[en] 4E ANALYSIS OF PHOTOVOLTAIC POWERPLANT: MONOFACIAL AND BIFACIAL POWER CELL COMPARISON

[pt] ANÁLISE 4E DE UMA PLANTA FOTOVOLTAICA: COMPARAÇÃO ENTRE CÉLULAS MONOFACIAL E BIFACIAL

[pt] VITOR MACEDO RODRIGUES MALLMANN

[pt] EFICIENCIA

[pt] EMISSAO DE CO2

[pt] VALOR PRESENTE LIQUIDO

[pt] TERMODINAMICA

[pt] MODELAGEM NUMERICA

[en] EFFICIENCY

[en] CO2 EMISSION

[en] NET PRESENT VALUE

[en] THERMODYNAMICS

[en] NUMERICAL MODELING

[pt] A energia solar desponta como uma das formas de geração de energia elétrica com capacidade de escalar rapidamente para atingir os desafios climáticos propostos. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho é analisar o potencial e a competitividade dos painéis fotovoltaicos bifaciais através da simulação matemática no software Matlab. Analisa-se a sua implementação para suprir as demandas energéticas de um conjunto habitacional no Rio de Janeiro em comparação com o uso de células monofaciais. Para isso, foram utilizados dados meteorológicos disponibilizados pelo INMET e dados de consumo médio per capita, ambos com definição horária, para estimar o desempenho de quatro configurações diferentes, fazendo uso dos dois tipos de módulo além da presença ou não de um sistema de armazenamento com baterias. A fim de analisá-los de maneira holística, uma análise 4E, tendo como foco a eficiência energética, exergética, a rentabilidade econômica e os impactos ambientais de cada combinação, foram desenvolvidas. Os resultados obtidos foram de que dos módulos bifaciais geraram em média 39 porcento mais energia em 13 porcento menos área ocupada e obtiveram eficiências superiores em 10 porcento na média tanto para a energia, quanto para a exergia. Todos sistemas com armazenamento apresentaram resultados piores sob ótica financeira, porém sua independência do grid reduziu quase 13 porcento, mais de 2 toneladas de CO2 equivalente, quando analisadas suas emissões do berço ao tumulo. Quando comparados as combinações entre mono e bifaciais e on e off-grid, a que melhor atuou foi o sistema bifacial sem sistema de armazenamento.

[en] Photovoltaic power has set itself as one of the few sustainable ways to generate energy with enough scaling potential to match the challenges that the environmental crisis proposes. In this context, the objective of this work is to analyze the potential and competitiveness of bifacial photovoltaic panels through mathematical simulation in Matlab software. Their implementation to meet the energy demands of a housing complex in Rio de Janeiro is analyzed in comparison with the use of monofacial cells. To this end, meteorological data provided by INMET and average per capita consumption data, both hourly defined, were used to estimate the performance of four different configurations, using both types of modules and the presence or absence of a battery storage system. In order to analyze them holistically, a 4E analysis, focusing on energy efficiency, exergy, economic profitability, and the environmental impacts of each combination, was developed. With the intent of getting a more complete scope, the 4E approach was chosen, focusing on Energy and Exergy efficiency as well as Economic rentability and Environmental impacts. The results showed that bifacial modules generated on average 39 percent more energy using an area 13 percent lower and achieved 10 percent higher efficiencies on average for both energy and exergy. All systems with energy storage showed worse results from a financial perspective, however, their independence from the grid reduced emissions by almost 13 percent, more than 2 tons of CO2 equivalent, when analyzing their cradle-to-grave emissions. When comparing combinations of mono- and bifacial systems and on- and off-grid systems, the bifacial system without energy storage performed best.

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

2025-12-15

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.74569