Nova patente de sistema de refrigeração promete aumento significativo na eficiência dos painéis solares

Cientistas da Universidade de Sharjah, nos Emirados Árabes Unidos, obtiveram uma patente nos Estados Unidos (US12341471B2) para um sistema de refrigeração inovador projetado para melhorar o desempenho dos painéis solares fotovoltaicos (PV).

Os investigadores afirmam que a sua invenção pode reduzir significativamente as perdas de energia causadas por altas temperaturas de funcionamento — um problema que afeta os sistemas de energia solar, especialmente em climas quentes.

O sistema patenteado concentra-se na gestão térmica em módulos solares fotovoltaicos. Foi especificamente concebido para utilizar o ar quente expelido pelos sistemas de ar condicionado centralizados para arrefecer as superfícies traseiras dos painéis solares.

A abordagem de dupla finalidade não só resolve o excesso de calor, como também reutiliza a energia residual que, de outra forma, seria perdida.

“Esta nova tecnologia de refrigeração ajudará a reduzir a temperatura de funcionamento dos painéis solares, aumentar a produção de energia e melhorar a eficiência dos módulos fotovoltaicos”, afirma Chaouki Ghenai, professor de Engenharia de Energia Sustentável e Renovável na Universidade de Sharjah e principal inventor, citado em comunicado.

“Esta invenção não só recupera a potência perdida em ambientes quentes e áridos, como também prolonga a vida útil dos ativos e torna possível a implementação de novos sistemas híbridos, que, em conjunto, reduzem o custo nivelado da energia e melhoram a eficiência geral das centrais solares”, acrescenta.

Os painéis solares geram eletricidade através do efeito fotovoltaico, em que a luz que incide sobre a superfície das células solares baseadas em semicondutores é convertida em energia elétrica.

No entanto, nem toda a luz solar absorvida é convertida — grande parte dela transforma-se em calor, aumentando a temperatura do painel e reduzindo a sua eficiência.

No seu pedido de patente, os inventores destacam que a irradiância e a temperatura são fatores ambientais críticos que afetam o desempenho dos painéis solares.

Eles escrevem: “A célula solar absorve a luz solar e uma parte da luz é convertida em energia elétrica, enquanto a parte restante gera calor e aumenta a temperatura”.

De acordo com os investigadores, os atuais sistemas de energia solar enfrentam dois grandes desafios: (1) degradação térmica, em que o aumento da temperatura reduz a produção de energia, e (2) sujidade, ou seja, o acúmulo de poeira e detritos, especialmente em regiões áridas e de alta temperatura.

Eles também citam as perdas óticas como fatores adicionais que prejudicam a eficiência das células solares.

O Prof. Ghenai atribui uma série de vantagens à invenção, especialmente em regiões quentes e áridas. “Em regiões quentes e desérticas com recursos solares abundantes, mas altas temperaturas ambientes, o arrefecimento fotovoltaico solar é necessário para maximizar a geração de energia elétrica, a saúde e a longevidade dos ativos e reduzir a sujidade e a manutenção”.

“Em climas quentes e secos, os painéis solares fotovoltaicos podem ser arrefecidos utilizando o ar de exaustão do sistema de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) do edifício. Isto reduz a temperatura das células solares, recupera até mais 10% da produção de energia solar e prolonga a vida útil dos painéis”, explica.

No entanto, os investigadores enfatizam na sua aplicação que os efeitos térmicos são os mais significativos, afirmando que “entre todas as perdas do sistema, o efeito térmico é o fator que mais contribui para a deterioração do desempenho do sistema solar. À medida que a temperatura sobe em relação às condições de teste padrão (STC), a produção dos painéis SPV degrada-se em conformidade”.

Em algumas regiões, os painéis solares operam a temperaturas tão altas quanto 70 °C, o que pode resultar em uma perda de até 20% na produção de energia, observam eles.

Os inventores afirmam que mesmo um aumento de 1 °C na temperatura de funcionamento causa normalmente uma queda de 0,45% na eficiência relativa, uma métrica conhecida como coeficiente de temperatura da potência. Além disso, espera-se que cada aumento de 10 °C duplique a taxa de degradação do sistema solar.

Para combater isso, a equipa desenvolveu o seu atual dispositivo de refrigeração que direciona o ar residual dos sistemas de ar condicionado para a parte de trás dos painéis solares.

O Prof. Ghenai afirma que a invenção tem aplicações reais para melhorar os atuais sistemas de energia solar. “É possível criar uma remodelação atraente de edifícios inteligentes quando os proprietários conseguem obter receitas solares incrementais, reduzir o consumo total de energia do edifício e prolongar a vida útil dos ativos”, sublinha.

Isto é conseguido através da conclusão do ciclo térmico, que envolve a conversão dos gases de escape do edifício numa fonte de refrigeração gratuita para os painéis fotovoltaicos (PV). Isto ajudará a aumentar o rendimento solar e a reduzir as cargas de refrigeração do edifício.»

A patente já atraiu um interesse considerável da indústria, de acordo com o Prof. Ghenai. Ele observou que várias empresas dos setores de AVAC, gestão de energia de edifícios e energia solar fotovoltaica manifestaram interesse em integrar o ar residual dos sistemas de AVAC para arrefecer os módulos solares fotovoltaicos.

Ele enfatizou que a invenção poderia aumentar significativamente a produção de energia solar para atender às cargas elétricas dos edifícios, reduzir a carga sobre os refrigeradores e prolongar a vida útil dos módulos solares.

O sistema inclui um exaustor conectado à saída de um módulo de ar condicionado central.

Possui uma estrutura de suporte posicionada a uma distância predefinida à frente do ventilador para sustentar um ou mais painéis solares, bem como painéis inclinados em ângulos e azimutes específicos para maximizar a exposição das suas superfícies traseiras ao fluxo de ar de refrigeração.

O ventilador é calibrado para fornecer ar a uma temperatura predefinida, otimizando o efeito de refrigeração e melhorando a eficiência geral do sistema.

Os inventores concluem: “Uma metodologia eficaz de refrigeração de painéis solares e uma política de manutenção são essenciais para melhorar a eficiência e a confiabilidade do sistema de energia”.

O Prof. Ghenai e a sua equipa estão atualmente a avançar com pesquisas inovadoras em tecnologias de energia limpa. O seu trabalho inclui a recolha de ar residual de sistemas de climatização para alimentar turbinas eólicas para a geração de eletricidade renovável, o desenvolvimento de sistemas híbridos de energia solar fotovoltaica/turbinas eólicas, a criação de novos métodos para remoção de poeira e limpeza de painéis solares fotovoltaicos em regiões áridas e a conceção de soluções para melhorar a produção de hidrogénio verde.