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Título: Modelagem térmica de sistema fotovoltaico integrado com material de mudança de fase e gerador termoelétrico
Título(s) alternativo(s): Thermal modeling of photovoltaic system integrated with phase change material and thermoelectric generator
Autor(es): Schultz, Fábio Augusto
Elesbão, Glauberson Andre
Orientador(es): Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro
Palavras-chave: Sistemas de energia fotovoltaica
Controle de temperatura
Modelos matemáticos
Engenharia térmica
Termoeletricidade
Photovoltaic power systems
Temperature control
Mathematical models
Heat engineering
Thermoelectricity
Data do documento: 24-Jun-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SCHULTZ, Fábio Augusto; ELESBÃO, Glauberson Andre. Modelagem térmica de sistema fotovoltaico integrado com material de mudança de fase e gerador termoelétrico. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024.
Resumo: Nas últimas décadas, as preocupações com o meio ambiente e com a sustentabilidade vêm crescendo, principalmente no que diz respeito ao setor energético. Painéis fotovoltaicos transformam energia solar, fonte limpa e renovável, em eletricidade; mas estes apresentam um percentual baixo de eficiência, fator que se agrava com o aumento da temperatura do módulo. No presente trabalho, são abordadas duas maneiras conjuntas para melhoria da eficiência deste sistema: uma através do controle da temperatura do painel, utilizando um material de mudança de fase; e outra por meio do melhor aproveitamento do calor disponível, usando um gerador termoelétrico. A fim de investigar a contribuição desses elementos para a melhoria do painel, em termos de temperatura, eficiência e potência, propõe-se um modelo matemático, a partir do qual se realizam simulações computacionais no software MATLAB. Os resultados são comparados com um painel fotovoltaico com especificações comerciais, sem as melhorias, modelado e simulado em paralelo, para as mesmas condições de operação, na cidade de Curitiba, Paraná, Brasil. Com as melhorias propostas, obtém-se um bom controle da temperatura do fotovoltaico e, consequentemente, uma melhora no percentual de eficiência do sistema. Para as variáveis analisadas, o uso do termoelétrico não apresenta influência comparável à adição do material de mudança de fase na estrutura.
Abstract: In the past few decades, environmental concerns and sustainability have gained prominence, particularly in the energy sector. Photovoltaic panels convert solar energy, a clean and renewable source, into electricity. However, these panels exhibit low efficiency, which worsens with increasing module temperature. In this study, two combined approaches are explored to enhance system efficiency: temperature control using a phase change material and better utilization of available heat through a thermoelectric generator. To investigate the impact of these elements on panel performance, a mathematical model is proposed, and computational simulations are conducted in MATLAB. The results are compared with those of a photovoltaic panel with commercial specifications without these enhancements, modeled and simulated under the same operating conditions in Curitiba, Paraná, Brazil. The implementation of such improvements effectively manages the photovoltaic temperature, leading to increased system efficiency. For the analyzed variables, the use of the thermoelectric generator does not exhibit an influence comparable to the addition of phase change material in the structure.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38182
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