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Apr 06, 2024

Derramando neve e aumentando a energia: pesquisadores rastreiam maneiras de aumentar a energia solar em climas com neve

A vida na Península de Keweenaw oferece uma janela climática curta para atividades de verão, mas opções de energia solar durante todo o ano, escreve a pesquisadora Ana Dyreson, professora assistente de engenharia mecânica.

A vida na Península de Keweenaw oferece uma janela climática curta para atividades de verão, mas opções de energia solar durante todo o ano, escreve a pesquisadora Ana Dyreson, professora assistente de engenharia mecânica. Neste blog convidado, ela destaca os esforços que estão sendo realizados no centro de testes regional mais ao norte do país para melhorar o desempenho fotovoltaico em climas frios.

Qualquer pessoa que tenha passado o inverno na Michigan Tech pode se identificar com as observações do Dr. Isaacs. Somente aqueles que conseguem navegar em uma temporada de neve que vai de outubro a maio podem prosperar aqui, seja com esquis, raquetes de neve, motos de neve ou com suas próprias habilidades de direção intrépidas. Para cada desafio, uma solução pode ser encontrada por aqueles que são fortes e empreendedores o suficiente para tentar.

O mesmo se aplica à criação de sistemas de energia elétrica resilientes e adaptativos em climas frios. Tecnologias como os painéis solares fotovoltaicos, que proliferaram inicialmente em climas ensolarados, estão se tornando mais comuns em climas com neve. Se os engenheiros puderem adaptar os projetos dos sistemas, a energia solar poderá ser otimizada para o nosso clima. As lições que aprendemos aqui com neve extrema são úteis para outros locais que recebem neve regular.

Embora alguns tendam a pensar na energia solar em menor escala – para residências ou entidades individuais – cerca de 65% da capacidade solar nos EUA é em escala de serviços públicos. A energia solar fotovoltaica (PV) constitui a maior categoria de tecnologia em novas instalações à escala de serviços públicos nos EUA, e espera-se que o crescimento deste sector acelere apenas nas próximas décadas.

As instalações fotovoltaicas em grande escala e outras macrotendências, como a descarbonização e a eletrificação, são tendências globais. No entanto, acredito que o seu sucesso depende de os designers considerarem as características específicas dos climas regionais e as barreiras sociais à escala comunitária.

Projetar sistemas fotovoltaicos para climas frios, de altas latitudes e com neve — especialmente para reduzir o tempo que os sistemas fotovoltaicos ficam cobertos de neve — é um importante desafio regional. Minha pesquisa se concentra em como melhorar o desempenho no inverno e compreender o impacto das altas penetrações da energia solar fotovoltaica no sistema de energia.

Como professor assistente de engenharia mecânica na Michigan Tech, lidero o Great Lakes Energy Group. O trabalho do membro do grupo Ayush Chutani, Ph.D. estudante, é ilustrativo da nossa missão. A pesquisa de Chutani concentra-se no sombreamento da neve, que descreve a condição que ocorre quando a neve nos painéis é profunda o suficiente para impedir a geração de eletricidade pela energia solar fotovoltaica. Ele busca otimizar o projeto de sistemas fotovoltaicos solares de rastreamento de eixo único para minimizar a sombra da neve, aumentando a quantidade de energia que um sistema fotovoltaico pode produzir durante o inverno.

Em grandes instalações solares, os painéis solares têm inclinação fixa, o que significa que não se movem, rastreamento de eixo único ou rastreamento de eixo duplo. Os sistemas de rastreamento de eixo único, atualmente a opção mais comum para novas instalações, giram automaticamente ao longo do dia de leste para oeste, seguindo o sol. Os sistemas de rastreamento de eixo duplo podem se mover no eixo norte-sul, bem como no eixo leste-oeste, oferecendo maior produção de energia a um custo maior.

Não importa o tipo de rastreamento, quando a neve cobre uma grande usina de energia solar, não é tão prático ou fácil removê-la como seria em um pequeno sistema residencial. Nosso grupo de pesquisa vê uma oportunidade de reduzir o sombreamento da neve em sistemas de rastreamento de eixo único, alterando a posição dos painéis, otimizando o rastreamento para eliminar o acúmulo de neve. Estamos observando a cobertura de neve e as condições ambientais em tempo real à medida que os painéis se movem. Como o posicionamento incentiva a neve derretida a cair dos painéis? Como podemos otimizar a posição para queda de neve levando em consideração a velocidade do vento, a irradiância e a temperatura?