Radiation heat transfer modeling in green roof interaction with photovoltaic panels

Abstract

[EN] The combination of photovoltaic panels on green roofs is an approach that combines the advantages of green architecture and on-site renewable energy generation. The positive effect of a green roof on the increased electricity production of a photovoltaic system has been well researched. On the other hand, the influence of shading of photovoltaic modules on thermal and hydrological response of green roofs still needs to be evaluated. In the thesis we have developed a tool to calculate the solar and long-wave radiation on the green roof based on calculated view factors of the sky and rows of photovoltaic modules. We validated the developed models with in-situ experiments. Using the validated models, we performed analyses to determine the appropriate spacing between rows of photovoltaic panels to prevent shading. We also evaluate the long wave radiation on the green roof which is much higher than on a green roof without photovoltaic modules due to the high temperature of the photovoltaic panel at high solar irradiation.

[ES] La integración de paneles fotovoltaicos (PV) en tejados verdes es un enfoque innovador que promete combinar los beneficios de la arquitectura verde y la producción de energía renovable in situ. El efecto refrescante de la vegetación de los tejados verdes tiene un impacto positivo en la producción de electricidad fotovoltaica, al mismo tiempo que el sombreado parcial de los tejados verdes mediante paneles fotovoltaicos tiene un efecto favorable en la diversidad de flora y fauna, en la respuesta térmica de los tejados verdes y en un uso más sostenible del agua. Sin embargo, el efecto sinérgico depende de los parámetros geométricos de la instalación. En la tesis, el candidato deberá presentar las tendencias tecnológicas y pautas para la integración de paneles fotovoltaicos en techos verdes. Se debe presentar la investigación actual sobre modelado de transferencia de calor centrándose en el intercambio radiativo entre techos verdes y paneles fotovoltaicos y evaluar los posibles efectos positivos o negativos de la interacción mutua. Desarrollar un modelo de radiación 2D para radiación solar y de onda larga. El modelo debería permitir cambiar los parámetros geométricos de los paneles fotovoltaicos, como el ancho, la altura, el ángulo de inclinación y el espaciado de los paneles fotovoltaicos y, por tanto, la optimización en términos de rendimiento de los tejados verdes y de los paneles fotovoltaicos. Validar el modelo desarrollado con experimentos en ambiente natural.