia de Calor entre as Clulas e a Placa

Absorsora (figura 3.1) 500 W/m2 K

abs Condutividade da Placa Absorsora 390 W/m K espabs Espessura da Placa Absorsora 0,0002 m

vidrocobertura Condutividade do Vidro da

Cobertura 0,9 W/m K

vidrocelulas Condutividade do Vidro de

Proteco das Clulas (Vidro + Encapsulamento)

0,9 W/m K

espvidroclulas Espessura do Vidro de Proteco das Clulas (Vidro + Encapsulamento) 0,003 m

espvidroclulas,cima Espessura do Vidro (Cima) de Proteco das Clulas (Vidro +

Encapsulamento) Colector Com Clulas Transparentes

0,0032 m

vidrocelulas, cima

Condutividade do Vidro (Cima) de Proteco das Clulas (Vidro +


0,9 W/m K

espvidroclulas,baixo Espessura do Vidro (Baixo) de Proteco das Clulas (Vidro +


0,003 m

vidrocelulas, baixo

Condutividade do Vidro (Baixo) de Proteco das Clulas (Vidro +


0,9 W/m K

espvidrocobertura Espessura do Vidro da Cobertura 0,0032 m Uba

Coeficiente de Transferncia de Calor no Isolamento 1 W/m

2 K

Fonte: (Zondag, H. A. et al, 2003; Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2001).


23

3.1.2 Caractersticas Elctricas

A potncia mxima de uma clula fotovoltaica muito baixa, geralmente insuficiente para a maioria das aplicaes. Por esse motivo, as clulas so agrupadas em srie e paralelo Neste caso, nos colectores hbridos analisados, as clulas so ligadas em srie, como acontece em grande parte dos mdulos fotovoltaicos (figura 3.3) (Luque, A. e Hegedus, S., 2003).

As clulas aplicadas tm as seguintes especificidades (tabelas 3.3 e 3.4):

Tabela 3.3 Propriedades elctricas das clulas policristalinas.

Clula Policristalina (nas condies STC*) Smbolo Descrio Valor

Acelula rea da Clula 0,02434 m2 Imax Corrente Mxima 6,95 A Vmax Tenso Mxima 0,481 V Icc Corrente de Curto - Circuito 7,70 A Vca Tenso de Circuito Aberto 0,594 V

Icc Coeficiente de Variao da Corrente

de Curto Circuito com a Temperatura

0,0055A/C

MP Coeficiente da Variao da

Eficincia com a Temperatura no Ponto de Mxima Potncia

-0,004/C

MP(REF) Rendimento Elctrico das Clula

Fotovoltaica Mxima Potncia nas Condies STC

13,7%

* Condies de referncia (Tclula = 25C, Radiao Incidente = 1000W/m2 e espectro solar AM 15)

Fonte: (Ver anexo A1).

Figura 3.3 Mdulo fotovoltaico com 36 clulas ligadas em srie.


24

Tabela 3.4 - Propriedades elctricas das clulas monocristalinas.

Clula Monocristalina (nas condies STC*) Smbolo Descrio Valor

Aclula rea da Clula 0,02434 m2 Imax Corrente Mxima 8,005 Vmax Tenso Mxima 0,5 Icc Corrente de Curto - Circuito 8,7 Vca Tenso de Circuito Aberto 0,61



0,00261 A/K (0,0003 (1/K) x Icc (A))

MP Coeficiente da Variao da Eficincia com a Temperatura no

Ponto de Mxima Potncia -0,0051/K

MP(REF) Rendimento Elctrico da Clula

Fotovoltaica Mxima Potncia nas Condies STC

16,4%

* Condies de referncia (Tclula = 25C, Radiao Incidente = 1000W/m2 e espectro solar AM 15)

Fonte: (Ver anexo A2).

MP(REF) foi calculado pela seguinte equao:

refclula

maxmax)(Re G A

V IfMP =

Sendo o Gref igual a 1000W/m2

As caractersticas elctricas dos mdulos so determinadas pelas seguintes expresses:

(Icc)mdulo = (Icc)clula x N de Clulas em Paralelo (Imax)mdulo = (Imax)clula x N de Clulas em Paralelo

(Vca)mdulo = (Vca)clula x N de Clulas em Srie (Vmax)mdulo = (Vmax)clula x N de Clulas em Srie

Como se trata de uma juno em srie, as correntes mxima e de curto circuito, so iguais da clula. Sendo as tenses, mxima e de circuito aberto, proporcionais ao nmero de clulas. Os coeficientes Icc , MP e o rendimento MP(REF) permanecem iguais.

As principais caractersticas elctricas dos colectores hbridos esto expressas nas tabelas 3.5,3.6,3.7e 3.8.


25

Tabela 3.5 Caractersticas elctricas dos Colectores Hbridos Placa Tubo Com ou sem Cobertura (clulas policristalinas).

Colector Hbrido Placa Tubo Com ou Sem Cobertura (Clulas Policristalinas) Smbolo Descrio Valor

nclulas Nmero de Clulas 72 Imax Corrente Mxima 6,95 A Vmax Tenso Mxima 34,63 V Icc Corrente de Curto - Circuito 7,70 A Vca Tenso de Circuito Aberto 42,77 V



0,0055A/C



-0,004/C

MP(REF) Rendimento Elctrico das Clulas

Fotovoltaicas Mxima Potncia nas Condies STC

13,7%

Tabela 3 6 - Caractersticas elctricas dos Colectores Hbridos Placa Tubo Com ou sem Cobertura (clulas monocristalinas).

Colector Hbrido Placa Tubo Com ou Sem Cobertura (Clulas Monocristalinas) Smbolo Descrio Valor

nclulas Nmero de Clulas 72 Imax Corrente Mxima 8,005 Vmax Tenso Mxima 36,0 Icc Corrente de Curto - Circuito 8,7 Vca Tenso de Circuito Aberto 43,92



0,00261 A/K (0,0003 x Icc A/K)



-0,0051/K



16,4%


26

Tabela 3.7 - Caractersticas elctricas do Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes (clulas policristalinas).

Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes (Clulas Policristalinas)

Smbolo Descrio Valor nclulas Nmero de Clulas 54 Imax Corrente Mxima 6,95 A Vmax Tenso Mxima 25,97 Icc Corrente de Curto - Circuito 7,70 A Vca Tenso de Circuito Aberto 32,08



0,0055A/C



-0,004/C



13,7%

Tabela 3.8 - Caractersticas elctricas do Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes (clulas monocristalinas).

Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes (Clulas Monocristalinas)

Smbolo Descrio Valor nclulas Nmero de Clulas 54 Imax Corrente Mxima 8,005 Vmax Tenso Mxima 27,0 Icc Corrente de Curto - Circuito 8,7 Vca Tenso de Circuito Aberto 32,94



0,00261 A/K (0,0003 x Icc A/K)



-0,0051/K



16,4%


27

3.2 Modelos Desenvolvidos

3.2.1 Introduo

Os modelos desenvolvidos, no presente relatrio, tm por base os trabalhos de investigao elaborados pelos autores dos seguintes artigos (Zondag, H. A. et al, 2003; Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2001).

Com o intuito de determinar as curvas de rendimento, dos mdulos hbridos apresentados anteriormente, foram desenvolvido trs modelos numricos. Tais modelos representam os vrios processos de transferncia de calor entre os elementos do colector. No entanto, devido complexidade da geometria dos colectores e de alguns fenmenos subjacentes a esta, foram feitas algumas aproximaes. A primeira simplificao foi considerar os tubos de gua rectilneos, em vez de serpenteados, como acontece na realidade (figura 3.4).

Assim, ignora-se os efeitos relacionados com as curvas do serpenteado que so: menor coeficiente de transferncia de calor entre a parede do tubo e o fluido (gua) e variao da seco do tubo (Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2001). Geralmente, os autores de modelos de transferncias de calor, em colectores hbridos, consideram esta primeira opo. Na verdade, os efeitos que advm da suposio de tubos de gua rectilneos so de mnima importncia, citando Douwe de Vries em (Vries, D. W., 1998).

Num colector hbrido, as trocas de calor, entre os seus elementos, so tridimensionais e dinmicas. Porm, no presente caso, os modelos so estacionrios e unidimensionais. Os erros resultantes, destas duas aproximaes, so mnimos. Os efeitos dinmicos tm pouca influncia nos resultados e os modelos unidimensionais conduzem a resultados bastante satisfatrios (Zondag, H. A. et al, 2001).

Para se determinar, as curvas de rendimento trmico e elctrico, para um colector, so necessrios dois modelos: um modelo de transferncias de calor e um ptico. O segundo modelo, o ptico, tem como objectivo determinar o coeficiente de transmisso absoro ()

Figura 3.4 Colector hbrido real com tubos serpenteados (esquerda) , colector hbrido considerado no modelo com tubos rectilneos (direita).


28

das clulas fotovoltaicas e o respectivo coeficiente de transmisso do vidro da cobertura. Contudo, este modelo no foi objecto de estudo neste trabalho. Os seus resultados so mostrados na tabela 3.9.

Tabela 3.9 Resultados do modelo ptico.

Tipo de Colector ()clula vidrocobertura Colector Hbrido Placa Tubo

Sem Cobertura 0,78 1

Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura 0,74 0,92

Fonte: (Zondag, H. A. et al, 2003).

Estes valores sero introduzidos nos modelos trmicos, que a seguir se descrevem. Na literatura sobre colectores hbridos, no foi encontrado nenhum modelo ptico para o Colector Com Clulas Transparentes. Como tal, aplicou-se os valores do mdulo sem cobertura no modelo trmico do mdulo com clulas transparentes. Como, ambos os colectores no possuem cobertura no topo, o coeficiente de transmisso absoro nas clulas o mesmo (Tabela 3.10).

Tabela 3.10 Factores de transmisso absoro utilizados no Colector Hbrido Com Clulas Transparentes.

Tipo de Colector ()clula vidrocobertura Colector Hbrido Placa Tubo

Com Clulas Transparentes 0,78 1

Os colectores forma simulados nas condies apresentadas na tabela 3.11.

Tabela 3.11 Condies de simulao dos colectores hbridos.

Tamb Temperatura Ambiente 20C G Radiao Incidente 800W/m2

Vvento Velocidade do Vento 1m/s Tin

Temperatura de Entrada da gua 20 60C agua Caudal de gua 76/3600 kg/(m2 s)

Inclinao do Colector 45


29

3.2.2 Modelo para o Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura

Os fluxos de calor, no Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura, esto descritos na figura 3.5 Estes fluxos so expressos por m2 de colector, ou seja, (W/(m2 Colector))

Figura 3.5 Transferncias de calor no Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura.

Transferncias de Calor no Topo da Cobertura

No topo da cobertura, as perdas de calor para o ambiente so por conveco (qamb,conv ) e radiao (qamb,rad).

qvidrocobertura = qamb,conv + qamb,rad (1)

De acordo com Duffie e Beckman, o cu pode ser considerado um corpo negro a uma determinada temperatura. Assim, a irradiao que libertada pela cobertura pode ser obtida pela expresso (2) (Duffie, J. e Beckman,W., 1991)

, , (2)

a constante de Stefan Boltzman e vidrocobertura a emissividade do vidro da cobertura (vidrocobertura = 0,9). A temperatura do cu estimada pela equao (3).

Tcu = 0,0552 Tamb1,5 (3) (Vries, D. W., 1998)

Sendo Tamb a temperatura ambiente

As perdas por conveco so obtidas por:

, , ) (4)

em que vento o coeficiente de conveco entre o vidro da cobertura e ar ambiente.


30

Este coeficiente dado por:

vento = 5,7 + 3,8 VVento (5) (Duffie, J. e Beckman,W., 1991)

Tambm, ocorre conduo na cobertura. De facto, considerou-se uma temperatura no fundo do vidro diferente da superfcie.

!"#$%$&'#()#*+, !"#$%$&'#()#* ,- , (6)

Transferncias de Calor entre o Vidro da Cobertura e o Vidro de Proteco das Clulas

A transferncia de calor entre os dois vidros d-se por conveco e radiao. //+ , 0 , (7)

O fluxo de calor total, qVidroclulas, igual ao do vidro da cobertura. //+ (8)

Entre as duas superfcies paralelas, o fluxo de calor por radiao determinado por:

, 1 23!"#$%4)4*56723!"#$%$&'#()#*,&*!8$69:3!"#$%4)4*5;

9:3!"#$%$&'#()#*7 //+ ,- (10)

O nmero de Nusselt (Nuar) determinado por:

?@ 1 0 1,44 C1


31

Sendo,

YZ [*# \ ]*#23!"#$%4)4*5723!"#$%$&'#()#*,&*!8$>^_*#` (12)

e,

ab ,*# c*#*# (13)

H, igualmente, conduo entre as clulas e o vidro de proteco.

//+ 3!"#$%4)4*5+,3!"#$%4)4*5 //+ //+P (14)

Transferncias de Calor nas Clulas Fotovoltaicas

A radiao solar que incide nas clulas, parte convertida em energia elctrica, sendo o restante da radiao absorvida por estas. Assim, dP// e//+dPf 0 //+ (15)

sendo qca o fluxo de calor por conduo entre as clulas e placa absorsora. g //+ +P (16)

Uca = 500 W/m2 K , valor definido nos artigos (Zondag, H. A. et al, 2003; Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2001).

Transferncias de Calor na Placa Absorsora

A distribuio da temperatura, na placa absorsora, aproximada pelas seguintes equaes:

Para h i C0, k7lm L , +hP hP (17)

Para h i C k7lm , nm L , +hP (18) (Vries, D. W., 1998)

Sendo Tbond a temperatura da placa na base do tubo

A temperatura T(x) calculada atravs das equaes (19) e (20). Estas expresses foram desenvolvidas a partir de estudos realizados por Duffie e Beckman, sobre a distribuio da temperatura numa placa absorsora. A temperatura da placa varia ao longo do eixos dos xx de acordo com a figura 3.5 (linha a trao interrompido).


32

hP o Sp%* 2%4)4*5;p&* 2*q&p%*;p&* Vr HIJs -P

HIJstSuvw` Vx0 p%* 2%4)4*5;p&*2*q&p%*;p&* (19)

onde,

y p%*;p&**&5 +,*&5 (20)

(Demonstrao das equaes (17) e (18) ver anexo B)

A temperatura mdia da placa absorsora obtida integrando as equaes (17) e (18), dentro dos respectivos limites em x, ou seja,

+ mn z{ hP|huvw

`E 0 { |hu`uvwP`

} (21) resultando,

+ mn ~ SlmV 0 ZZZZ Sn7lm V 0 Csinht Sn7lm Vx sinh0P L (22) sendo,

ZZZZ p%*2%4)4*5;p&*2*q&p%*;p&* (23) e

C Sp%*2%4)4*5;p&*2*q&p%*;p&* VL 2300 ?@\ 0,023 Y\E,F ab\E, (26)

para Regua < 2300 ?@\ 4,364 (27)


33

Transferncias de Calor no Isolamento

No isolamento existe transferncia de calor por conduo entre a placa absorsora e o ambiente. g+ P (28)

por outro lado, \ (29)

Rendimento Trmico e Elctrico

O rendimento elctrico de um colector hbrido dado por:

e/ [ / [ G / (30)

sendo, aZ bZ |Z e//+ //+df (31) e aZ |Z YZ|Z | b / f (32)

resultando,

e/ %4)4* %4)4*53!"#$%$&'#()#* $4'%($# (33)

(Chow,T.T. et al, 2005; Chow,T.T., 2003) Nos Colectores Hbridos Placa Tubo Com Ou Sem Cobertura, a rea de clulas ocupa, praticamente. o mdulo todo (Aclulas/Acolector = 0,992) Como tal, para o clculo do rendimento elctrico considerou-se a rea de clulas igual ao colector. Aproximao feita, igualmente, pelos autores dos artigos (Zondag, H. A. et al, 2003; Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2001). e/ e//+ d (34)

Sendo o rendimento das clulas dado por: e//+ e[GP 1 0 [//+ 25P (35)


34

O rendimento trmico calculado por:

e2 )* (36) sendo,

\ \ \ \ (37)

A potncia trmica igual a, aZ bZ |Z e2 /f (38)

As curvas de rendimento esto em funo da temperatura Tred , definida pela seguinte expresso:

2! 7 2*q&P (39)


35

3.2.3 Modelo para o Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura

Os fluxos de calor, no Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura, esto descritos na figura 3.6. Estes fluxos so expressos por m2 de colector, ou seja, (W/(m2 Colector))

O modelo do Colector Hbrido Sem Cobertura muito semelhante ao anterior (Colector Hbrido Com Cobertura). Como tal, no presente modelo, no ser feita uma descrio exaustiva; apresenta-se apenas as equaes que caracterizam as trocas de calor, no referido mdulo.

Figura 3.6 Transferncias de calor no Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura

Transferncias de Calor no Vidro das Clulas

//+ = qamb,conv + qamb,rad (1) , //+ //+ (2)

(Duffie, J. e Beckman,W., 1991)

a constante de Stefan Boltzman e sendo Vidroclulas a emissividade do vidro de proteco das clulas (Vidroclulas =0,9).

Tcu = 0,0552 Tamb1,5 (3) (Vries, D. W., 1998)

Sendo Tamb a temperatura ambiente , //+ ) (4)

em que vento o coeficiente de conveco entre o vidro das clulas e ar ambiente.



36

//+ 3!"#$%4)4*5+,3!"#$%4)4*5 //+ //+P (6)

Transferncias de Calor nas Clulas Fotovoltaicas

dP// e//+dPf 0 //+ (7)

qca o fluxo de calor por conduo entre as clulas e a placa absorsora. g //+ +P (8)

Uca = 500 W/m2 K , valor definido nos artigos (Zondag, H. A. et al, 2003; Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2001).

Transferncias de Calor na Placa Absorsora

+ mn ~ SlmV 0 ZZZZ Sn7lm V 0 Csinht Sn7lm Vx sinh0P L (9)

onde,

y p%*;p&**&5 +,*&5 (10)

ZZZZ p%*2%4)4*5;p&*2*q&p%*;p&* (11)

C Sp%*2%4)4*5;p&*2*q&p%*;p&* VL 2300 ?@\ 0,023 Y\E,F ab\E, (14)


37

para Regua < 2300 ?@\ 4,364 (15)


g+ P (16)

\ (17)


aZ bZ |Z e//+ //+df (18) e

e/ %4)4* %4)4*53!"#$%$&'#()#* $4'%($# (19)

(Chow,T.T. et al, 2005; Chow,T.T., 2003) Nos Colectores Hbridos Placa Tubo Com Ou Sem Cobertura, a rea de clulas ocupa, praticamente. o mdulo todo (Aclulas/Acolector = 0,992) Como tal, para o clculo do rendimento elctrico considerou-se a rea de clulas igual ao colector. Aproximao feita, igualmente, pelos autores dos artigos (Zondag, H. A. et al, 2003; Vries, D. W., 1998; Zondag, H. A. et al, 2001).

e/ e//+ d (20)

e//+ e[GP 1 0 [//+ 25P (21)


e2 )* (22)

\ \ \ \ (23)



2! 7 2*q&P (25)


38

3.2.4 Modelo para o Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes

Os fluxos de calor, no Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparentes, esto descritos na figura 3.7. Estes fluxos so expressos por m2 de colector, ou seja, (W/(m2 Colector))

Figura 3.7 Transferncias de calor no Colector Hbrido Placa Tubo Com Clulas Transparenres

Transferncias de Calor no Vidro de Proteco das Clulas (Cima)

No vidro de proteco das clulas (cima), as perdas de calor para o ambiente so por conveco (qamb,conv ) e radiao (qamb,rad).

qvidrocluas,cima = qamb,conv + qamb,rad (1) Onde,

, //+, //+, (2) (Duffie, J. e Beckman,W., 1991)

a constante de Stefan Boltzman e vidroclulas,cima a emissividade do vidro de proteco das clulas (cima) (vidroclulas,cima = 0,9). A temperatura do cu estimada pela equao (3).

Tcu = 0,0552 Tamb1,5 (3) (Vries, D. W., 1998)

Sendo Tamb a temperatura ambiente

As perdas por conveco so obtidas por: , //+, ) (4)

em que vento o coeficiente de conveco entre o vidro superior das clulas e ar ambiente.


39

Este coeficiente dado por:


A conduo entre as clulas fotovoltaicas e o vidro de cima determina-se por:

//+, !"#$%4)4*5,%!q*+, !"#$%4)4*5,%!q* //+ //+, a (6)

A conduo, descrita anteriormente, no estendida a toda a rea do colector. Neste tipo de mdulos hbridos existe uma grande diferena entre rea de clulas e rea do mdulo. Como tal, define-se o parmetro PF,

a //+ /+ / > (7)

(Tiwari,A. e Sodha,M.,2005)

Transferncias de Calor entre Vidro de Proteco das Clulas (Baixo) e a Placa Absorsora

A transferncia de calor entre o vidro de baixo da clula e a placa absorsora d-se por conveco e radiao. //+,- , 0 , (8)

Entre as duas superfcies paralelas, o fluxo de calor por radiao determinado por:

, 1 23!"#$%4)4*5,&*!8$672*&569:3!"#$%4)4*5,&*!8$;

9:*&57 //+,- + (10)

O nmero de Nusselt (Nuar) determinado por:


40

?@ 1 0 1,44 C1


41

Nesse balano contabilizado a conduo entre os elementos (qcond1 e qcond2), a troca calor entre a placa absorsora e o vidro de proteco das clulas (baixo) (qar,rad e qar,conv), a radiao que incide directamente na placa (Ginc) e as perdas de calor para o ambiente (qba) (figura 3.9). De facto, nesta geometria de colectores, como a rea de clulas no ocupa o mdulo todo e visto estas estarem entre dois vidros, a radiao solar embate directamente na placa.

Figura 3. 9 Balano de energia num n da placa absorsora.

As propriedades trmicas, para o clculo dos fluxos de calor, so obtidas em funo da temperatura da placa em cada n.

Efectuando um volume de controlo ao n 2 obtm-se:

d+P1 aPf h 0 *&5+,*&5- < mP 0 =*#*#> //+,- mh 0 + //+,- mh *&5+,*&5- m UP 0 gm Ph (16)

vidro o coeficiente de transmisso entre os vidros das clulas (vidro = 0,92) e abs o coeficiente de absoro da placa (abs = 0,9). Por sua vez no n 3,

d+P1 aPf h 0 *&5+,*&5- m UP 0 =*#*#> //+,- Uh 0 + //+,- Uh *&5+,*&5- U P 0 gU Ph (17)

Como foi sugerido, anteriormente, a temperatura na extremidade da placa, para x [0, (W-D)/2], era aproximada a Tbond. Como tal, no presente modelo, tomou-se igual considerao. Assim,

T4 = T5 = Tbond. (18) Esta aproximao torna-se mais realista a medida que x tende para 0.

No n 4 obtm-se,

d+P1 aPf h 0 *&5+,*&5- U P 0 =*#*#> //+,- h 0 + //+,- h g Ph (19)

Por fim, a temperatura mdia da placa determinada por,

+ 29;2` ;2^ ;26;2T (20)


42

por sua vez,

\ 0 \ l!=)* )* (21)

Nmero de Nusselt (Nugua) ,

para Regua > 2300 ?@\ 0,023 Y\E,F ab\E, (22)

para Regua < 2300 ?@\ 4,364 (23)


g+ P (24)


Como definido previamente, aZ bZ |Z e//+ //+df (25) e

e/ %4)4* %4)4*53!"#$%$&'#()#* $4'%($# (26)

como,

a //+ /+ / > (27)

por fim, e/ e//+ d a (28)

Expresso desenvolvida nos artigos - (Chow,T.T. et al, 2005; Chow,T.T., 2003)


e2 )* (29)

\ \ \ \ (30)


43



2! 7 2*q&P (32)


44

3.3 Resultados Obtidos Rendimento Trmico e Elctrico

As curvas de rendimento obtidas, para as diferentes configuraes, foram determinadas pelo programa EES (Engineering Equation Solver).

Da anlise das figuras 3.10 e 3.11, conclui-se que o Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura possui um comportamento trmico melhor que os demais mdulos.

Figura 3.10 Curvas de rendimento trmico (clulas policristalinas).

Figura 3.11 - Curvas de rendimento trmico (clulas monocristalinas).

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050

Ren

dim

ento

(%)

[(Tin-Tamb)/G] (Km2/W)

Rendimento Trmico - Clulas Policristalinas

Colector Hbrido Placa - Tubo com Cobertura

Colector Hbrido Placa - Tubo sem Cobertura

Colector Hbrido Placa - Tubo com Clulas Transparentes

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050

Ren

dim

ento

(%)

[(Tin-Tamb)/G] (K m2/W)

Rendimento Trmico - Clulas Monocristalinas





45

A principal razo, para tal, a existncia de uma cobertura de vidro no topo do mdulo, que diminui as perdas de calor (Vries, D. W., 1998). O Colector Placa Tubo Sem Cobertura tem elevadas perdas de calor, como se depreende observando a inclinao das suas curvas de rendimento (figura 3.10 e 3.11). Isto sucede, porque este mdulo no possui uma cobertura no topo. Contudo, como esta geometria de painel no possui uma estrutura no topo, a radiao reflectida mnima, proporcionando um aumento da energia absorvida (Zondag, H. A. et al, 2003). Assim, este tipo de colector mais apropriado para aplicaes que necessitem de uma temperatura de gua mais baixa; pois, desta forma, consegue-se reduzir as perdas de calor, porque a temperatura do fluido menor (Affolter, P. et al, 2006). No Colector Com Clulas Transparentes, o rendimento trmico est muito dependente da rea de clulas, no topo do mdulo. De facto, quanto menor for a rea de clulas, maior ser a radiao solar incidente na placa absorsora, melhorando o rendimento trmico. As perdas de calor so baixas devido a estrutura das clulas na cobertura. Contudo, esta estrutura provoca reflexo na radiao que incide na placa absorsora, diminuindo o rendimento trmico. A grande vantagem, deste tipo de mdulo, poder-se controlar, mais facilmente, a fraco de energia elctrica e trmica que se pretende obter, atravs da reduo ou aumento do nmero de clulas.

O tipo de clulas fotovoltaicas influncia o rendimento trmico. As clulas de silcio policristalino proporcionam um rendimento trmico mais elevado, pois no geram tanta energia elctrica. Assim, h mais excedente de energia que pode ser aproveitado para fins trmicos.

O rendimento elctrico, nos colectores hbridos, depende fortemente da existncia ou no de uma cobertura no topo. Para colectores com cobertura (Colector Hbrido Placa Tubo Com Cobertura), h perdas de radiao por reflexo, que originam uma baixa no rendimento elctrico (figura 3.12 e 3.13) (Zondag, H. A. et al, 2003). Embora a cobertura no topo proporcione uma temperatura de gua mais elevada, melhorando o rendimento trmico, todavia, a temperatura das clulas aumenta, piorando o desempenho elctrico (Vries, D. W., 1998).


46

Figura 3.12 - Curvas de rendimento elctrico (clulas policristalinas).

Figura 3.13 - Curvas de rendimento elctrico (clulas monocristalinas).

No Colector Hbrido Placa Tubo Sem Cobertura o rendimento elctrico elevado pelas razes apontadas em cima.

Apesar de, o Mdulo Hbrido Com Clulas Transparentes no ter cobertura, o seu rendimento elctrico baixo. Tal deve-se, a reduzida rea de clulas comparada com os outros colectores.

O rendimento elctrico est estritamente dependente do tipo de clulas. Nas clulas monocristalinas o rendimento superior pois o silcio mais puro, proporcionando uma maior gerao de energia elctrica (Monteiro, C., 2007).

0,050

0,060

0,070

0,080

0,090

0,100

0,110

0,120

0,130

0,140

0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050

Ren

dim

ento

(%)

(Tin-Tamb)/G (Km2/W)

Rendimento Elctrico - Clulas Policristalinas




0,070

0,080

0,090

0,100

0,110

0,120

0,130

0,1

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