Janela térmica fotovoltaica atinge 3,6% de eficiência elétrica e fornece água quente a 50°C

Uma equipe de pesquisadores alemães e britânicos desenvolveu um novo janela híbrida fotovoltaica-térmica integrada ao edifício (PVTW) que gera eletricidade e água quente sanitária (AQS).

“A instalação de painéis solares e coletores comuns no ambiente construído requer o uso de um espaço significativo no telhado, que é limitado. Isso inspirou o desenvolvimento de tecnologias eficientes e integradas à construção que podem maximizar o uso do espaço e do fornecimento de energia.” “Neste trabalho, fabricamos e testamos um PVTW híbrido integrado à construção, que consiste em uma camada PV translúcida e um absorvedor de calor à base de líquido de absorção seletiva.”

O principal componente do PVTW é uma camada de vidro com uma matriz de microlistras de silício amorfo (a-si) espaçadas. Apenas uma parte da luz solar é absorvida pela camada PV para geração de energia, enquanto o restante é transmitido para uma camada de água de 4 mm de espessura abaixo dela. Dois tubos de latão servem como entrada e saída de água, e duas armações de policarbonato são usadas para intercalar uma camada de vidro padrão com baixo teor de ferro.

Os testes foram realizados em um telhado em Londres de 16 a 23 de julho de 2021, quando a temperatura ambiente máxima medida foi de 34 graus Celsius e a irradiação solar ao meio-dia foi de cerca de 1100 W m - 2. O dispositivo foi testado em inclinações de 30°, 60° e 90°, e seu desempenho foi comparado ao de um módulo de referência para um Janela Solar Térmica (STW) sem um componente PV. Este último é idêntico ao PVTW, exceto que a camada PV é substituída por uma camada de vidro para formar duas camadas.

Os resultados dos testes mostram que o sistema PVTW tem uma eficiência elétrica de 3,6% e uma eficiência térmica de 17,6%.

“Em um ângulo de inclinação de 30°, o PVTW tem uma eficiência elétrica de 3,6% e uma eficiência térmica de 10,7%. A capacidade de produzir água quente de cerca de 50°C o torna adequado para aplicações domésticas, enquanto sua geração de energia atende às necessidades energéticas do edifício”, observou a equipe. “Ajustando a inclinação do PVTW de 30° para 90°, mudanças na temperatura de saída e na eficiência térmica podem ser observadas, demonstrando a importância da orientação no desempenho do sistema.”

Eles acrescentaram: “Em uma inclinação de 90°, o sistema tem uma eficiência elétrica de 3,3% e uma eficiência térmica de 17,6%, com uma temperatura máxima de efluente de aproximadamente 42 graus Celsius. O sistema não só fornece água quente em temperaturas mais altas em comparação a uma estação de tratamento de águas residuais autônoma, mas é definitivamente 10% mais eficiente termicamente e também gera eletricidade.”

Os acadêmicos disseram: “Para entender o impacto potencial do PVTW no atendimento às necessidades de energia térmica de um edifício, podemos estimar a superfície de PVTW necessária para atender às necessidades de água quente de uma típica casa geminada de três quartos em Londres, Reino Unido, ocupada por dois adultos e duas crianças.” “Usando um balanço de energia, uma superfície inteira de PVTW de no máximo 1,2 metros quadrados a uma inclinação de 30° seria necessária para atender a essa demanda imediatamente. Assumindo um sistema maior com um tanque de armazenamento de água quente, estimamos que na mesma inclinação, cerca de 2,8 m2 de superfície de PVTW seriam necessários para atender a toda a demanda diária sem a necessidade de uma caldeira de reserva.”

O sistema foi publicado em “Building-integrated hybrid photovoltaic-thermal (PV-T) windows for synergistic light management, electricity and heat generation” no periódico Advanced Science. Pesquisadores do Imperial College London, Reino Unido, e do Karlsruhe Institute of Technology, Alemanha, conduziram o estudo.