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Previous issue date: 2018-03-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os sistemas fotovoltaicos integrados a construção (BIPV, do inglês Building Integrated Photovoltaic) podem formar parte da fachada ou da cobertura de uma edificação, assim, o calor acumulado na parte posterior dos painéis pode ser dissipado para o espaço interno da zona. Esta troca de calor pode contribuir para o aquecimento do ambiente interno, ou ainda, provocar o aumento da temperatura de funcionamento da célula fotovoltaica, que afeta negativamente a eficiência de conversão/geração de energia do próprio sistema fotovoltaico (FV). Neste sentido, este trabalho teve como objetivo investigar a influência de sistemas BIPV integrados a fachadas no desempenho energético de edificações comerciais para o clima brasileiro, ao avaliar a influência do calor gerado pelo material FV na temperatura interna do ambiente simulado e na eficiência do próprio sistema FV. O método utilizado é baseado em simulações computacionais por meio do software EnergyPlus. Porém, outros estudos já demonstraram que os modelos de painéis FV disponíveis no software não podem simular com precisão as interações térmicas entre os sistemas BIPV e o ambiente simulado. Assim, este trabalho propôs um método para a simulação de sistemas BIPV por meio do EnergyPlus, levando em consideração as propriedades térmicas dos materiais FV. Foram desenvolvidos dois métodos de simulação para sistemas BIPV, um para sistemas opacos e outro para sistemas fotovoltaico semi-transparentes (STPV, do inglês Semi-Transparent Photovoltaic). As simulações comprovaram que os sistemas BIPV influenciam as condições de conforto térmico do ambiente, tanto pelo acréscimo na temperatura média do ar interno, quanto pelo aumento da própria temperatura superficial interna dos ambientes, que neste chegou a superar o Caso Base em até 17,4°C. A eficiência do sistema apresentou perdas de até 7% devido ao acréscimo de temperatura da célula FV, porém, acredita-se que esta redução será sentida apenas em sistemas de geração em larga escala. Ao avaliar as diferenças entre o consumo de um edifício condicionado artificialmente com e sem material fotovoltaico, houve variação de acordo com a Zona Bioclimática (ZB) devido aos materiais construtivos adicionais adotados na tipologia STPV, em especial o modelo de janelas com vidro duplo. Na ZB3, Florianópolis e Belo Horizonte, o uso de sistemas STPV aumentou o consumo de energia com Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) em cerca de 8% e 3%, respectivamente, enquanto na ZB8, Vitória e Fortaleza, o sistema STPV reduziu este consumo em cerca de 1%. No entanto, o saldo entre o aumento do consumo por ar condicionado e a geração de energia foi positivo em todas as cidades, representando 7% do consumo anual da torre de escritórios no pior caso (Florianópolis) e 10% no melhor (Belo Horizonte). / Building Integrated Photovoltaic systems (BIPV) may be part of facade or building roof, so, the accumulated heat at the back of the panels can be dissipated to the internal space of the zone. This heat exchange may contribute to increase the temperature of interior rooms or, even more, to increase the operating temperature of the photovoltaic cell, which affects negatively the conversion/ power generation efficiency of the photovoltaic (PV) system itself. Then, this work aimed investigate the BIPV systems’ influence integrated to facades in the energy performance of commercial buildings under Brazilian climates, by evaluating the influence of the heat generated by the PV material on the interior temperature of the simulated area and on the efficiency of the system PV itself. The applied method is based on computational simulations using the EnergyPlus software. However, as already pointed in other studies, PV panel models available in the software can not accurately simulate the thermal interactions between the BIPV systems and the simulated environment. Thus, this work proposes a method for the simulation of BIPV systems through EnergyPlus according to PV materials thermal properties. Two simulation methods were developed for BIPV systems, one for opaque system and other for Semi-Transparent Photovoltaic systems (STPV). After the simulations, it has been proven that BIPV systems influence the interior rooms thermal comfort conditions, through the mean air temperature or the surface temperature increase, which was up to 17.4°C higher than the Base Case. The system efficiency had losses up to 7% due to the PV cells temperature increase, however, it is believed that this reduction will only be effective in large- scale generation systems. When evaluating the differences between the consumption of an artificially conditioned building with and without photovoltaic material, there was a variation according to the bioclimatic zone (ZB) due to the other building materials adopted in STPV typology, especially because of double glazed windows. In ZB3, Florianópolis and Belo Horizonte, the use of STPV systems enhanced in 8% and 3%, respectively, the energy consumption with Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC), while in ZB8, Vitória and Fortaleza, the STPV system reduced this consumption in about 1%. Nevertheless, the balance between increased air conditioning consumption and power generation was positive in all cities, representing 7% of the annual consumption of the offices tower in the worst case (Florianópolis) and 10% in the best (Belo Horizonte).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/20622 |
| Date | 21 March 2018 |
| Creators | Rodrigues, Thiago Toledo Viana |
| Contributors | Oliveira Filho, Delly, Carlo, Joyce Correna |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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