Pesquisadores na Turquia otimizaram o resfriamento por eletroaspiração para painéis fotovoltaicos, alcançando a produção de energia ideal com o mínimo consumo de água e uma configuração compacta e energeticamente eficiente. Por meio de suas análises, os cientistas identificaram os parâmetros operacionais ideais para o uso da tecnologia.
Uma equipe de pesquisa da Universidade Artvin Çoruh, na Turquia, investigou os parâmetros ideais para o resfriamento de painéis fotovoltaicos por eletroaspiração.
Essa tecnologia de resfriamento, demonstrada pela mesma equipe em um estudo anterior, utiliza alta voltagem para transformar o líquido em gotículas finas e carregadas que removem o calor de uma superfície de forma eficiente. Ou seja, à medida que o campo elétrico quebra o líquido em gotículas ultrafinas, ele se espalha de maneira mais uniforme, exigindo menos água.
“Nossa abordagem oferece alta eficiência de resfriamento com consumo mínimo de água; utiliza até 100 vezes menos fluido refrigerante em comparação com o resfriamento por aspersão tradicional, mantendo uma regulação térmica eficaz”, disse a autora correspondente Fatin Sönmez à pv magazine. “Nosso sistema demonstra baixo consumo de energia e uma configuração simples que não requer bombas mecânicas ou sistemas de circulação complexos, o que o torna uma alternativa compacta e energeticamente eficiente.”
No entanto, Sönmez destacou que a necessidade de uma fonte de alta tensão aumenta a complexidade da instalação inicial e introduz considerações de segurança, podendo afetar os custos de implementação. “Nosso estudo abrangente de otimização determina os parâmetros influentes e seus valores ideais para o resfriamento de painéis fotovoltaicos por eletroaspiração. Tal estudo não havia sido encontrado anteriormente na literatura”, acrescentou.
A investigação baseou-se no método de superfície de resposta (MSR), uma abordagem estatística que realiza um número limitado de experimentos para criar um modelo matemático contínuo para todas as variáveis. As variáveis foram medidas em condições controladas de laboratório, com um projetor de lâmpada halógena de 500 W servindo como fonte de luz, posicionado a 350 mm do painel fotovoltaico. O painel fotovoltaico de 530 W foi posicionado a um ângulo de 90° em relação à horizontal.
Cada variável foi medida em três níveis: a severidade da radiação foi de 800 W/m², 900 W/m² ou 1.000 W/m²; a vazão do fluido refrigerante foi de 20 ml/h, 60 ml/h ou 100 ml/h; a tensão elétrica gerada entre o bocal e o painel fotovoltaico foi de 17 kV, 19 kV ou 21 kV; e a distância entre o bocal e o painel fotovoltaico foi de 3 cm, 5 cm ou 7 cm.
Por meio de suas análises, os cientistas identificaram os parâmetros operacionais ideais para o painel fotovoltaico como uma irradiância de 1.000 W/m², uma vazão de 94,34 mL/h, uma tensão de 17 kV e uma distância entre o bocal e o painel de 5,5 cm. Nessas condições, o painel atingiu uma potência de saída de 657,18 W. Duas validações subsequentes produziram potências de saída de 665,42 W e 672,89 W, confirmando a confiabilidade dos parâmetros otimizados.
“Descobrimos que o aumento da distância entre o bocal e o painel fotovoltaico afetou positivamente a potência máxima de saída apenas até aproximadamente 5 cm, após o que começou a ter um efeito adverso devido à diminuição da tensão entre o bocal e o painel”, disse Sönmez. “Também observamos um ponto de saturação na vazão do fluido refrigerante; o aumento da vazão elevou a potência de saída para cerca de 90 ml/h, mas aumentos adicionais não tiveram efeito adicional na quantidade de calor absorvido.”
Segundo os pesquisadores, o resultado mais surpreendente foi que a tensão elétrica entre o bocal e o painel fotovoltaico não afetou o parâmetro de potência de saída resultante. “Planejamos ampliar essas descobertas investigando o desempenho do resfriamento por eletroaspiração em painéis de escala industrial sob condições reais de exposição ao ar livre e com diferentes níveis de irradiação solar ao longo do dia”, concluiu.
O trabalho de pesquisa foi apresentado em “Determinação de parâmetros ótimos em painel fotovoltaico com resfriamento por eletrospray”, publicado no Ain Shams Engineering Journal.
