pesquisa para proposição de brise-soleil fotovoltaico

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  • Universidade Federal de Juiz de Fora

    Programa de Ps-Graduao em Ambiente Construdo

    Mestrado em Ambiente Construdo

    Amanda Schelgshorn Pereira

    DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO:

    PESQUISA PARA PROPOSIO DE BRISE-SOLEIL FOTOVOLTAICO

    Juiz de Fora

    2014

  • ii

    Amanda Schelgshorn Pereira

    DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO:

    PESQUISA PARA PROPOSIO DE BRISE-SOLEIL FOTOVOLTAICO

    Dissertao de Mestrado submetida banca

    examinadora constituda segundo as Normas

    estabelecidas pelo Colegiado do Curso de Ps-

    Graduao Stricto Sensu, Mestrado em Ambiente

    Construdo da Faculdade de Engenharia da

    Universidade Federal de Juiz de Fora, como

    requisito para a obteno do ttulo de Mestre em

    Ambiente Construdo.

    Orientador: D.Sc. Marcos Martins Borges

    Juiz de Fora

    2014

  • iii

  • iv

    Ao querido Senhor Jesus. Aos meus amados

    pais, Fernando e Regina, aos meus irmos, ao

    meu noivo Lus Cludio. E ao meu orientador,

    Professor Marcos Martins Borges, pelo incentivo

    na realizao deste trabalho.

  • v

    AGRADECIMENTO

    Agradeo a todos que ajudaram na realizao deste trabalho, sendo em especial:

    Ao querido Senhor Jesus, que sempre est ao meu lado nos momentos mais difceis.

    UFJF, Universidade Federal de Juiz de Fora, pelo suporte fsico e tcnico oferecido para a

    pesquisa.

    CAPES, Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior, pela bolsa de

    Mestrado, a qual, foi de grande ajuda para o desenvolvimento do trabalho.

    Ao meu orientador, Professor Marcos Martins Borges, que foi como um pai para mim.

    Aos meus pais, Fernando e Regina, aos meus queridos irmos, e ao meu noivo Lus Cludio,

    pelo amor, pela ajuda e torcida.

    Banca Examinadora deste trabalho e todos os membros e os meus queridos amigos do

    Mestrado em Ambiente Construdo e da Faculdade de Engenharia.

  • vi

    RESUMO

    PEREIRA, A. S. Desenvolvimento de Produto: Pesquisa para Projeto de Brise-Soleil

    Fotovoltaico. 2014. 150 f. Dissertao (Mestrado em Ambiente Construdo) Faculdade de

    Engenharia, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, 2014.

    Devido reduo dos custos de produo no mercado internacional e pelo incentivo ao uso

    racional dos recursos energticos, as tecnologias fotovoltaicas apresentam inmeras

    possibilidades e boas oportunidades de inovao. Neste sentido, este trabalho baseado em

    pesquisa experimental, tendo por objetivo o projeto de um brise-soleil com a utilizao de

    placas fotovoltaicas. Nesta proposio, busca-se aumentar a eficincia energtica do mdulo

    fotovoltaico ao se inserir aletas para dissipao de calor. Isto favorece ao resfriamento da

    superfcie posterior do mdulo melhorando seu desempenho energtico. Para isto, foi

    realizada reviso detalhada da literatura; identificao das tecnologias utilizadas atualmente; e

    utilizao de software especfico para projeto de produto: prototipagem virtual. O processo de

    projeto foi orientado por metodologia especfica da rea de desenvolvimento de produtos. Os

    conceitos elaborados foram validados e ranqueados atravs do matriz de deciso e por meio

    de simulao virtual em modelador tridimensional com capacidade de anlise de prottipos

    virtuais. O componente para dissipao de calor foi experimentado em laboratrio com

    auxlio de cmera termogrfica, para o registro de variaes de temperatura. O brise-soleil

    fotovoltaico foi projetado em conformidade com o mdulo fotovoltaico de modelo SX 120 U

    da empresa BP Solar. Posteriormente, o projeto foi aplicado em estudo no prdio da Justia

    Federal no municpio de Juiz de Fora (MG). Este estudo foi norteado pelo mtodo prescritivo

    RTQ-C (2010) (Requisitos Tcnicos da Qualidade para Nvel de Eficincia Energtica de

    Edifcios Comerciais, de Servio e Pblicos), onde foi realizada a avaliao da eficincia

    energtica da edificao em sua situao atual, e na situao hipottica, aps a

    experimentao virtual do brise-soleil fotovoltaico na fachada norte. Por fim, destaca-se a

    colaborao do trabalho para a proposio de solues que combinam conforto ambiental e

    eficincia energtica em edificaes.

    Palavras-chave: Brise-Soleil, Mdulo Fotovoltaico, Eficincia Energtica.

  • vii

    ABSTRACT

    PEREIRA, A. S. Product Development: Research for Project Brise-Soleil Photovoltaic.2014.

    150 f. Dissertation (Master of Built Environment). Faculty of Engineering, Federal University

    of Juiz de Fora, 2014.

    Due to the reduction of production costs in the international market and the rational use of

    energy resources, photovoltaic technologies present many possibilities and good opportunities

    for innovation. In this sense, this work is based on experimental research, aiming to design a

    brise-soleil with the use of photovoltaics. In this proposal, we seek to increase the energy

    efficiency of PV modules by inserting fins for heat dissipation. This favors the cooling of the

    rear surface of the module improving their energy performance. For this, detailed literature

    review was conducted; and use of specific software to product design; and virtual prototyping.

    The design process was driven by a specific methodology in the area of product development.

    Developed concepts were validated and unranked through the specific decision matrix and

    through three-dimensional virtual simulation modeler. The component for heat dissipation

    was tested in the laboratory with the aid of thermographic camera to record temperature

    changes. Importantly, the brise-soleil PV was designed in accordance with the PV module SX

    120 U model company BP Solar. Subsequently, the project was applied to study at the Federal

    Court building in the city of Juiz de Fora (MG). This study was guided by prescriptive RTQ -

    C (2010) method, where the rating of the energy efficiency of the building in its current state

    was performed, and in the hypothetical situation, after the virtual trial brise-soleil PV on the

    north facade. Finally, there is the collaborative work in proposing solutions that combine

    environmental comfort and energy efficiency in buildings.

    Keywords: Brise-soleil, PV module, Energy Efficiency.

  • viii

    LISTA DE FIGURAS

    Figura 1 - Modelo unificado ..................................................................................................... 34

    Figura 2 - Principais fases do PDP (ULRICH & EPPINGER, 2012) ...................................... 37

    Figura 3 - Insero dos conceitos sustentveis no PDP............................................................ 44

    Figura 4 - Carta bioclimtica .................................................................................................... 46

    Figura 5 - Zona bioclimtica 3 ................................................................................................. 48

    Figura 6 - Movimento aparente do sol...................................................................................... 51

    Figura 7 - Modelo de carta solar ............................................................................................... 51

    Figura 8 - ngulos verticais e horizontais de sombreamento .................................................. 52

    Figura 9 - Transferidor solar ..................................................................................................... 52

    Figura 10 - Mscaras de sombreamento ................................................................................... 53

    Figura 11 - Modelo de brise-soleil horizontal .......................................................................... 54

    Figura 12 - Modelo de brise-soleil vertical .............................................................................. 54

    Figura 13 - Modelo de brise-soleil combinado ........................................................................ 55

    Figura 14 - Mapa de irradiao solar ........................................................................................ 57

    Figura 15 - Efeito fotovoltaico ................................................................................................. 58

    Figura 16 - Constituio do mdulo fotovoltaico ..................................................................... 59

    Figura 17 - Tipos de clulas fotovoltaicas ................................................................................ 59

    Figura 18 - Eficincia dos fotovoltaicos ................................................................................... 62

    Figura 19 - Efeitos da temperatura e radiao incidente (01) ................................................... 63

    Figura 20 - Efeito da temperatura e radiao solar (02) ........................................................... 63

    Figura 21 - Aplicaes em arquitetura ..................................................................................... 65

    Figura 22 - Perfil de alumnio U duplo (unidade mm) ............................................................. 70

    Figura 23 - Mdulo com dissipador ......................................................................................... 71

    Figura 24 - Simulao do vento frontal incidente .................................................................... 71

    Figura 25 - Zonas de presso .................................................................................................... 72

    Figura 26 - Grfico: fora x velocidade do vento (eixo x) .............