Desenvolvimento de módulos fotovoltaicos concentradores estáticos com refletor difuso

Abstract

The aim of this work was to manufacture and to characterize prototypes of flat static concentrator modules, called MEC-P. This concentrator consists of strings of bifacial cells and a white reflecting plane. Then the reflected radiation can reach the rear face of the bifacial cells. Two prototypes had been manufactured: prototype A, with 615 mm x 315 mm x 60 mm, and prototype B, with 615 mm x 365 x mm x 60 mm, considering length, width and height. These dimensions are based on previous work of optimization of the MEC-P, and the difference between prototype A and prototype B is the distance between the most external string and the edge of the module. Commercial white paints had been tested on the reflecting plane. The best result is achieved with the paint named Hammerite®, with averaged reflectance above 90 % for wavelengths from 400 nm to 1050 nm. The selected paint was aged in external conditions and in an ultraviolet radiation accelerated aging chamber. It was observed a reflectance degradation from its original value after exposure to ultraviolet radiation. Nevertheless, when the sample painted was exposured to UV radiations under a glass plate laminated with ethylene vinyl acetate (EVA), the reflectance of the samples remained the same. The prototypes had been installed in Porto Alegre, 48º tilted to the horizontal, with the strings toward east-west or north-south. To characterize the prototypes, solar cells had been installed to measure the incident irradiance in six regions oh the prototypes and to evaluate the operating temperature. Taking into account the optical concentration (COP) for the worst irradiance on the rear face of the bifacial cell, we observed that the prototype B with strings toward the north-south shows the larger COP and mainly, constant during the period with higher irradiance for cloudless days. MEC-P prototypes presented operating temperatures from 15 ºC to 26 ºC above the ambient temperature, similar to the temperature in conventional modules.

O objetivo deste trabalho foi fabricar e caracterizar protótipos do módulo concentrador estático plano, denominado de MEC-P. Este concentrador é constituído de tiras de células solares bifaciais e um plano refletor difuso branco. A radiação refletida pelo sistema óptico alcança a face posterior das células bifaciais, resultando em uma concentração óptica da ordem de 1,5. Dois protótipos foram fabricados: o protótipo A, com dimensões de 615 mm x 315 mm x 60 mm, e o protótipo B, com 615 mm x 365 mm x 60 mm. As dimensões usadas estão baseadas em trabalhos anteriores de otimização do MEC-P, sendo que a diferença entre o protótipo A e o protótipo B é a distância entre a tira mais externa e a borda do módulo. Tintas brancas comerciais foram testadas para serem utilizadas no plano refletor e encontrou-se a tinta Hammerite®, com refletância média acima de 90 % na faixa de comprimentos de onda de 400 nm a 1050 nm. A tinta selecionada foi envelhecida em condições externas e em câmara de envelhecimento acelerado por radiação ultravioleta. Observou-se que a tinta sofreu degradação de sua refletância após o teste com radiação ultravioleta, mas quando colocada sob uma chapa de vidro laminada com acetato de vinila, a refletância das amostras não se alterou. Os protótipos foram instalados em Porto Alegre, com ângulo de inclinação em relação a horizontal de 48º e com as tiras orientadas no eixo leste-oeste ou nortesul. Para caracterizar os protótipos, células solares foram instaladas para medição da irradiância incidente em seis regiões dos mesmos e para avaliação da temperatura de operação. Considerando como parâmetro de comparação a concentração óptica (COP) para a pior condição de irradiância na face posterior das células bifaciais, observou-se que o protótipo B com as tiras orientadas no eixo norte-sul apresentou a maior COP e, principalmente, constante durante o período de maior irradiância em dias sem nuvens. Os protótipos do MEC-P apresentaram temperaturas de operação de 15 ºC a 26 ºC acima da temperatura ambiente, similar a encontrada em módulos convencionais.