Um avanço significativo na otimização de sistemas fotovoltaicos flutuantes (FPV) foi alcançado por uma equipe de pesquisa da Universidade Curtin, na Malásia. Os cientistas desenvolveram um modelo simplificado de temperatura de célula operacional, denominado FPV-NOCT, que promete aprimorar as previsões de desempenho dessas instalações.

A principal inovação do FPV-NOCT é sua capacidade de se integrar ao modelo existente de Temperatura Nominal de Operação da Célula (NOCT), tornando-o compatível com softwares de energia solar já em uso. Isso significa que a nova ferramenta pode ser facilmente adotada pela indústria para cálculos mais precisos da temperatura das células solares que flutuam sobre corpos d'água.

Um Modelo Inovador e Compatível

O modelo FPV-NOCT estende o padrão NOCT existente ao incorporar a temperatura da água como um fator crucial na estimativa da temperatura das células solares em ambientes flutuantes. Segundo Ramanan Chidambaram Jayaraj, autor correspondente do estudo, a simplicidade e a compatibilidade são pontos-chave.

“O novo modelo FPV-NOCT estende o modelo padrão NOCT PV existente ao incorporar a temperatura da água para estimar a temperatura da célula solar flutuando sobre um corpo d'água”, explicou Ramanan Chidambaram Jayaraj ao pv magazine. “Uma vantagem fundamental é que ele permanece compatível com os modelos de temperatura PV existentes, requer apenas a temperatura da água como uma entrada adicional e preserva a simplicidade da estrutura NOCT original.”

Jayaraj também revelou que está trabalhando para refinar ainda mais o modelo, visando melhorar sua precisão preditiva. Além disso, há planos para estender o desenvolvimento de modelos de temperatura de células para tecnologias emergentes de células solares.

Metodologia Robusta e Validação Internacional

Para desenvolver o FPV-NOCT, os pesquisadores empregaram uma metodologia abrangente, combinando medições de campo, dinâmica de fluidos computacional (CFD), análise estatística e modelagem teórica. A primeira etapa envolveu a coleta de dados a cada minuto de dois sistemas FPV construídos sob medida na Malásia. Esses sistemas utilizavam módulos de 100 W posicionados a 250 mm e 800 mm acima da superfície da água.

Com base nessas medições, a equipe derivou um modelo de regressão experimental e validou um modelo CFD bidimensional desenvolvido no software Ansys Fluent. Posteriormente, a análise estatística de Taguchi foi utilizada para gerar modelos de regressão CFD com 10 e 7 fatores, permitindo avaliar a influência de variáveis ambientais e de design.

A partir desses resultados, os pesquisadores desenvolveram o modelo FPV-NOCT específico, que incorpora a diferença de temperatura da água ambiente, e uma versão aprimorada com um fator de correção de vento.

Resultados Promissores e Validação Brasileira

A equipe comparou cinco modelos distintos para avaliar a eficácia do FPV-NOCT:

  • Modelo de regressão experimental
  • Modelos de regressão CFD-Taguchi de 10 fatores
  • Modelos de regressão CFD-Taguchi de 7 fatores
  • Modelo FPV-NOCT básico
  • Modelo FPV-NOCT com fator de correção de vento

Esses modelos foram confrontados com os dados experimentais coletados. Os candidatos mais promissores, especialmente as versões do FPV-NOCT, foram então validados usando conjuntos de dados FPV independentes. Notavelmente, a validação incluiu dados do Lago Passaúna, no Brasil, além de Windsor e Oakville, na Califórnia, Estados Unidos.

O modelo FPV-NOCT básico demonstrou o melhor desempenho geral. A validação com dados brasileiros foi particularmente animadora.

“Quando o modelo FPV-NOCT foi testado contra dados de PV flutuante do Lago Passaúna, ele previu com sucesso as temperaturas observadas das células para 11 dos 12 meses, e para todos os 12 meses quando o fator de correção do vento foi incluído”, afirmou Jayaraj. “Um padrão semelhante foi observado em Windsor e Oakville, onde o modelo FPV-NOCT alcançou uma precisão de previsão de 92,3% em um caso. O que é particularmente interessante é que o modelo proposto teve um desempenho melhor do que o modelo padrão de temperatura de célula PV NOCT para sistemas PV flutuando sobre um corpo d'água.”

Os resultados completos da pesquisa foram publicados na revista científica Solar Energy, sob o título “Water cooling effect in solar cell temperature estimation for floating photovoltaics modeling” (Efeito de resfriamento da água na estimativa da temperatura da célula solar para modelagem de fotovoltaicos flutuantes).

O que isso significa para a região

A pesquisa da Universidade Curtin representa um avanço significativo para a energia solar flutuante, uma modalidade que tem ganhado destaque globalmente. Para regiões como o Norte Pioneiro do Paraná, que possui diversos corpos d'água, como represas e lagos, a otimização de sistemas FPV pode abrir novas oportunidades para a geração de energia limpa.

A capacidade de prever com maior precisão a temperatura de operação das células solares em ambientes aquáticos significa que os projetos de FPV podem ser dimensionados e operados de forma mais eficiente. Isso pode levar a uma maior produção de energia, menor degradação dos módulos ao longo do tempo e, consequentemente, a um melhor retorno sobre o investimento para empresas e consumidores que optam por essa tecnologia.

A validação do modelo com dados de um lago brasileiro reforça a aplicabilidade da pesquisa em nosso contexto, indicando que a tecnologia está pronta para ser considerada em projetos locais. Com a crescente busca por fontes de energia renováveis e a necessidade de otimizar o uso do solo, os FPVs se apresentam como uma solução promissora, e ferramentas como o FPV-NOCT são essenciais para maximizar seu potencial.

Fonte: PV Magazine — Solar global — matéria original publicada em pv-magazine.com. Imagens e vídeos: PV Magazine — Solar global. Texto apurado e reescrito pela redação da LZ7 Energia.