Melhore o desempenho dos painéis solares fotovoltaicos por um auto

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21236 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Os painéis solares fotovoltaicos (PV) são impactados negativamente pelo acúmulo de poeira. A variação na densidade da poeira de ponto a ponto aumenta o risco de formação de pontos quentes. Portanto, um nanocoating PDMS/SiO2 preparado foi usado para reduzir a poeira acumulada na superfície dos painéis fotovoltaicos. No entanto, a eficácia desses revestimentos é muito influenciada por fatores geográficos e climáticos. Três módulos fotovoltaicos idênticos foram instalados para executar testes experimentais comparáveis ​​simultaneamente. O primeiro módulo é revestido com o nanorevestimento PDMS/SiO2 preparado, o segundo é revestido com nanorevestimento comercial e o terceiro módulo não é revestido e serve como referência. O nanocoating preparado era hidrofóbico e tinha um efeito de autolimpeza. Os fatores de preenchimento para o painel de referência (RP), painel nanorevestido comercial (CNP) e painel nanorevestido preparado (PNP) foram 0,68, 0,69 e 0,7, respectivamente. Após 40 dias de exposição ao ar livre, as densidades de poeira nas superfícies dos painéis RP e PNP foram de 10 e 4,39 g/m2, respectivamente. Assim, a eficiência do painel nanorrevestido foi superior à do painel de referência em 30,7%.

A radiação solar pode ser dividida em três faixas de ondas principais: Radiação ultravioleta (UV) para comprimentos de onda abaixo de 400 nm (fótons com energia maior que 3,1 eV). Radiação visível (VIS) para comprimentos de onda entre 400 e 760 nm (energia do fóton entre 1,6 e 3,1 eV). Radiação infravermelha (IR) para comprimentos de onda maiores que 760 nm (energia do fóton abaixo de 1,6 eV). O infravermelho próximo (NIR) varia até 4 m1. O Egito tem alta irradiância solar com irradiância global anual superior a 2.000 kWh/m22. A orientação ótima de um sistema de conversão solar é em direção ao equador, produzindo uma orientação ao sul no hemisfério norte (ângulo de azimute = 0); e uma orientação ao norte no hemisfério sul (ângulo de azimute = 180). O ângulo de inclinação ideal é afetado pela latitude do local e pelo dia do ano3. No Egito, o ângulo de inclinação ideal dos módulos fotovoltaicos e coletores para maximizar a energia solar capturada é βopt = φ ± 15°4. A tecnologia solar é atualmente a terceira fonte de energia renovável mais utilizada no mundo, depois da energia hidrelétrica e da energia eólica. Além disso, a eletricidade proveniente de combustíveis fósseis causa emissões de CO2 entre 400 g e 1000 g CO2/kWh, enquanto as emissões de CO2 de painéis solares à base de silício são insignificantes5. Os parâmetros fornecidos pelos fabricantes de módulos fotovoltaicos são medidos em condições de teste padrão (STC). Tais circunstâncias, porém, são incomuns no campo. A medição experimental das características I-V é de grande importância, pois pode servir como prova da qualidade e desempenho de todo sistema fotovoltaico. A corrente de curto-circuito (Isc) e a tensão de circuito aberto (Voc) são as principais propriedades das curvas IV e PV. Para cada ponto na curva IV, o produto da corrente e da tensão representa a potência de saída naquela condição de operação. O fator de preenchimento (FF) é definido como a razão do produto de Pm e Isc Voc, que define a quadratura da curva6. A maneira mais fácil de medir e traçar uma curva I-V é usando uma carga resistiva. Consiste em uma combinação de resistores de potência com vários valores de resistência, comutados gradualmente de um valor de resistência pequeno a alto por curtos períodos de tempo. Cada valor de resistor é considerado um ponto de operação na curva I–V7. A perda de radiação devido ao acúmulo de poeira reduz a potência de saída fotovoltaica. O acúmulo variável de poeira em qualquer ponto da superfície fotovoltaica resulta em uma distribuição diferente da luz solar que entra no painel fotovoltaico, aumentando a possibilidade de um ponto quente que danifica os painéis fotovoltaicos8. A densidade de poeira mais alta reduz a corrente de curto-circuito PV, a tensão de circuito aberto e a potência de saída. A poeira com uma densidade de 10 g/m2 pode reduzir a saída máxima de PV em cerca de 34%9. A limpeza regular dos módulos fotovoltaicos é essencial para manter seu desempenho. Várias técnicas de limpeza de módulos fotovoltaicos estão disponíveis e podem ser classificadas como manual, automática ou autolimpante. O principal problema da limpeza manual é o alto consumo de água e energia elétrica. O processo automatizado também requer energia, e o custo inicial é muito alto. Portanto, métodos de autolimpeza, como revestimentos hidrofóbicos, são boas opções para manter os módulos fotovoltaicos. O processo de revestimento não requer eletricidade para operar e não danifica os painéis durante a limpeza. Este processo é mais confiável e barato10. Está bem estabelecido que o uso de nanocargas, como nano-sílica, dióxido de titânio, óxido de zinco, etc., pode criar revestimentos hidrofóbicos para aplicações industriais em larga escala. Por definição, os nanorevestimentos hidrofóbicos contêm pelo menos um componente de tamanho nano que desempenha um papel central nas propriedades do revestimento, ou na morfologia do revestimento hidrofóbico em nanoescala11. O uso de um nanomaterial de revestimento hidrofóbico comercial de SiO2 melhorou o desempenho geral dos módulos fotovoltaicos solares. A potência de saída, que indica a eficiência geral do sistema fotovoltaico, foi aumentada em 15% em comparação com os módulos empoeirados e em 5% em comparação com os módulos não revestidos que eram limpos manualmente todos os dias. A eficiência geral dos módulos solares fotovoltaicos foi aumentada devido à sua capacidade de remover a poeira sem usar nenhuma fonte de energia12. Dois módulos fotovoltaicos foram instalados para executar testes experimentais comparáveis ​​ao mesmo tempo. O primeiro módulo é revestido com nanopartículas de SiO2, enquanto o segundo não é revestido e serve como controle. Um micropano foi usado para revestir o vidro limpo com a solução de nanopartículas preparada. O ângulo de contato é de aproximadamente 106,02°. Segundo a definição de Wenzel-Baxter, esse ângulo é considerado hidrofóbico. A eficiência elétrica média do módulo revestido é de aproximadamente 13,79%, enquanto a do módulo não revestido é de aproximadamente 13,29%. Foi descoberto e concluído que os painéis revestidos geram 13% a mais de potência de saída mesmo quando a superfície não é limpa regularmente13.