Transferência de calor por convecção natural e mista em sistemas fotovoltaicos : estudo do comportamento térmico e desempenho do sistema

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Eugênia Cornils Monteiro da
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/39133
Resumo: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.
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spelling Transferência de calor por convecção natural e mista em sistemas fotovoltaicos : estudo do comportamento térmico e desempenho do sistemaNatural and mixed convection heat transfer in photovoltaic systems : study of thermal behavior and system performaceTransferência de calorSistema fotovoltaicoConvecção naturalSimulação numéricaTese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.Esse trabalho avaliou o funcionamento de módulos fotovoltaicos levando em consideração o balanço térmico e o funcionamento elétrico. No balanço térmico foram analisadas as formas de transferência de calor como irradiância e convecção natural, mista e forçada. O problema clássico das placas inclinadas planas foi revisitado para entender o comportamento do módulo fotovoltaico e as correlações existentes utilizando números adimensionais como Grashof (Gr), Prandlt (Pr), Rayleigh (Ra), Reynolds (Re), Richardson (Ri) e Nusselt (Nu). Para isso foram desenvolvidos: bancadas experimentais, simulação numérica e o modelo matemático. A princípio, na convecção natural foram comparados os resultados de simulação numérica e uma bancada experimental 1. Posteriormente, houve a realização de novos experimentos em uma segunda bancada aprimorada e seus resultados foram comparados a um sistema fotovoltaico em operação. Os experimentos de pequena escala obtiveram uma estimativa adequada quando comparados a correlações empíricas clássicas disponíveis na literatura e com relação a simulação numérica. Os dados da bancada aprimorada apresentaram uma correlação R=0,9 com o sistema instalado, sugerindo sua capacidade de prever o comportamento do desempenho térmico do sistema. Além disso, foi desenvolvido um modelo matemático para o comportamento de módulos solares fotovoltaicos, envolvendo uma descrição detalhada do processo fotônico de conversão de energia bem como do balanço térmico e suas trocas com o ambiente. Este modelo proporciona uma estimativa precisa da temperatura do módulo, em face às condições de radiação solar incidente e climatológicas ao longo do dia. Uma avaliação de sensibilidade de parâmetros é apresentada, bem como os resultados do comportamento em diferentes condições de operação do módulo, variando-se condições de irradiância e demais parâmetros operacionais típicos para a região de Brasília. Como resultados do trabalho está o desenvolvimento de simulações numéricas e do método experimental com resultados capazes de prever o desempenho térmico por convecção de uma usina em operação. O desenvolvimento de um modelo linearizado com potencial de previsão da temperatura dos módulos e estimativas de erro da temperatura e da potência associados a variação dos coeficientes de transferência de calor por convecção para melhoria das estimativas de geração de usinas fotovoltaicas através da estimativa do erro.This work evaluated the operation of photovoltaic modules taking into account the thermal balance and the electrical operation. The thermal balance evaluated the forms of heat transfer such as natural, mixed and forced irradiation and convection. The classic problem of flat inclined plates was used to understand the behavior of the photovoltaic module and the existing correlations using dimensionless numbers such as Grashof (Gr), Prandlt (Pr), Rayleigh (Ra), Reynolds (Re), Richardson (Ri) e Nusselt (Nu). For this they were developed: the experimental benches, the numerical simulations and the mathematical model. At first, in the natural convection, the results of numerical simulation and a preliminary experimental bench were compared. Subsequently, new experiments were performed on a second bench, and their results were compared to a photovoltaic system in operation. Small- scale experiments obtained an appropriate estimate when comparing classical empirical correlations available in the literature and in relation to numerical simulation. Improved bench data presented a correlation R=0.9 with the installed system, suggesting its ability to predict performance behavior. In addition, a mathematical model was developed for the behavior of solar photovoltaic modules, involving a detailed description of the photonic energy conversion process as well as of the thermal balance and its exchanges with the environment. This model provides an accurate estimation of the module temperature, in view of the incident and climatological solar radiation conditions throughout the day. An evaluation of the sensitivity of parameters is presented, as well as the results of the behavior in different operating conditions of the module, varying irrational conditions and other typical operational parameters for the Brasilia region. The results of the work are the development of numerical simulations and the experimental method with results capable of predicting the thermal performance by convection of a plant in operation. The development of a linear model with potential for module temperature prediction and estimates of temperature and power error associated with variation of convection heat transfer coefficients to improve power plant generation estimates photovoltaic by estimating the error.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasBrasil Júnior, Antônio César PinhoSilva, Eugênia Cornils Monteiro da2020-07-07T12:11:36Z2020-07-07T12:11:36Z2020-06-072020-03-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSILVA, Eugênia Cornils Monteiro da. Transferência de calor por convecção natural e mista em sistemas fotovoltaicos: estudo do comportamento térmico e desempenho do sistema. 2020. 111f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.https://repositorio.unb.br/handle/10482/39133A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-08T21:43:30Zoai:repositorio.unb.br:10482/39133Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-08T21:43:30Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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