Comparison of the impact of temperature on the performance of static photovoltaic modules and with solar tracking systems (L-O, L-O + N-S)
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v11i4.27220Keywords:
Solar tracking; Thermal impact; Efficiency.Abstract
The participation of photovoltaic energy has increased its relevance on the world stage. This study aimed to evaluate whether solar tracking in photovoltaic systems, in addition to positively affecting energy generation, also impacts solar irradiance, temperature and efficiency, comparing them to a static system. Three photovoltaic modules were installed in Cascavel-PR, simulating the evaluated arrangements; a robust system to collect meteorological, thermal and electrical data for 365 days. Data were tabulated with hourly and monthly averages, by thermal range, occurrence density and irradiance. Analysis of Variance was used in order to compare the equality between the means. Then, applied the Tukey Test. As a main result, the lowest maximum temperature, the occurrence of the highest efficiencies and the highest energy production, stands out in the traceable arrangements. The final efficiency of the arrays, by range of irradiance, presented statistically different values, registering 7.27% for Arrangement 1; 10.38% for Arrangement 2 and 12.73% for Arrangement 3. The increase in production, compared to Arrangement 1, was 20.1% (Arrangement 2) and 37.2% (Arrangement 3). The correlations between irradiance, module temperature and energy production were similar, showing that the increase in irradiance caused higher module temperature and greater energy production, even with a reduction in efficiency.
References
Almorox, J., Arnaldo, J. A., Nadjem, B. & Martí, P. (2020). Adjustment of the Angstrom-Prescott equation from Campbell-Stokes and Kipp-Zonen sunshine measures at different timescales in Spain. Renewable Energy, 154, 337-350. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.03.023
Assaf, E. M. (2014). “Design and Implementation of a Two Axis Solar Tracking System Using PLC Techniques by an Inexpensive Method·,” International Journal of Academic Scientific Research, 2 (3), 54-65.
Benato, A. & Stoppato, A. (2019). An Experimental Investigation of a Novel Low-Cost Photovoltaic Panel Active Cooling System. Energies. 12, 1448 (1-24). https://doi:10.3390/en12081448.
Berwanger, D. (2019). Desenvolvimento de um sistema fotovoltaico com rastreador solar de um eixo instalado em uma propriedade rural conectado à rede. 2019. 79f. Dissertação de mestrado. Curso de Engenharia de Energia na Agricultura, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel.
Bittencourt, F. T., Mota, L. S., Santana, L. P., Costa, M. M. & Souza Filho, J. C. (2017). Construção de um protótipo de rastreador solar para aplicação em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. Sítio Novo, Palmas, 1, 147-157.
Bona, J. C., Titton, M. G. & Bühler, A. J. (2015). Projeto de um seguidor solar de dois eixos de baixo custo e baixo consumo energético. Acta de La XXXVIII Reunión de Trabajo de La Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente, Argentina, 3, 04.171-04.177.
Bryan, J. L., Silverman, T. J., Deceglie, M. G. & Holman, Z. C. (2021). Thermal model to quantify the impact of sub-bandgap reflectance on operating temperature of fielded PV modules. Solar Energy. 220, 246-250. https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.03.045
Carvalho, D. R. (2011). Desenvolvimento de um rastreador solar biaxial. 60 f. Dissertação de mestrado. Curso de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.
Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (2013). Solar Engineering of Thermal Processes. 4. ed. Canadá: Wiley. 928 p.
Fernandes, A. A. (2014). Desenvolvimento de um rastreador de baixo custo para sistemas de energia fotovoltaicos. 109 f. Dissertação de mestrado. Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Federal da Bahia, Salvador.
Fouada, M. M., Shihatab, L. A. & Morgana, E. I. (2017). An integrated review of factors influencing the performance of photovoltaic panels. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 80, 1499-1511. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.141
Frosi, F., Chesini, D., Gabe, I. J. & Bona, J. C. (2018). Análise comparativa da produção de energia de um seguidor solar de dois eixos para a região de Farroupilha-RS. In: Congresso Brasileiro de Energia Solar. 7. Gramado. Anais. Gramado: Cbens, 2018. 1-9.
Garcia, Y., Diaz, O. & Agudelo, C. (2015). Performance of a solar PV tracking system on tropic regions. [Thesis]. Energy and Sustainability, 4, 197-207. Faculty of Engineering, University of Cundinamarca, Colombia.
Hafez, A. Z., Yousef, M. A. & Harag, M. N. (2018). Solar tracking systems: Technologies and trackers drive types – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 91, 754-782. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.094
Hoffmann, F. M., Molz, R. F., Kothe, J. V., Nara, E. O. B. & Tedesco, L. P. C. (2018). Monthly profile analysis based on a two-axis solar tracker proposal for photovoltaic panels. Renewable Energy. 115, São Paulo. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.08.079
Konneh, K. V., Masrur, H., Othman, M. L., Wahab, N. I. A., Hizam, H., Islam, S. Z. & Senjyu, T. (2021). Optimal Design and Performance Analysis of a Hybrid Off-Grid Renewable Power System Considerando Different Component Scheduling, PV Modules, and Solar Tracking Systems. IEEE Access, 9, 64393-64413.
Kumar, M. & Kumar, A. (2017). Performance assessment and degradation analysis of solar photovoltaic technologies: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elsevier. 78, 554-587. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.083
Lo, S., Cheng, F., Chang, V., Liu, W. D., Chang, L., Adurodija, O. F., Chou, E., Lung, C., Liu, J., Lu, T., Su, J. & Cheng, E. (2015). Design, operation, and performance evaluation of a cable-drawn dual-axis solar tracker compared to a fixed-tilted system. Energy Science & Engineering. 6 (6). 549-557. https://doi-org.ez89.periodicos.capes.gov.br/10.1002/ese3.92
Lopes, D. D. D. (2016). Desenvolvimento e implementação de um Sistema de Seguimento Solar Ativo para sistemas fotovoltaicos. 76 f. Dissertação de mestrado. Faculdade de Ciências, Departamento e Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia. Universidade de Lisboa, Lisboa.
Martins, F. O. (2016). Seguidor solar de dois eixos com motores passo-a-passo. 80 f. Dissertação de mestrado. Curso de Engenharia de Energias Renováveis, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Lisboa.
Meceneiro, G. D. (2018). Desenvolvimento de um Sistema para Rastreamento Solar. 81 f. Dissertação de mestrado. Curso de Faculdade de Tecnologia, Sistemas de Informação e Comunicação, Universidade Estadual de Campinas, Limeira, 2018. http://repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/331831/1/Meceneiro_GabrielDuarte_M.pdf.
Neves, G. M. (2016). Influência do espectro da radiação solar em módulos fotovoltaicos. 240 f. Dissertação de mestrado. Curso de Engenharia e Tecnologia Espaciais / Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos.
Nobre, P., Pereira, E. B., Lacerda, F. F., Haddad, E. A. & Lay, D. (2019). Solar smart grid as a path to economic inclusion and adaptation to climate change in the Brazilian Semiarid Northeast. International Journal of Climate Change Strategies and Management. Bingley, 11 (4), 499-517.
Oliveira, C. A. A. (2007). Desenvolvimento de um protótipo de rastreador solar de baixo custo e sem baterias. 2007. 83 f. Dissertação de mestrado. Curso de Ciências, Centro de Tecnologia e Geociências - Departamento de Energia Nuclear, Universidade Federal de Pernambuco, Recife.
Passos, D., Otto, F., Castro, L. L. M., Roncada, M. A., Hoepers, R. & Wolf, J. G. B. (2017). Eficiência energética em placas fotovoltaicas (projeto segue o sol). Revista Maiêutica, Indaial, 3 (1), 21-42.
Paulescu, M. & Paulescu, E. (2019). Short-term forecasting of solar irradiance. Renewable Energy. 143, 985-994. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.05.075
Ruviaro, R. S., Daltrozo, J. G., Garlet, L., Lourenço, W. M. & Santos, I. P. (2018). Análise da variação da eficiência do módulo fotovoltaico em função da temperatura. In: Congresso Brasileiro de Energia Solar, 7. Gramado. Anais. Gramado: Cbens. 1–8.
Rebollar, P. B. M. & Rodrigues, P. R. (2011). Energias Renováveis: Energia Solar. Copyright © JELARE. (Edição – Livro Digital).
Severino, A. J. (2018). Metodologia do trabalho científico. São Paulo. Ed. Cortez.
Sousa, V. F. C. L. (2018). Sistemas passivos na construção em Portugal: Análise de um caso de estudo. 231 f. Dissertação de mestrado. Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, Lisboa.
Souza, A. & Aristone, F. (2018). Um estudo da temperatura e da irradiação solar em células fotovoltaicas. Tecno-Lógica, Santa Cruz do Sul, 22 (2), 194-200.
Souza, A., Aristone, F., Ferrari, L. F. & Reis, R. R. (2016). Modelagem da temperatura do módulo de células fotovoltaicas em função da temperatura ambiente, velocidade dos ventos e irradiância. Revista Brasileira de Energias Renováveis, Curitiba, 5 (4), 504-518.
Tavares, C. V. C. C. (2020). Os desafios da descarbonização da economia por meio da energia solar no semiárido: estudo de caso em Juazeiro do Norte – CE. 193 f. Tese de doutorado. Programa de Desenvolvimento Sustentável, Universidade de Brasília, Brasília.
Torres, R. C. (2012). Energia solar fotovoltaica como fonte alternativa de geração de energia elétrica em edificações residenciais. 164 f. Dissertação de mestrado. Escola de Engenharia de São Carlos - Departamento de Energia Mecânica, Universidade de São Paulo, São Carlos.
Simioni, T. (2017). O impacto da temperatura para o aproveitamento do potencial solar fotovoltaico do Brasil. 222 f. Dissertação de mestrado. Programa de Planejamento Energético, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2022 Gilson Debastiani; Carlos Eduardo Camargo Nogueira ; Jeferson Manenti Acorci ; Jair Antonio Cruz Siqueira ; Vander Fabio Silveira; Samuel Nelson Melegari de Souza
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
1) Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
2) Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
3) Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work.
