This thesis deals with the increased efficiency of photovoltaic panels (PVs) through
cooling the cells by geothermal energy and water heating. Initially, a photovoltaic modeling is
made proposing an equation to obtain the maximum power point considering the variations of
solar radiation and cell temperature. Initially, it is proposed a PV modeling for obtaining the
maximum power point (MPP) as a function of solar radiation and temperature of the cells by
the PV 5-parameter model. Thus, the determination of the PV MPP, which depends only on
the internal parameters, can be made with greater precision. Water circulation by a pipe that
passes through the thermal reservoir is used to cool the PV. This is complemented by cooling
hoses buried underground to exchange geothermal avoiding the saturation of the heat
exchange between PV and water circulation, increasing the PV efficiency. After studies on the
constitution of the soil, the technical characteristics of the tubes for circulating water,
hydraulic pump and heat exchanger installed after PV, economic analysis and a set of two
PVs were mounted with and without the heat exchangers to verify the gains in power and
performance. The experiments were made with two PVs operating in MPP, proving that the
MPP and the performance increase with decreasing temperature as the modeling performed.
During the experiments, the underground temperature varied slightly, avoiding the heat
exchange saturation. The main contributions include the PV modeling to obtain the MPP with
a single iteration, the use of geothermal energy without heat pump and residential heat load
reduction by use of heated water circulation in PVs. / Esta dissertação trata do aumento da eficiência de painéis fotovoltaicos (PVs) através
do esfriamento das células por energia geotérmica e aquecimento de água. Inicialmente, é
proposto um equacionamento para obtenção do ponto de máxima potência (MPP) de PVs em
função da radiação solar e da temperatura das células, considerando o modelo PV de cinco
parâmetros. Assim, a determinação do MPP, que depende somente dos parâmetros internos,
pode ser feita com maior precisão. Para esfriar o PV, utilizou-se a circulação de água numa
canalização que passa por reservatório térmico. Este esfriamento é complementado por
mangueiras enterradas no subsolo para troca de energia geotérmica evitando a saturação da
troca de calor entre PV e água de circulação, aumentando a eficiência do PV. Após estudos
sobre a constituição do solo, características técnicas dos tubos para a circulação de água,
bomba hidráulica e trocadores de calor instalados atrás do PV, foi feita a análise econômica e
montagem de um sistema com dois PVs, sendo um deles em conjunto com os trocadores de
calor e outro sem para verificar os ganhos de potência e rendimento. Experimentos foram
realizados com os dois PVs operando em MPP, onde se comprova que o MPP e o rendimento
aumentam com a diminuição da temperatura conforme a modelagem realizada. Durante os
experimentos, o subsolo sofreu pouca variação térmica de modo a evitar a saturação da troca
de calor. Dentre as principais contribuições destacam-se a modelagem para obtenção do MPP
de PVs com uma única iteração, viabilização do uso de energia geotérmica sem bombeamento
de calor e redução de carga térmica residencial pelo aproveitamento da água aquecida no PV.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/8541 |
| Date | 24 February 2014 |
| Creators | Fernandes, Felipe Teixeira |
| Contributors | Farret, Felix Alberto, Reis, Lineu Belico dos, Bernardon, Daniel Pinheiro |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 500, 300, 500, 500, 449b5fdb-0727-4d8d-9981-12bed67e373b, 8d7edc8c-7d58-4c29-bbe0-eeefd43117e3, 72ee3cbb-0622-4b92-944c-6dee5ce5356f, c046f0d1-f5cf-43f1-b547-053b3860d811 |
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