Reducción de la temperatura del módulo solar mediante refrigeración evaporativa del punto de rocío

Científicos japoneses han diseñado un sistema de refrigeración que reduce la temperatura de funcionamiento del panel solar la entrada de aire del módulo. Consiste en un enfriador evaporativo de punto de rocío que suministra el aire casi saturado a unos canales de aire húmedo que se adhieren a la parte posterior de un panel fotovoltaico.

octubre 9, 2023 Emiliano Bellini

Diagrama esquemático del sistema de refrigeración.

Imagen: Universidad de Kyushu, Ingeniería Térmica Aplicada, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

Un grupo de científicos dirigido por la Universidad japonesa de Kyushu ha desarrollado una nueva técnica basada en la refrigeración evaporativa del punto de rocío (DPEC) para reducir las temperaturas de funcionamiento de los paneles fotovoltaicos.

La DPEC es una técnica de transferencia de calor y masa que hasta la fecha se ha utilizado ampliamente para el ahorro de energía en varios sectores industriales. Esta técnica es una de las formas más eficaces y energéticamente eficientes de enfriar el aire caliente. Tiene una mayor eficiencia de enfriamiento que el enfriamiento evaporativo tradicional y puede alcanzar la temperatura del punto de rocío, que es el punto de temperatura en el que el aire no puede contener más vapor de agua y es siempre inferior o igual a la temperatura del aire.

Los sistemas DPEC suelen estar diseñados para suministrar aire a un canal húmedo como aire de trabajo. Esto mejora el proceso de transferencia de calor y masa en el canal húmedo, debido a la menor temperatura del aire de trabajo entrante. «El aire de escape del sistema DPEC puede alcanzar la saturación, mientras que el aire de suministro en el canal seco puede alcanzar su temperatura de punto de rocío», explican los investigadores. «El sistema propuesto consta de un refrigerador evaporativo de punto de rocío independiente que suministra el aire cercano a la saturación a los canales de aire húmedo que están fijados a la parte posterior de los paneles fotovoltaicos».

El sistema propuesto consta de dos canales húmedos, uno situado en el propio sistema DPEC y otro colocado en la parte posterior del panel fotovoltaico. El sistema DPEC suministra aire refrigerado casi por saturación al canal húmedo fijado en la parte posterior del panel fotovoltaico, donde se produce un enfriamiento evaporativo adicional para garantizar el máximo efecto refrigerante.

Los académicos afirman que el sistema DPEC es capaz de reducir considerablemente la temperatura de funcionamiento del panel solar, sobre todo en la entrada de aire del panel. «Se observa una gran diferencia de temperatura entre las capas a la entrada del panel, debido al aire frío suministrado desde la unidad DPEC», afirman. «A medida que el aire fluye a lo largo del canal, la diferencia de temperatura entre cada capa se reduce a través de la transferencia de calor».

También explicaron que el proceso de evaporación del agua desencadenado por la transferencia continua de calor desde el canal seco al canal húmedo incrustado en el sistema DPEC y al canal húmedo colocado en el panel provocó un aumento de la humedad del aire.

El sistema se probó durante 10 horas al día y el grupo descubrió que el sistema DPEC consume 0,0736 kg de agua, mientras que el segundo canal húmedo situado en la parte posterior del panel fotovoltaico consume 0,7157 kg, siendo el consumo total de agua de unos 0,7893 kg.

El equipo también descubrió que la altura del canal tiene un impacto significativo en el rendimiento del sistema. «Aumentar la altura del canal permite que entre una mayor cantidad de aire no saturado en el panel fotovoltaico, lo que favorece el proceso de transferencia de calor y masa para controlar el panel a una temperatura de funcionamiento más baja y, por tanto, mejora la eficiencia de la célula solar», subrayó.

Los investigadores compararon el rendimiento de un módulo solar refrigerado mediante la novedosa técnica con el de un panel no refrigerado y el de paneles refrigerados mediante enfriamiento evaporativo directo y sistemas de refrigeración sensible basados en DPEC. Comprobaron que, en todos los casos, el sistema propuesto lograba un mejor rendimiento de refrigeración y mantenía una mayor eficiencia del módulo.

«Una longitud de canal más corta y una mayor altura de canal mejoran el rendimiento de la refrigeración y aumentan la eficiencia del panel fotovoltaico», subrayaron. «Por otra parte, son favorables una mayor velocidad del aire de entrada y una mayor proporción de aire de trabajo».

Presentaron el sistema en el estudio «Dew-point evaporative cooling of PV panels for improved performance» (Refrigeración evaporativa del punto de rocío de los paneles fotovoltaicos para mejorar su rendimiento), publicado en Applied Thermal Engineering.

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