Un equipo de investigación de Taiwán afirma haber descubierto la causa de las fugas de luz inherentes a los sistemas fotovoltaicos de alta concentración (HCPV) que utilizan una lente Fresnel como lente de enfoque.
Los científicos afirman que los sistemas HCPV combinados con la lente Fresnel son capaces de absorber la luz solar incluso en condiciones meteorológicas nubladas y que, sin embargo, estos dispositivos sufren fugas de luz.
«Las lentes Fresnel están diseñadas para reducir significativamente el peso de la lente de modo que pueda cumplir los requisitos de un sistema de seguimiento solar», afirmaron. «Sin embargo, a diferencia de las lentes convencionales, las superficies no lisas y no continuas de las lentes distribuidas en múltiples segmentos pueden causar inevitables fugas de luz significativas debido a errores de fabricación como los radios de curvatura y los ángulos de calado de las lentes Fresnel fabricadas».
Los investigadores supusieron el uso de una lente de Fresnel con una anchura de 129 mm y un grosor de 1,81 mm. Consideraron un área de enfoque con un tamaño de 1,1 mm × 1,1 mm, una relación de potencia de enfoque del 63% y una relación de fuga de luz fuera del área de enfoque del 37%. También midieron la energía luminosa en la zona de fuga de luz de lentes Fresnel con distintas estructuras bajo irradiación de luz monocromática y utilizaron placas difusas con distintos índices de penetración para imitar las condiciones exteriores de distintos grosores de capa de nubes.
Basándose en los resultados de esta simulación, el grupo pudo diseñar un sistema HCPV que, al parecer, puede ofrecer un buen rendimiento incluso bajo un cielo nublado. Incluye un conjunto de lentes Fresnel de 2 × 2 en una caja con dos dimensiones de rotación que puede ajustarse manualmente para orientarse directamente hacia el sol en cualquier momento. La unidad fotovoltaica se basa en un panel solar de alta eficiencia a base de materiales III-V en el punto de enfoque y células solares policristalinas colocadas a su alrededor.
«La fuga de luz de la estructura de la lente de Fresnel y la luz difusa de la luz solar que atraviesa las nubes pueden dirigirse al panel solar de silicio policristalino para generar energía», explican los investigadores. «Cuando el cielo está despejado, la luz se concentra en la célula solar de alta eficiencia, por lo que la eficiencia de generación de energía es alta. En una nube densa, la luz solar no puede concentrarse en la célula solar de alta eficiencia, por lo que un HCPV convencional no puede generar electricidad con eficacia, pero este diseño aún puede generar electricidad mediante paneles solares policristalinos.»
Mediante la simulación, el grupo taiwanés pudo comprobar que la lente Fresnel puede alcanzar una iluminancia de unos 20.000 a 40.000 lx en la región de fuga de luz, tanto si se trata de un día soleado como de un día nublado con diferentes espesores de nubes.
El equipo de investigación presentó el sistema HCPV en el estudio «Hybrid high-concentration photovoltaic system designed for different weather conditions» (Sistema fotovoltaico híbrido de alta concentración diseñado para diferentes condiciones meteorológicas), publicado recientemente en Scientific Reports.
El grupo incluye científicos de la Universidad Nacional Central de Taiwán y de la Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung.
«El novedoso sistema de energía solar propuesto es útil para alcanzar una generación óptima de energía solar bajo distintos cielos nublados», concluyen.
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