Nesta seção apresentam-se alguns projetos desenvolvidos recentemente no LABSOL.
Análise do comportamento elétrico de módulos fotovoltaicos monofacial e bifacial, a partir das curvas corrente–tensão (I–V) obtidas em condições reais de operação. O gráfico compara o desempenho do módulo monofacial, do módulo bifacial com a face traseira parcialmente coberta e do módulo bifacial totalmente exposto. As imagens ilustram a configuração experimental dos módulos instalados em estrutura elevada, evidenciando a face frontal e a face traseira dos módulos bifaciais, bem como as condições de albedo do solo que influenciam a contribuição da irradiação refletida.
Aquisição das curvas corrente–tensão (I–V) do módulo fotovoltaico sob diferentes condições de temperatura, obtidas em ambiente controlado por meio de uma câmara termostática desenvolvida para o experimento. A figura apresenta: (A) vista frontal da câmara termostática; (B) vista traseira; e (C) câmara aberta, evidenciando a disposição interna dos módulos e dos elementos de controle térmico. As curvas I–V ilustram o efeito da variação de temperatura sobre o comportamento elétrico do módulo.
Estudo experimental de coletores híbridos termo-fotovoltaicos (PVT). À esquerda, evolução temporal das temperaturas da água nas seções de entrada e saída do coletor PVT, evidenciando o aquecimento do fluido e o regime transiente até a estabilização térmica. À direita, arranjo experimental dos coletores PVT instalados em estrutura elevada, destacando que um dos coletores (à esquerda) foi desenvolvido e fabricado em laboratório, tendo seu desempenho térmico e elétrico comparado ao de um módulo PVT comercial, com o objetivo de avaliar a viabilidade e a eficiência da solução proposta.
Ensaios em coletores térmicos. Coletor solar de tubos evacuados utilizado nos experimentos: (a) fotografia do coletor instalado na bancada de ensaio; (b) representação esquemática do sistema experimental, indicando a incidência da radiação solar, a radiação refletida, o posicionamento do piranômetro, o bloqueador e as condições de temperatura ambiente.
Simulação numérica do escoamento em coletores solares, obtida por meio de modelagem computacional em CFD. A figura apresenta as linhas de corrente coloridas pelo campo de velocidade do fluido, evidenciando a formação da pluma de água quente, regiões de recirculação e a entrada de água fria. As simulações foram realizadas considerando inclinação do coletor de 45°, irradiância solar de 455 W/m², diâmetro característico de 360 mm e temperatura inicial de 290 K, permitindo a análise do comportamento hidrodinâmico e dos mecanismos de transferência de calor no sistema.
Estudos de resposta e distribuição espectral da radiação. À esquerda, comparação entre a irradiância espectral global inclinada medida experimentalmente com espectrorradiômetro e a irradiância simulada (SMARTS2), em confronto com o espectro de referência ASTM G173-03, para Porto Alegre em 27/02/2020 às 11:00, com azimute de 0° (Norte) e inclinação de 30°. À direita, comparação da irradiância ao longo do tempo para lâmpadas novas e usadas no simulador solar medida com uma célula de referência AK-110 (μ-Si), bem como a respectiva curva de resposta espectral relativa do dispositivo, evidenciando maior intensidade no intervalo de 600 a 1100 nm.
Desenvolvimento de contatos posteriores de células solares de CdTe em colaboração com o NREL: fotografia do substrato contendo dispositivos de CdTe processados, apresentando diferentes configurações de contatos traseiros e áreas ativas delimitadas, utilizados para avaliação elétrica e comparação do desempenho dos contatos desenvolvidos.
Desenvolvimento de instrumentação para caracterização elétrica de arranjos fotovoltaicos de alta potência (1200 V 100A).
(a) Protótipo do equipamento portátil desenvolvido para ensaios em campo;
(b) diagrama esquemático do circuito de polarização e comutação de potência;
(c) interface do software de aquisição e processamento de dados, com curvas características I–V obtidas experimentalmente;
(d) vista interna do equipamento, destacando o banco de capacitores e os módulos de potência.
O sistema foi projetado para a caracterização de arranjos fotovoltaicos com tensões de até 1200 V e correntes de até 100 A.
Sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica em operação contínua desde 2004: vistas da fachada do edifício, evidenciando a integração arquitetônica dos módulos fotovoltaicos (acima). Foto tirada da torre de inspeção retirada em 2020 (abaixo).
Análise, apontamento de falhas e degradação em módulos fotovoltaicos. Curvas corrente–tensão (I–V) comparativas do módulo operando em 2004 e 2019, evidenciando a redução de corrente e tensão ao longo do tempo; imagem de eletroluminescência mostrando defeitos estruturais e descontinuidades nas células; e registros termográficos do arranjo inferior nas orientações (a) oeste e (b) leste, indicando a presença de uma área que representa um conjunto de células associadas a falhas elétricas e degradação dos módulos.
Simulador solar classe C desenvolvido para ensaios de light soaking: (a) vista interna da câmara de ensaio com conjunto de lâmpadas e plano de posicionamento do dispositivo sob teste; (b) sistema de ventilação e controle térmico da câmara; (c) mapa bidimensional da distribuição espacial da irradiância incidente no plano de ensaio, obtido a 0,5 m da fonte luminosa; (d) representação por curvas de nível dos valores de irradiância (W/m²), evidenciando a não uniformidade da iluminação para diferentes posições de iluminação.