ELECTRICAL, THERMAL, AND ECONOMIC ASSESSMENT OF THE IMPLEMENTATION OF PV/T PANELS FOR RURAL SUPPLY IN THE PINHEIROS-ES REGION
DOI:
https://doi.org/10.59627/cbens.2024.2404Keywords:
Hybrid PV/T Panels, Solar Energy, Economic FeasibilityAbstract
There is a growing need for the efficient exploration of cleaner, sustainable, and more affordable energy sources. One source with significant potential is solar energy, whose exploitation potential is still underutilized due to technological constraints. Among the solar energy harnessing techniques, the use of photovoltaic panels has gained prominence in both industrial and commercial as well as residential applications. A technique that is currently under research and allows for better energy utilization of photovoltaic panels is the combination with a cooling fluid, creating photovoltaic/thermal panels. The fluid cools the photovoltaic cell, enabling the panel to operate with higher efficiency, while the cooling fluid - typically water - can be used as a low-temperature heat source for domestic purposes, such as heating water for baths and swimming pools, for example. In this context, this study aims to analyze the implementation of photovoltaic/thermal panels on a rural property in Pinheiros, ES, evaluating the performance of the solar panel in the environmental conditions from thermal, electrical, and economic perspectives. The modeling of the solar panel showed that at higher temperatures, the panel operates with a lower amount of coolant and lower thermal and electrical efficiency. It was also analyzed how the panel's efficiency varies with solar irradiance, with greater efficiency occurring with higher solar incidence. For the case study, the use of 190 solar panels was estimated, generating water heated to 50°C with thermal and electrical efficiencies of 21.92% and 17.43%, respectively. The economic analysis revealed that the acquisition of panels for the property is economically viable only if the implementation costs are below 192,000 Brazilian reais, offering a financial return within 8 years through simple payback or 30 years through discounted payback.
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References
Amarante, O. A. C. 2009. Atlas eólico: Espírito Santo. Vitoria, ES: ASPE. 100p.
Aquecimento Global de 1,5°C. impactos do aquecimento global de 1,5°C acima dos níveis pré-industriais e respectivas trajetórias de emissão de gases de efeito estufa, no contexto do fortalecimento da resposta global à ameaça da mudança do clima, do desenvolvimento sustentável e dos esforços para erradicar a pobreza. Painel Intergovernamental sobre mudanças climáticas. Suiça, out. de 2018, p. 28.
Araújo, L. O. Dimensionamento de um sistema de aquecimento solar para edifícios residenciais na cidade do Rio de Janeiro. 2018. Monografia (Bacharel em Engenharia mecânica) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Macaé, 2018.
Banco Central do Brasil, 2023. Taxa de juros básicas - Histórico.
Brakesley, J. C. et al., 2020. Accuracy, cost and sensitivity analysis of PV energy rating, vol. 203. Solar Energy.
Camioto, F. C. C. Gomes, V. P. R. G., 2018. Análise de viabilidade econômica da implantação de um sistema de energia fotovoltaico nas residências uberabenses. Revista Produção Online.
Cengel, Y. A., Ghajar, A. J. 2012. Heat and mass transfer: a practical approach. Porto Alegre: McGraw-Hill.
Corteleti, G. M., Santos, A. C. 2021. Análise de viabilidade econômica para implantação de sistema fotovoltaico residencial na região de Vila Velha – ES. Em: Revista Produção Online (2021).
EPE, 2023. Balanço energético nacional 2022, relatório final. Empresa de Pesquisa Energética EPE, Rio de Janeiro, https://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-eletrica. Acesso em: 07 mai. 2023.
Filho, V. C. P., Busson, B. O., Leyton, A. 2021. A new concept of hybrid solar collectors: Polymeric heat exchanger for photovoltaic panels. Em: International Solar Energy Society 437, p. 128371.
Kalogirou, S. A. 2016. Solar energy engineering: processes and systems. Oxford: Elsevier.
Lima, A. A. S., 2021. Análise energética de um sistema fotovoltaico/térmico e sua integração a uma unidade de poligeração. 171p. Tese de Doutorado - Programa de pós-graduação em Engenharia Mecânica, UFPB, João Pessoa.
Marini, J. A., Rossi, L. A. 2005. Sistematização do dimensionamento técnico e econômico de sistemas fotovoltaicos isolados por meio de programa computacional. Revista Engenharia Agrícola.
Nascimento, V. F., Yahyaoui, U., Fiorotti, R., Amorim, A. E. A, Belisário, I. C. Abreu, C. E. S., Rocha, H. R. O., Tadeo, F. 2022. Dimensioning and efficiency evaluation of a hybrid photovoltaic thermal system in a tropical climate region. Sustainable Energy, Grids and Networks 32, p. 100954.
Riguetti, R. S., 2022. Desenvolvimento de um método para dimensionamento de PV/T conforme perfil de consumo energético de uma edificação residencial, Trabalho de Conclusão de Curso, Engenharia Mecânica, IFES, São Mateus.
Roberto, V. L. 2017. Matemática Financeira e engenharia econômica. Bluncher,
Silva, I., Santos Neto, B. L. F., Fernantes, R. S., 2021. Dimensionamento e viabilidade econômica de um sistema fotovoltaico: um estudo de caso na UFRA/Parauapebas. Revista Produção Online.
Vian, A., Tahan, C. M. V., Aguiar, G. J. R., Gouvea, M. R., Gemignani, M. M. F., 2021. Energia Solar: Fundamentos Tecnologia e Aplicações, Editora Blucher.
