Influência de painéis fotovoltaicos na dinâmica de ondas internas em lagos e reservatórios

Abstract

Resumo : Sistemas fotovoltaicos flutuantes estão sendo implementadas em lagos e reservatórios visando a redução da evaporação e geração de energia elétrica. Contudo, pouco se sabe sobre seus impactos na hidrodinâmica dos corpos d’água, principalmente relacionados a seichas internas. Visto que essas ondas desempenham influencias na qualidade da água e nas características da biodiversidade aquática, o objetivo desse estudo é identificar como painéis fotovoltaicos flutuantes podem modificar a ocorrência de seichas internas em lagos e reservatórios. A análise dos efeitos dos painéis flutuantes na geração e dissipação de seichas internas foi feita por meio de um modelo hidrodinâmico tridimensional, que simulou a ocorrência de seichas internas geradas a partir de um pulso de vento de 6 ms-1 com duração de 5 h em um reservatório com forma geométrica prismática, com estratificação em duas camadas. Seis cenários foram simulados variando a proporção do painel em relação à área superficial do lago, sendo um cenário sem a presença dos painéis e os demais cobrindo 20%, 38%, 56%, 67% e 80% da área superficial do lago. A amplitude da onda foi determinada através da distribuição temporal e espacial de temperatura e os resultados mostram que a presença dos painéis reduz a amplitude das seichas internas, apresentando uma redução da espessura da camada do metalímnio em 25% para cenários com cobertura superior à 20%, reduzindo a mistura entre as camadas estratificadas. Além disso, com cobertura de 80% do reservatório, a energia do vento transferida para as ondas foi reduzida em 95, 6%, sendo encontrada uma relação de decaimento exponencial de energia com o aumento da área de cobertura. Os cenários de cobertura acima de 56% apresentam pouca redução de energia em relação ao cenário de 56%. Por meio de uma decomposição da energia da onda foi possível observar que apesar da energia interna inicial não continuar a decair, a energia da seicha interna pode continuar decaindo com o aumento da proporção das placas. Além disso, a variação do posicionamento do painel na superfície do lago mostrou uma pequena diferença de transferência da energia do vento (3, 2%) nos cenários com as placas nas extremidades do reservatório, independentemente da direção do vento. No entanto, nestes cenário é observado um aumento de transferência de 64% comparado ao cenário em que os painéis são posicionados no centro do reservatório, indicando uma alteração do fetch do vento devido a presença das placas. Embora seichas de maior amplitude apresentarem decaimento mais acentuado em estudo anterior, com a presença dos painéis, o maior decaimento ocorreu nos cenários de seichas de menor amplitude. Foi observado que a presença de painéis induz uma descontinuidade do vento, gerando, não apenas ondas estacionárias, mas também ondas propagantes formadas nas extremidades do lago. Este efeito acarreta um aumento da dissipação da energia das seichas internas de 25% para o cenário de menor amplitude da onda em relação ao cenário sem painel durante as primeiras 16h