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.
