Estufa fotovoltaica semitransparente aumenta geração energética em 20,1%

Projeto otimizado de estufa fotovoltaica semitransparente aumenta geração de energia em 20,1%.

Vidro fotovoltaico está revolucionando a geração de energia solar e impulsionando a sustentabilidade.

O novo projeto de estufa fotovoltaica semitransparente (STPV), desenvolvido por uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Qatar University, conseguiu aumentar a geração anual de energia em 20,1%. O avanço foi alcançado através da otimização geométrica da estrutura, superando os formatos de estufas convencionais em até 56,86% em eficiência de captação solar.

O estudo, publicado na revista científica Energy Reports, focou em redistribuir as superfícies fotovoltaicas de maneira estratégica nas paredes e seções do telhado voltadas para o sul, maximizando o aproveitamento da luz solar conforme o clima local.

Mudanças Estruturais Comparativas

Os cientistas aplicaram algoritmos de otimização para alterar as dimensões e os ângulos da estufa, mantendo a mesma área útil de piso e de cobertura de painéis:

Parâmetro - Configuração tradicional (ñ otimizada) - Configuração nova (otimizada)

Dimensões (L x C) - 6 metros x 4 metros - 4 metros x 6 metros

Altura Máxima - 3 metros - 2,5 metros

Inclinação do Telhado - 50 graus - 26 graus

Resultado -  Linha de base de geração - +20,1% de ganho elétrico anual

Benefícios para o Agrovoltaico

O uso de módulos solares semitransparentes é uma forte tendência no setor, pois resolve o maior desafio do agrovoltaico: gerar energia sem bloquear a luz necessária para a fotossíntese e o crescimento saudável das plantas no interior da estufa. O ajuste preciso da geometria provou que pequenos detalhes de engenharia e posicionamento podem tornar as soluções de energia renovável na agricultura moderna muito mais viáveis e autossuficientes.

Uma equipe internacional desenvolveu um projeto otimizado de estufa fotovoltaica semitransparente que distribui estrategicamente os módulos entre telhado e paredes voltados para o sul. Com um algoritmo aprimorado, a solução elevou a produção anual de energia em 20,1% e superou em até 56,86% as geometrias convencionais.

O design proposto.

Um grupo de pesquisa liderado por cientistas da Qatar University propôs um novo projeto para uma estufa fotovoltaica semitransparente (STPV). Os pesquisadores otimizaram a geometria da estufa para aumentar a geração de eletricidade, mantendo restrições como a área total do piso e a cobertura com STPV.

“Este estudo apresenta um novo projeto de estufa que se concentra em maximizar a captação de energia solar nas seções voltadas para o sul e nas superfícies das paredes, especificamente adaptado às condições climáticas do Catar”, afirmaram os pesquisadores. “O novo projeto é avaliado e comparado com configurações comuns de estufas, mantendo restrições como a mesma área total de piso e área de STPV. Isso garante que o projeto proposto otimize efetivamente a recepção de energia solar sem comprometer os requisitos de espaço”.

Os cientistas avaliaram o desempenho energético de cinco geometrias de estufa: even-span, uneven-span, vinery, modified-arch e o projeto proposto, que destina uma parcela maior da superfície de STPV às seções do telhado voltadas para o sul e às paredes verticais.

Eles modelaram as cinco configurações utilizando os mesmos módulos fotovoltaicos semitransparentes bifaciais de 280 W, do tipo p, com vidro duplo. Cada estufa tinha uma área de piso de 24 m² e uma área efetiva instalada de STPV de 71 m².

Os pesquisadores avaliaram os quatro projetos convencionais de estufa utilizando geometrias fixas e não otimizadas e compararam seu desempenho com o da configuração proposta. Em seguida, otimizaram o novo projeto utilizando um algoritmo aprimorado de otimização por mapeamento de média-variância (IMVMO), um método de otimização meta-heurístico.

O algoritmo variou o comprimento e a largura da estufa, a altura máxima e os ângulos de inclinação do telhado e das paredes, com o objetivo de maximizar a geração anual de eletricidade.

Os projetos adicionais.

“Este estudo aprimora o algoritmo de otimização por mapeamento de média-variância (MVMO) por meio do desenvolvimento de uma versão aprimorada (IMVMO)”, explicaram os pesquisadores. “O algoritmo aprimorado introduz mecanismos para evitar a convergência prematura e a queda em ótimos locais, uma limitação comum em muitos métodos meta-heurísticos. Essa melhoria torna o IMVMO mais robusto e eficiente na resolução de problemas complexos de otimização, garantindo um desempenho superior na otimização de projetos de estufas”.

Em termos de produção total de energia, o projeto proposto superou consistentemente as quatro configurações convencionais de estufa com as mesmas dimensões estruturais. Em comparação com o projeto vinery, alcançou um ganho de energia de 56,86%. Os ganhos em relação aos projetos even-span e modified-arch foram de 25,14% e 24,60%, respectivamente, enquanto a melhoria em relação à configuração uneven-span foi de 6,03%.

Os pesquisadores afirmaram que as paredes desempenharam um papel significativo na geração de eletricidade no novo projeto, contribuindo com 7.518,3 kWh, em comparação com 5.493,5 kWh provenientes do telhado. A configuração não otimizada tinha 6 m de comprimento e 4 m de largura, com altura máxima de 3 m e ângulo de inclinação do telhado de 50°. Após a otimização, as dimensões passaram para 4 m por 6 m, com altura máxima de 2,5 m e ângulo de inclinação do telhado de 26°. A geometria otimizada aumentou a produção anual de energia em 20,1%.

“Essa abordagem de otimização enfatiza a importância da seleção estratégica de parâmetros para alcançar projetos de estufas energeticamente eficientes”, concluíram os pesquisadores. “De modo geral, este estudo destaca a possibilidade de utilizar a otimização de projetos para melhorar significativamente a eficiência energética das estufas, oferecendo insights práticos para a integração de soluções de energia renovável à agricultura moderna”.

Em funcionamento a primeira estufa de vidro solar transparente do mundo.

Pesquisadores apresentaram suas conclusões no estudo “Optimizing semi-transparent PV-integrated greenhouse: A novel design for enhanced solar energy harvesting”, publicado na Energy Reports. A equipe de pesquisa incluiu cientistas da Qatar University, da BRAC University, em Bangladesh, e da Shanghai Maritime University, na China. (pv-magazine-brasil)