Análise do ganho de calor em um edifício com fachada fotovoltaica de células monocristalinas : um estudo na cidade de João Pessoa

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Cavalcante, Renan Douglas Lopes da Silva
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia de Energias Renováveis
Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36152
Resumo: BIPV (Building Integrated Photovoltaic/Thermal Systems) systems represent an innovative technology that integrates photovoltaic and thermal panels to buildings, promoting energy efficiency and sustainability. To evaluate this solution, a prototype was installed in a building in João Pessoa, Paraíba, with the addition of a single-crystal silicon photovoltaic module with double glazing, positioned at 90° on the north facade. Experimental tests were carried out in April, June and July 2024, with the objective of evaluating the heat gain in the environment and the generation of energy, taking into account the climate of the region. The thermal analysis was conducted by calculating the heat gain coefficient (SHGC), using the energy balance on the faces of the BIPV. The instruments used for data collection included anemometer (to measure wind speed), radiometer (for radiation indices) and thermocouples (to record temperatures). The thermal results indicated that the inclination of the module caused significant impacts on heat gain within the environment. The SHGC varied between 0,18 and 0,49. When analyzing the relationship between irradiance and solar heat gain coefficient (SHGC), it was observed that at times of higher solar incidence, the heat absorbed by the building was more intense. The irradiance varied between 450 W/m2 and 730 W/m 2, showing how solar radiation directly influences heat retention in the construction. The heat maps of the photovoltaic module surface revealed interesting patterns over the months analyzed. In April, temperatures ranged from 31,2°C to 51,4°C, while in June they were between 29,1°C and 52,0°C, and in July, between 28,3°C and 50,4°C. It was noted that in April, temperatures showed a wider variation throughout the day, probably due to the positioning of the sun. Already in June and July, the highest values were concentrated in the afternoon. These data reinforce the impact of solar radiation on the heat distribution in the panel, which can serve as a basis for planning more efficient thermal control strategies. In addition, the photovoltaic module recorded temperatures between 40°C and 52°C, tracking the variation of irradiance throughout the day. The power generated by the system ranged from 12,55 W to 94,64 W, and the efficiency of the module showed an inverse temperature trend, recording 24% efficiency for temperatures below 45°C and 22% for higher temperatures. The average energy generated for simulation and experimental ranged from 0,24 to 0,25 kWh/day in April, from 0,28 to 0,24 kWh/day in June and from 0,28 to 0,24 kWh/day in July. The relationship between module temperature and electrical efficiency confirms the importance of thermal control to maximize energy production. The study demonstrated that the efficiency of the integrated photovoltaic module is directly influenced by temperature and irradiance, with thermal losses reducing its performance in hot climates. The analysis of SHGC, heat maps and power generation reinforce the need for cooling strategies to optimize BIPV systems in tropical regions.
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The thermal analysis was conducted by calculating the heat gain coefficient (SHGC), using the energy balance on the faces of the BIPV. The instruments used for data collection included anemometer (to measure wind speed), radiometer (for radiation indices) and thermocouples (to record temperatures). The thermal results indicated that the inclination of the module caused significant impacts on heat gain within the environment. The SHGC varied between 0,18 and 0,49. When analyzing the relationship between irradiance and solar heat gain coefficient (SHGC), it was observed that at times of higher solar incidence, the heat absorbed by the building was more intense. The irradiance varied between 450 W/m2 and 730 W/m 2, showing how solar radiation directly influences heat retention in the construction. The heat maps of the photovoltaic module surface revealed interesting patterns over the months analyzed. In April, temperatures ranged from 31,2°C to 51,4°C, while in June they were between 29,1°C and 52,0°C, and in July, between 28,3°C and 50,4°C. It was noted that in April, temperatures showed a wider variation throughout the day, probably due to the positioning of the sun. Already in June and July, the highest values were concentrated in the afternoon. These data reinforce the impact of solar radiation on the heat distribution in the panel, which can serve as a basis for planning more efficient thermal control strategies. In addition, the photovoltaic module recorded temperatures between 40°C and 52°C, tracking the variation of irradiance throughout the day. The power generated by the system ranged from 12,55 W to 94,64 W, and the efficiency of the module showed an inverse temperature trend, recording 24% efficiency for temperatures below 45°C and 22% for higher temperatures. The average energy generated for simulation and experimental ranged from 0,24 to 0,25 kWh/day in April, from 0,28 to 0,24 kWh/day in June and from 0,28 to 0,24 kWh/day in July. The relationship between module temperature and electrical efficiency confirms the importance of thermal control to maximize energy production. The study demonstrated that the efficiency of the integrated photovoltaic module is directly influenced by temperature and irradiance, with thermal losses reducing its performance in hot climates. The analysis of SHGC, heat maps and power generation reinforce the need for cooling strategies to optimize BIPV systems in tropical regions.NenhumaOs sistemas BIPV (Building Integrated Photovoltaic/Thermal Systems) representam uma tecnologia inovadora que integra painéis fotovoltaicos e térmicos aos edifícios, promovendo a eficiência energética e a sustentabilidade. Para avaliar essa solução, foi instalado um protótipo em um edifício em João Pessoa, Paraíba, com a adição de um módulo fotovoltaico de silício monocristalino com vidro duplo, posicionado a 90° na fachada norte. Foram realizados testes experimentais em abril, junho e julho de 2024, com o objetivo de avaliar o ganho de calor no ambiente e a geração de energia, levando em consideração o clima da região. A análise térmica foi conduzida através do cálculo do coeficiente de ganho de calor (SHGC), utilizando o balanço energético sobre as faces do BIPV. Os instrumentos empregados para a coleta de dados incluíram anemômetro (para medir a velocidade do vento), radiômetro (para os índices de radiação) e termopares (para registrar as temperaturas). Os resultados térmicos indicaram que a inclinação do módulo causou impactos significativos no ganho de calor dentro do ambiente. O SHGC variou entre 0,18 e 0,49. Ao analisar a relação entre irradiância e o coeficiente de ganho de calor solar (SHGC), observou-se que, nos horários de maior incidência solar, o calor absorvido pelo edifício foi mais intenso. A irradiância variou entre 450 W/m² e 730 W/m², mostrando como a radiação solar influencia diretamente na retenção de calor na construção. Os mapas de calor da superfície do módulo fotovoltaico revelaram padrões interessantes ao longo dos meses analisados. Em abril, as temperaturas oscilaram entre 31,2°C e 51,4°C, enquanto em junho ficaram entre 29,1°C e 52,0°C, e em julho, entre 28,3°C e 50,4°C. Notou-se que, em abril, as temperaturas apresentaram uma variação mais ampla ao longo do dia, provavelmente devido ao posicionamento do sol. Já em junho e julho, os valores mais altos se concentraram no período da tarde. Esses dados reforçam o impacto da radiação solar na distribuição de calor no painel, o que pode servir como base para o planejamento de estratégias mais eficientes de controle térmico. Além disso, o módulo fotovoltaico registrou temperaturas entre 40°C e 52°C, acompanhando a variação da irradiância ao longo do dia. A potência gerada pelo sistema variou de 12,55 W a 94,64 W, e a eficiência do módulo apresentou uma tendência inversa à temperatura, registrando 24% de eficiência para temperaturas abaixo de 45°C e 22% para temperaturas superiores. A energia média gerada para simulação e o experimental variou de 0,24 a 0,25 kWh/dia em abril, de 0,28 a 0,24 kWh/dia em junho e de 0,28 a 0,24 kWh/dia em julho. A relação entre a temperatura do módulo e a eficiência elétrica confirma a importância do controle térmico para maximizar a produção de energia. O estudo demonstrou que a eficiência do módulo fotovoltaico integrado é diretamente influenciada pela temperatura e irradiância, com perdas térmicas reduzindo seu desempenho em climas quentes. A análise do SHGC, mapas de calor e geração de energia reforça a necessidade de estratégias de resfriamento para otimizar sistemas BIPV em regiões tropicais.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de Energias RenováveisPrograma de Pós-Graduação em Energias RenováveisUFPBLago, Taynara Geysa Silva dohttp://lattes.cnpq.br/8719507576491647Cavalcante, Renan Douglas Lopes da Silva2025-10-07T19:06:43Z2025-04-092025-10-07T19:06:43Z2025-02-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36152porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-10-08T06:05:11Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/36152Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2025-10-08T06:05:11Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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