[pt] POTENCIAL DA TECNOLOGIA TERMOFOTOVOLTAICA (TPV) USANDO COMBUSTÍVEIS RENOVÁVEIS

[en] POTENTIAL OF THERMOPHOTOVOLTAIC TECHNOLOGY (TPV) USING RENEWABLE FUELS

[pt] HUGO RODRIGUES CARLOS PEDROSO

[pt] RESIDUO SOLIDO URBANO - RSU

[pt] ESPECTRO DE PLANCK

[pt] TEMPERATURA DE CHAMA ADIABATICA

[pt] RENOVAVEIS

[pt] BAGACO DE CANA DE ACUCAR

[en] MUNICIPAL SOLID WASTE - MSW

[en] PLANCK SPECTRUM

[en] ADIABATIC FLAME TEMPERATURE

[en] RENEWABLES

[en] SUGARCANE BAGASSE

[pt] Nos últimos anos, as maiores potências econômicas mundiais acordaram politicas de sustentabilidade que visam diminuir entre 80 e 95% as emissões de gases de efeito estufa até 2050 em comparação com os níveis de 1990. Nesse contexto, a tecnologia fotovoltaica, juntamente com outras fontes renováveis, além da busca por maior eficiência energética, tem papel significativo para o cumprimento dessa meta. A tecnologia termofotovoltaica (TPV) na qual uma célula fotovoltaica convencional converte radiação térmica de fontes quentes como reaproveitamento da energia desperdiçada, permite aumentar a eficiência a níveis recordes através de ajustes que permitam a seleção da banda energética. Este projeto teve como objetivo o desenvolvimento de uma simulação computacional do sistema termofotovoltaico, que fosse capaz de prever geração elétrica, eficiência energética e emissões a partir de diferentes combustíveis fosseis e renováveis, sendo estes: gasolina, etanol, diesel, gás natural, hidrogênio, bagaço de cana-de-açúcar e resíduos sólidos urbanos, utilizando o software Matlab. A rotina inicia com o cálculo da temperatura de chama adiabática, com a qual é determinada o perfil espectral de radiação para diferentes materiais. Em seguida, é calculada a fração de energia aproveitada para cada tecnologia, visando definir o mais adequado para maximizar a eficiência do projeto. Para a comparação, foi considerado o uso de combustíveis fósseis e tecnologias clássicas como turbinas e motores de combustão interna, a fim de calcular a energia gerada e as emissões especificas.Tendo apresentado como resultado a grande diferença em questão de impacto ambiental e potencial energético, principalmente em relação ao Hidrogênio, Bagaço e aos Resíduos sólidos urbanos. Sendo o hidrogênio o combustível com emissão zero e melhor desempenho energético, permitindo números de eficiências em torno de 66% para o modelo ideal e 39% de forma aproximada quando associado a placas de trijunção compostas por GaInP/GaInAs/Ge, possuidoras do maior fator de aproveitamento espectral em relação aos outros materiais analisados.

[en] In recent years, the world s major economic powers have agreed on sustainability policies aiming to reduce greenhouse gas emissions by 80 to 95% by 2050 compared to 1990 levels. In this context, photovoltaic technology, along with other renewable sources, coupled with the pursuit of greater energy efficiency, plays a significant role in achieving this goal. Thermophotovoltaic technology (TPV), where a conventional photovoltaic cell converts thermal radiation from hot sources such as waste energy, allows for record-breaking efficiency through adjustments enabling bandgap selection. This project aimed to develop a computational simulation of the thermophotovoltaic system, predicting electrical generation, energy efficiency, and emissions from various fossil and renewable fuels – including gasoline, ethanol, diesel, natural gas, hydrogen, sugarcane bagasse, and urban solid waste – using Matlab software. The routine begins with calculating the adiabatic flame temperature, determining the spectral radiation profile for different materials. The fraction of energy utilized for each technology is then calculated to define the most suitable one for maximizing project efficiency. For comparison, the use of fossil fuels and classical technologies such as turbines and internal combustion engines was considered to calculate generated energy and specific emissions. The results highlight significant differences in environmental impact and energy potential, particularly with Hydrogen, Bagasse, and Urban Solid Waste. Hydrogen emerges as a zero-emission fuel with superior energy performance, achieving efficiencies around 66% for the ideal model and approximately 39% when associated with triple-junction plates composed of GaInP/GaInAs/Ge, exhibiting the highest spectral utilization factor compared to other materials analyzed.

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

2023-12-21

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.65662