Estudo numérico de unidades de armazenamento de energia térmica com materiais de mudança de fase para a termorregulação de painéis fotovoltaicos - Antunes, Pedro Filipe Ribeiro (2016)
O principal objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento, validação e exploração de um modelo numérico, baseado no método da capacidade calorífica equivalente, para simular a transferência de calor com mudança de fase sólido-líquido em cavidades de secção retangular preenchidas com materiais de mudança de fase (PCMs) microencapsulados. Para efeitos de validação e calibração, consideram-se os resultados experimentais publicados por Soares et al. [1,2]. Pretende-se também avaliar numericamente a influência da incorporação de uma unidade de armazenamento de energia (UAE) com PCMs na termorregulação de um painel fotovoltaico (PV). O objetivo é melhorar a eficiência do sistema na conversão de energia solar em energia elétrica. Usando um modelo bidimensional em regime transiente, foi simulado o aquecimento e o arrefecimento do PCM microecapsulado Micronal - Micronal DS 5001 X. Assumiu-se um modelo puramente difusivo, onde a condução é o único mecanismo de transferência de calor, associado à mudança de fase. No sentido de avaliar o efeito da incorporação de alhetas metálicas no domínio do PCM, foram consideradas UAE com 1, 5 e 15 cavidades, tendo-se calculado o tempo de fusão/solidificação e a energia armazenada/restituída pelo PCM para cada caso de estudo. Relativamente às fases de aquecimento, verificou-se que o tempo de fusão do PCM é semelhante para as unidades de 1 e 5 cavidades. Na fase de arrefecimento, constatou-se que o tempo de solidificação diminui de forma progressiva à medida que o número de cavidades da UAE aumenta. Os resultados numéricos obtidos mostraram estar de acordo com os resultados medidos experimentalmente [1,2]. Comparando a evolução da temperatura das células PV num sistema PV convencional e num sistema PV/PCM (com PCMs), observou-se o efeito termorregulador desejado no sistema com a UAE durante as horas de maior radiação solar. Para um dia típico de Verão em Coimbra, verificou-se que a espessura ideal da cavidade retangular da UAE colocada na parte posterior do PV/PCM é de 3 cm.