Un equipo de investigación que evalúa un disipador de calor de diseño novedoso como forma de reducir la degradación térmica en los sistemas fotovoltaicos flotantes (FPV) en Port Said, Egipto, descubrió que las aletas perforadas en ángulo parcialmente sumergidas (PSAPF) eran muy eficaces para aumentar la disipación de calor de los sistemas.
Al evaluar los efectos negativos del calor en los FPV, los investigadores descubrieron que «cada aumento de 1 grado centígrado en la temperatura de funcionamiento provocaba un descenso del 0,5% en la eficiencia eléctrica del módulo fotovoltaico».
Para combatir este problema, el grupo realizó experimentos utilizando dos diseños distintos de disipadores de calor sumergidos, uno con aletas perforadas (PSAPF) y otro con aletas sólidas (PSASF). Evaluaron el rendimiento térmico y eléctrico en comparación con un conjunto FPV de referencia sin refrigeración (FPV-R). El informe especifica que el objetivo era «identificar la productividad óptima del módulo FPV en términos de diseño del disipador térmico, temperatura de funcionamiento del módulo y velocidades del viento y de la corriente de agua».
Con una corriente de agua superficial de 0,3 m/s y un viento de 5 m/s con una dirección de 60 grados, los investigadores descubrieron que el uso de PSAPFs producía un aumento del 28,11% en la eficiencia eléctrica y una reducción del 33,31% en la temperatura de funcionamiento en comparación con el FPV-R. El uso de PSASF produjo un aumento del 22,82% en la eficiencia eléctrica y una reducción del 28,39% en la temperatura de funcionamiento en comparación con el FPV-R.
«La potencia generada de los módulos FPV-PSASF y FPV-PSAPF mejoró un 18,14% y un 22,77%, respectivamente, en comparación con el módulo FPV-R, alcanzando valores medios de 56,59 W y 58,81 W, respectivamente», afirmó el grupo, señalando que todos los sistemas funcionaban en las mismas condiciones.
Los investigadores utilizaron dos conjuntos de aletas angulares de aluminio en forma de U de 900 mm de longitud cada uno. Cada conjunto tenía 12 aletas angulares, 600 mm en la parte trasera del FPV expuestas al aire ambiente y los otros 300 mm sumergidas en una gran cubeta de agua que simulaba la masa de agua real. Las aletas ampliaron la superficie de transferencia de calor de los FPV, eliminando el calor por convección.
Los investigadores eligieron el aluminio como material para las aletas «por su buena conductividad térmica, su ligereza y su bajo coste». Los investigadores pegaron las aletas a una placa plana de aluminio antes de utilizar resina para fijarlas a la parte posterior de los módulos investigados. Este método permitió instalar o retirar fácilmente la disposición de las aletas.
Según el grupo, «la evaluación económica reveló que el LCOE del módulo PSAPF-FPV con la condición optimizada disminuyó un 17,70% hasta 0,068 (dólares/kWh), mientras que la fijación de las aletas macizas PSASF de ángulo parcialmente sumergido redujo el LCOE un 12,50%, en comparación con el módulo FPV de referencia, hasta 0,072 (dólares/kWh)». Las aletas perforadas no sólo proporcionaron mejores resultados que las aletas macizas, sino que además redujeron el peso del material de las aletas en un 15% en comparación.
Las conclusiones de los investigadores aparecieron en «An innovative cooling technique for floating photovoltaic module: Adoption of partially submerged angle fins» (Una innovadora técnica de refrigeración para módulos fotovoltaicos flotantes: Adopción de aletas angulares parcialmente sumergidas), publicado en Energy Conversion and Management: X. Entre los autores figuran miembros del profesorado de la Universidad de Port-Said, así como un investigador del Ministerio de Electricidad y Energías Renovables de Egipto.
«Futuros estudios analizarán los índices cuantificados de agua conservada, así como la reducción global de la evaporación. Estas y otras estrategias de refrigeración relacionadas deberían investigarse más a fondo en el futuro», concluyen los autores.
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