Estudo numérico de design constructal do sistema de arrefecimento de células fotovoltaicas de alta concentração

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Miecoanski, Leon Fernando, 1991-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/58483
Resumo: Orientador: Prof. PhD. Marcelo Risso Errera
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spelling Miecoanski, Leon Fernando, 1991-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia AmbientalErrera, Marcelo Risso, 1967-2021-05-05T18:17:03Z2021-05-05T18:17:03Z2018https://hdl.handle.net/1884/58483Orientador: Prof. PhD. Marcelo Risso ErreraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Defesa : Curitiba, 30/08/2018Inclui referências: p.97-110Resumo: A crescente demanda por energia aliada à não dependência de combustíveis fósseis e aos problemas relacionados ao seu consumo, impulsionaram a busca e o desenvolvimento de fontes alternativas de energia. Nesse cenário, a energia solar apresenta grande potencial com tecnologias de conversão em energia térmica, elétrica ou ainda em sistemas híbridos. Com isso, as células fotovoltaicas de alta concentração (HCPV) representam uma alternativa eficiente, tanto em relação à área ocupada quanto ao custo de instalação. Devido à concentração da radiação solar, torna-se necessário o arrefecimento do sistema fotovoltaico, de modo a evitar danos estruturais e perda de eficiência elétrica. Dessa forma, o objetivo deste trabalho compreende a aplicação do Design Constructal para investigar as variáveis térmicas e geométricas de canais arrefecedores em sistemas fotovoltaicos de alta concentração (HCPV), visando a minimização da resistência térmica, homogeneização da temperatura sobre a célula e maximização da potência elétrica gerada. Um modelo computacional é desenvolvido para resolver as equações de balanço de massa, quantidade de movimento e energia que governam o problema, utilizando o programa comercial Comsol Multiphysics. Os resultados indicaram que a melhor configuração do modelo é uma função do volume de sólidos no sistema refrigerante, assim como das razões de aspecto dos microcanais. Portanto, pela aplicação do Design Constructal foi possível obter as diretrizes sobre o design que otimizam a transferência de calor em sistemas de arrefecimento de células fotovoltaicas concentradas. Palavras-chave: Sistema HCPV. Modelagem térmica. Design Constructal.Abstract: World energy demand continues to grow while energy and environmental policies point to less dependence on fossil fuels. Thermal solar panels and Photovoltaic (PV) systems have become a viable solution to meet those requirements but they still face efficiency challenges. The high concentrated photovoltaic technology (HCPV) represents an efficient alternative, both in relation to the occupied area and the economic issues. The efficiency of those systems is compromised due to concentration of solar irradiation over the PV-cells. It is then necessary to cool the photovoltaic system in order to avoid structural damage and losses of electrical efficiency. Therefore this work aims to model an active cooling system for HCPV modules and to optimize the design of the microchannels geometry, seeking the less thermal resistance, lower temperature variation in the cell and maximum overall net power, based on the constructal theory. Better designs are likely to provide the highest electrical efficiency with the lowest operating cost. A computational model is developed to solve the balance equations of mass, momentum and energy that govern the problem. The results showed that the best configuration is a function of the solid volume fraction, as well as the microchannels aspect ratios. Therefore, by applying the Constructal Design it was possible to obtain the design guidelines that optimize the heat transfer in cooling systems of concentrated photovoltaic cells. Key-words: HCPV system. Thermal modeling. Constructal design.119 p. : il.application/pdfEnergia - Consumo de energiaGeraçao de energia fotovoltaicaResfriamentoEngenharia SanitáriaEstudo numérico de design constructal do sistema de arrefecimento de células fotovoltaicas de alta concentraçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - LEON FERNANDO MIECOANSKI.pdfapplication/pdf3336231https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/58483/1/R%20-%20D%20-%20LEON%20FERNANDO%20MIECOANSKI.pdf553b98024c44c298900152fccd53ab86MD51open access1884/584832021-05-05 15:17:03.843open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/58483Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-05-05T18:17:03Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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