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Uma combinação de tecnologias de energia renovável é maior do que a soma das suas partes. Sistemas fotovoltaicos-térmicos acoplados a sistemas de bomba de calor figuram entre as soluções híbridas mais promissoras para o fornecimento sustentável de energia em edifícios. Ao contrário das formas convencionais de aquecimento solar ou de tecnologias de transmissão de luz solar, as tecnologias PVT são capazes de captar simultaneamente eletricidade e calor, enquanto a bomba de calor eleva a energia térmica de baixa qualidade (calor) até uma temperatura utilizável. Em conjunto, formam um par robusto, comprovado e testado em instalações reais em todo o mundo.
Como Funciona o Sistema Híbrido
O coletor FVT (Fotovoltaico-Térmico) é o elemento-chave deste sistema e consiste em células fotovoltaicas fixadas a um absorvedor térmico na face oposta. As células FV geram eletricidade quando atingidas pela luz solar, e o absorvedor térmico capta o calor residual dos painéis e o transfere para um fluido que circula no sistema. O design de dois-em-um desse produto resolve uma das principais limitações dos módulos solares FV convencionais: o superaquecimento. Em condições normais de operação do sistema de refrigeração FVT, esse processo foi estudado e observou-se que a eficiência elétrica melhora significativamente com o uso do sistema de refrigeração FVT.
O calor recuperado é então utilizado como fonte de calor de baixa temperatura em um ciclo de bomba de calor, resultando em uma menor carga sobre o compressor. Em muitas configurações, a energia térmica gerada por PVT representa uma fração significativa do calor fornecido ao sistema. O método de alimentação líquida em excesso, por exemplo, garante uma melhor molhabilidade das paredes e a plena utilização da superfície disponível para troca térmica; isso permite que o compressor aspire um vapor de maior densidade e melhora o desempenho térmico e elétrico. Essa combinação eficaz das duas tecnologias torna o sistema um circuito fechado, pois o calor residual é aproveitado como recurso.
Métricas de Desempenho de Instalações Reais
O desempenho dos híbridos de bomba de calor PVT é impressionante, e dados do mundo real confirmam isso. Para a estufa localizada no banco de ensaios de condições reais de inverno, estudaram-se os sistemas híbridos — campos de coletores solares PVT de 12 kW e uma bomba de calor de velocidade variável de 10 kW — em termos de desempenho térmico e elétrico. A temperatura interna da estufa manteve-se estável em 10 °C, independentemente da temperatura externa abaixo de -10,5 °C durante todo o inverno; foi fornecida uma quantidade de calor de 11 253 kWh. Quando, na época de baixa demanda, praticamente não havia necessidade de aquecimento do espaço, os restantes 11 125 kWh foram armazenados e posteriormente transferidos para a carga anual de aquecimento, resultando numa oferta anual total de calor de 22 378 kWh.
Do ponto de vista elétrico, o sistema PVT gerou 3.839 kWh de eletricidade ao longo do ano, cobrindo 36,72 % da eletricidade total consumida pela bomba de calor e pelo sistema auxiliar. O coeficiente sazonal de desempenho (CoP) de 3,38 mostrou que a integração de coletores PVT com bomba de calor em condições frias oferece economias substanciais no consumo de energia e na dependência da rede elétrica convencional.
Em edifícios comerciais, o sistema com um coletor PVT de 392 m² apresentou um CoP de aquecimento entre 5,8 e 6,3 em uma semana típica. O CoP global do sistema atingiu até 11,4, enquanto o CoP médio anual foi de 5,5. O período de retorno do investimento para o sistema foi de apenas 3,8 anos. Outro estudo realizado ao longo de um ano revelou um CoP médio de 2,92 no inverno, 3,69 no verão e 3,46 nas estações de transição, com um evaporador PVT que apresentou eficiência térmica média de 60,37 % e eficiência termoelétrica total de 70,12 % para os meses médios. Trata-se de aplicações voltadas para benefícios de custo.
Aplicações e benefícios de custo
Sistemas híbridos de bomba de calor PVT podem ser especialmente benéficos para locais com alta demanda térmica anual, como piscinas, lavanderias e estufas. Esses sistemas podem atender à maior parte, se não à totalidade, dos requisitos de aquecimento e podem cobrir muitos dos requisitos elétricos de aparelhos domésticos nesse tipo de local quando utilizados como fonte de energia 'primária' para o sistema solar. Nos últimos anos, foram introduzidas bombas de calor de fonte geotérmica assistidas por PVT (PVT-GHPs), cuja eficiência exergética global PVT foi comprovada até 20% maior e cuja temperatura máxima do painel fotovoltaico foi reduzida em 25,6%.
As economias de custo não se limitam ao consumo de energia. Em uma aplicação comercial, verificou-se que o sistema reduziu a variação anual da temperatura de armazenamento térmico no solo em apenas 0,4 °C e apresentou um período de retorno do investimento de 3,8 anos. Com o aumento do espaçamento entre os furos, o período de retorno do investimento diminuiu 18,8%. A instalação de coletores fotovoltaicos térmicos (PVT) com bombas de calor demonstrou uma economia de energia elétrica da rede de até 70%, resultando também em reduções nas emissões de CO₂ e nos custos ao longo do ciclo de vida!
Implicações Futuras
A transição energética está à nossa porta; as regulamentações sobre eficiência energética nos edifícios serão aplicadas de forma mais rigorosa do que nunca, e os sistemas híbridos PVT-bomba de calor desempenharão um papel fundamental. Essa tecnologia demonstra também que os sistemas de energia renovável podem ser projetados de modo que, ao operarem em combinação, seu desempenho supere amplamente o de cada componente individualmente. O sistema híbrido PVT-bomba de calor é, portanto, uma solução consolidada, econômica e ambientalmente benéfica para quem considera investimentos em suas instalações com vistas à sustentabilidade energética.
Fundada em 2009, a Jiangsu DHC Environmental Si-Tech Co., Ltd. atua com produtos de energia verde. Com base em sua qualidade e serviços sólidos, a empresa fornece todos os módulos solares PVT, bombas de calor, turbinas eólicas e baterias LiFePO₄ para uso em sistemas híbridos. Entre em contato conosco agora para saber como nossas soluções reduzem seus custos operacionais e lhe proporcionam independência energética.
