Uma inovação promissora para o setor de energia solar, especialmente em regiões de altas temperaturas, foi desenvolvida por uma equipe internacional de pesquisadores. Trata-se de um sistema híbrido de resfriamento evaporativo para painéis fotovoltaicos (PV) que não só eleva a eficiência elétrica das placas em até 26%, mas também contribui para a ventilação de edifícios com ar pré-resfriado. A pesquisa, detalhada no artigo “Performance enhancement of a hybrid photovoltaic-evaporative cooling system for hot arid regions” na revista *Results in Engineering*, aponta para uma solução dual que combate a degradação térmica e otimiza o desempenho energético.
Inovação para Climas Extremos
O sistema combina duas abordagens de resfriamento: uma na parte traseira do módulo PV, utilizando almofadas de celulose encharcadas em água, e outra na superfície frontal, com pulverização intermitente de água. Segundo Deyaa M.N. Mahmood, autor correspondente da pesquisa, a principal novidade reside na criação de uma estrutura de resfriamento avançada e altamente integrada, especificamente projetada para superar a severa degradação térmico-elétrica observada em climas desérticos hiperáridos, como o do Iraque.
“A principal novidade desta pesquisa reside na introdução de uma estrutura de resfriamento avançada, altamente integrada e de efeito duplo, especificamente adaptada para superar a severa degradação térmico-elétrica em climas desérticos hiperáridos como o Iraque”, afirmou Deyaa M.N. Mahmood à pv magazine.
Além de recuperar o rendimento elétrico, o sistema aproveita o fluxo de ar de exaustão condicionado – otimizado em temperatura e umidade – para fornecer ventilação secundária eficaz aos edifícios, reduzindo diretamente as cargas de resfriamento internas. Este aspecto é particularmente relevante para a eficiência energética global de construções em ambientes quentes.
Como o Sistema Funciona
A tecnologia emprega uma almofada de celulose encharcada em água, instalada atrás do módulo fotovoltaico. Uma bomba é responsável por recircular a água através da almofada, enquanto um ventilador de 35 W puxa o ar, resfriando o módulo e gerando ar de ventilação mais fresco e umidificado. A pulverização frontal é ativada quando a temperatura do módulo excede 45 °C, aplicando jatos de água por aproximadamente 10 a 20 segundos.
Os testes foram realizados em Bagdá, Iraque, com dois módulos PV idênticos de 150 W – um resfriado e outro não resfriado – instalados em um telhado. A avaliação ocorreu em dias de céu limpo, entre 1º de julho e 15 de setembro de 2023, das 09h00 às 15h00.
Resultados e Cenários de Teste
Os pesquisadores compararam diferentes configurações em dois cenários principais:
- Cenário 1: Resfriamento Traseiro
Foram testadas almofadas de celulose com espessuras de 50 mm, 100 mm e 150 mm, e taxas de fluxo de água variando de 1 L/min a 3 L/min. - Cenário 2: Resfriamento Traseiro com Pulverização Frontal
Neste cenário, adicionou-se a pulverização frontal, utilizando uma almofada de 50 mm a 2 L/min e uma de 100 mm a 3 L/min.
Com uma velocidade do ar fixa de 3 m/s, foram medidos a temperatura do módulo, a produção elétrica, a eficiência e a temperatura e umidade do ar de saída.
“O achado mais impressionante e impactante foi a excepcional estabilidade da regulação térmica alcançada sob pico de irradiação solar”, destacou Mahmood. “A integração sinérgica da pulverização intermitente frontal e do resfriamento evaporativo traseiro demonstrou uma profunda e rápida redução nas temperaturas de operação das células. Isso se traduziu em uma recuperação massiva e sustentada da eficiência elétrica em comparação com painéis de referência não gerenciados, provando que o gerenciamento térmico hipereficiente pode ser projetado com sucesso usando processos sustentáveis e de baixa energia, mesmo sob restrições extremas do deserto.”
No primeiro cenário, o resfriamento evaporativo traseiro reduziu a temperatura do módulo PV em aproximadamente 20 °C em comparação com o módulo não resfriado. O ar resfriado fornecido ao ambiente tinha uma temperatura média de cerca de 35 °C.
No segundo cenário, a adição da pulverização intermitente frontal resultou em uma redução máxima da temperatura do módulo de 29,7 °C. As melhorias máximas de eficiência foram de 13,3% (almofada de 50 mm), 9,3% (100 mm) e 14,2% (150 mm) no Cenário 1. Para a almofada de 100 mm, a redução média da temperatura do painel aumentou de 15,0 °C (sem pulverização frontal) para 29,7 °C (com pulverização frontal), e a diferença média de potência de saída subiu de 8,3 W para 16,7 W, respectivamente. A maior melhoria de eficiência máxima foi de 14,2% para a almofada de 150 mm no Cenário 1 e de 26% para a almofada de 100 mm no Cenário 2.
A segunda configuração também reduziu a temperatura do ar de suprimento para aproximadamente 30 °C a 33 °C, com cerca de 62% de umidade relativa. Os pesquisadores sugerem que isso pode apoiar o uso do sistema para pré-resfriamento passivo e ventilação, em vez de uma solução autônoma de conforto térmico.
Próximos Passos e Aplicações Futuras
A equipe de pesquisa já planeja a próxima fase do projeto, focada na otimização inteligente. Eles estão integrando tecnologias de Inteligência Artificial (IA) e Internet das Coisas (IoT) para implementar algoritmos de controle multiobjetivo em tempo real.
“Construindo diretamente sobre o sucesso desta estrutura, nossa pesquisa em andamento e futura está se voltando para a otimização inteligente de próxima geração. Atualmente, estamos integrando tecnologias de IA e Internet das Coisas (IoT) para executar algoritmos de controle multiobjetivo em tempo real”, explicou Mahmood. “O objetivo principal desta próxima fase é regular dinamicamente as taxas de pulverização de água e fluxo de ar para alcançar o menor consumo de água possível, mantendo o pico de desempenho elétrico e térmico para implementações comerciais em larga escala.”
A equipe de pesquisa é composta por cientistas de diversas instituições internacionais, incluindo a Middle Technical University, a Universidade de Bagdá e a Universidade de Fallujah (Iraque); a Universidade de Gävle (Suécia); a Universidade de Doha para Ciência e Tecnologia (Catar); a Nile Valley University e a Sudan University of Science and Technology (Sudão); a MB University Belgrade (Sérvia); e a China University of Petroleum-Beijing (China).
O que isso significa para a região
Embora desenvolvida para climas desérticos, a tecnologia de resfriamento de painéis fotovoltaicos tem implicações significativas para regiões como o Norte Pioneiro do Paraná, que experimentam verões quentes e períodos de alta irradiação solar. Temperaturas elevadas são um dos principais fatores que diminuem a eficiência de painéis solares, pois o calor excessivo reduz a capacidade das células de converter luz em eletricidade. Um sistema que possa manter os módulos em temperaturas mais baixas, como o proposto pela pesquisa, poderia otimizar a produção de energia solar local, garantindo que os sistemas operem em sua máxima capacidade mesmo nos dias mais quentes. Isso se traduz em maior geração de energia para residências, empresas e propriedades rurais, impactando positivamente a economia local e a sustentabilidade energética da região.
Leitura da LZ7 Energia
A eficiência dos painéis solares é diretamente impactada pela temperatura. Em condições ideais, as células fotovoltaicas operam melhor em temperaturas amenas. No entanto, em dias de sol intenso, a temperatura da superfície dos painéis pode subir significativamente, levando a uma perda de eficiência que pode variar de 0,3% a 0,5% para cada grau Celsius acima de 25 °C. Para os consumidores da região do Norte Pioneiro do Paraná, onde as temperaturas podem ser elevadas durante grande parte do ano, tecnologias como este sistema híbrido de resfriamento são extremamente relevantes. Ao mitigar o superaquecimento, é possível garantir que o investimento em energia solar gere o máximo de eletricidade possível, otimizando o retorno financeiro e a autossuficiência energética. Isso não apenas reduz a dependência da rede elétrica e os custos com a conta de luz, mas também fortalece a matriz energética local com uma fonte renovável mais robusta e eficiente.
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.