pesquisa para proposição de brise-soleil fotovoltaico

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

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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.

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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.

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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) .............