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Solução Exemplo 1.4 - Introdução e Conceitos Básicos
Prof. Ricado C. Carpio
Transferência de Calor I - IFMG
Exemplo 3.4.
Uma placa ou painel solar fotovoltaico (PV) absorve a radiação solar e converte uma fração dessa energia (definida como a eficiência do painel) em energia elétrica. A eficiência do painel é função de sua temperatura:
Onde é a eficiência nominal obtida na temperatura de referência e é o coeficiente de temperatura. O tamanho do painel é L = 4 pés de comprimento e W = 2 pés de largura e o fluxo solar é. O painel sofre convecção com o ar circundante a com coeficiente de transferência de calor. O painel também irradia para a vizinhança em e a emissividade da superfície do painel é.
Determine:
a) A temperatura do painel.
b) A potência de energia elétrica na qual o painel produz energia.
c) Prepare um gráfico de potência elétrica em função do fluxo solar de
Solução:
Premissas
- Estado estacionário.
- O painel solar não sofre nenhuma perda de calor de sua superfície traseira para a estrutura de montagem.
- O painel solar absorve todo o fluxo de calor solar.
- O fluxo de calor solar é normal à superfície do painel.
- O painel solar é isotérmico.
η = ηo − β(T − To)
ηo = 0, 18 To = 20C β = 0, 0015K – q "s= 850W /m^2 T∞ = 20C h = 12W /m^2 K Tviz = 20C ϵ = 1
0 < q "s< 1000W /m^2.
Análises
Um balanço de energia no painel solar é mostrado na Figura e inclui entrada de energia solar e a saída de radiação, convecção e de energia elétrica. Não há termo de armazenamento para este (suposto) problema de estado estacionário:
a) Determinando a Temperatura do Painel
- Calculando da Área superficial do painel e a taxa de energia solar absorvida:
A Temperatura da placa Fotovoltaica será (kelvin)= [{T: -670.301929669095}, {T: 332.406508244928}, {T: 168.947710712084 - 555. 7618852063I}, {T: 168.947710712084 + 555.37618852063I}]
b) A potência de energia elétrica na qual o painel produz energia.
To = 20 + 273 = 293 (K - Temp. da base da placa Fotovoltaica)
Patm = 101325 (Pressão atmosférica - Pascal)
β = 0.00150 (K −1^ Coeficiente de temp.)
ηo = 0.18000 (Eficiência nominal da placa)
W = 2 ⋅ 0.3048 = 0.60960 (m - comprimento da placa)
L = 4 ⋅ 0.3048 = 1.21920 (m - Largura da placa)
q = 850 (W /m^2 Fluxo de calor)
h = 12 (W /m^2 K Coeficiente médio de Convecção)
Tα = 20 + 273 = 293 (K Temperatura do meio ambiente)
Tviz = 20 + 273 = 293 (K Temperatura da vizinhança)
SB = 5.670 ⋅ (10)−8^ = 0.00000 (W /m^2 k^4 - Coeficiente de Stefan_boltzmann)
e = 1 (emissividade da superfície do painel)
q ˙ (^) s = ˙q (^) conv + ˙q (^) rad + ˙w
As = W ⋅ L
q ˙ (^) s = Qs = q "s ⋅As
As = W ⋅ L = 0.6096 ⋅ 1.2192 = 0.7432 (Área do painel solar em m^2 )
Qs = q ⋅ As = 850 ⋅ 0.7432 = 631.7407 (A taxa de calor absorvido pelo painel em W atts)
Tamb = 293
Tviz = 293
Temperaturaplaca = 332.4 (K)
