Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/36988
Title: Estudo numérico de unidades de armazenamento de energia térmica com materiais de mudança de fase para a termorregulação de painéis fotovoltaicos
Other Titles: Energy characterization of a frozen food distribution company
Authors: Antunes, Pedro Filipe Ribeiro 
Orientador: Costa, José Joaquim da
Soares, Nelson Miguel Lopes
Keywords: Armazenamento de energia; Energia fotovoltaica
Issue Date: Sep-2016
Abstract: O principal objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento, validação e exploração de um modelo numérico, baseado no método da capacidade calorífica equivalente, para simular a transferência de calor com mudança de fase sólido-líquido em cavidades de secção retangular preenchidas com materiais de mudança de fase (PCMs) microencapsulados. Para efeitos de validação e calibração, consideram-se os resultados experimentais publicados por Soares et al. [1,2]. Pretende-se também avaliar numericamente a influência da incorporação de uma unidade de armazenamento de energia (UAE) com PCMs na termorregulação de um painel fotovoltaico (PV). O objetivo é melhorar a eficiência do sistema na conversão de energia solar em energia elétrica. Usando um modelo bidimensional em regime transiente, foi simulado o aquecimento e o arrefecimento do PCM microecapsulado Micronal - Micronal DS 5001 X. Assumiu-se um modelo puramente difusivo, onde a condução é o único mecanismo de transferência de calor, associado à mudança de fase. No sentido de avaliar o efeito da incorporação de alhetas metálicas no domínio do PCM, foram consideradas UAE com 1, 5 e 15 cavidades, tendo-se calculado o tempo de fusão/solidificação e a energia armazenada/restituída pelo PCM para cada caso de estudo. Relativamente às fases de aquecimento, verificou-se que o tempo de fusão do PCM é semelhante para as unidades de 1 e 5 cavidades. Na fase de arrefecimento, constatou-se que o tempo de solidificação diminui de forma progressiva à medida que o número de cavidades da UAE aumenta. Os resultados numéricos obtidos mostraram estar de acordo com os resultados medidos experimentalmente [1,2]. Comparando a evolução da temperatura das células PV num sistema PV convencional e num sistema PV/PCM (com PCMs), observou-se o efeito termorregulador desejado no sistema com a UAE durante as horas de maior radiação solar. Para um dia típico de Verão em Coimbra, verificou-se que a espessura ideal da cavidade retangular da UAE colocada na parte posterior do PV/PCM é de 3 cm.
This work presents the validation and use of a numerical model based on the effective-heat capacity method, which aims to evaluate the heat transfer with melting/solidification of a microencapsulated phase change material (PCM) contained in rectangular-section vertical cavities. For the purposes of validation and calibration of the model, the experimental results obtained by Soares et al. [1,2] were considered. Furthermore, the effect of inserting an energy storage unit (ESU) on the back of a photovoltaic device (PV/PCM system) was also analyzed. The melting and solidification processes of the PCM - Micronal DS 5001 X were simulated through a bidimensional transient version of the model. Conduction was considered as the only heat transfer mechanism, associated with phase change. The effect of adding metallic fins in the PCM domain was also investigated. The time required for the PCM melting and solidification was determined for the different cases considered in the parametric study, as well as the energy absorbed/released by the PCM. It was found that the melting time was similar for the ESUs with 1 and 5 cavities. It was observed that the time required for the solidification process is progressively reduced as the number of cavities is increased. The numerical results obtained are in good agreement with the experimental results available in the literature [1,2]. By comparing the evolution of the temperature in the PV cells of the PV/PCM and the conventional PV systems (with and without the ESU, respectively), it was observed an effective thermal regulation in the period from 9 am till 3 pm. Regarding the energy performance of the PV/PCM system in a typical summer day, considering the climatic conditions of Coimbra, it was found that the ideal thickness of the PCM module is 3 cm.
URI: http://hdl.handle.net/10316/36988
Rights: openAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Mecânica - Teses de Mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat
TESE_PEDROANTUNEs.pdf4.27 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record

Page view(s)

155
checked on Feb 24, 2021

Download(s) 50

282
checked on Feb 24, 2021

Google ScholarTM

Check


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.