Científicos de la Universidad Normal de Yunnan, en China, han investigado el rendimiento de un sistema fotovoltaico de almacenamiento en frío basado en un acumulador térmico de hielo. En estos sistemas, el agua se congela durante el día y se utiliza durante la noche para enfriar el fluido de transferencia de calor, que enfría aún más los productos.
«Este estudio combina el almacenamiento en frío solar fotovoltaico con la tecnología de almacenamiento de energía térmica por cambio de fase (CTES, por sus siglas en inglés), centrándose en investigaciones experimentales del almacenamiento y la liberación de hielo bajo las fluctuaciones de potencia fotovoltaica», explican los académicos. «Mejorar la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos de almacenamiento en frío y garantizar la calidad de la refrigeración de productos agrícolas».
Los investigadores probaron el sistema fotovoltaico de almacenamiento en frío en la ciudad de Kunming, provincia china de Yunnan. Se consumió electricidad tanto de la red como de un conjunto fotovoltaico con una capacidad de 5,4 kW. El depósito frigorífico tenía una capacidad de 700 kg-800 kg y se colocó en un almacén con un panel aislante de poliuretano de 10 cm.
«Había 32 bobinas de cobre en el tanque, que se dividían en dos grupos: 16 para almacenar frío y 16 para liberarlo», añadió el grupo académico. «El R22 podía fluir a través de las bobinas para almacenar frío, absorbiendo el calor del agua, lo que provocaba la formación gradual de hielo en la superficie del haz de bobinas. El otro grupo era para liberar frío, donde una solución de etilenglicol al 50%-75% fluía a través de las bobinas, absorbiendo el calor del hielo».
En diciembre de 2021, los científicos hicieron funcionar el sistema sin carga durante cinco días, mientras que en abril siguiente lo probaron durante seis días con una carga de uvas verdes. Esta última comenzó con un día de preenfriamiento y, a partir del segundo día, comenzó la acumulación de uva, de 414,6 kg a 1.250 kg. El almacenamiento de hielo se realizaba durante nueve horas al día -de 8:40 a 17:40-, mientras que en las otras 15 horas se derretía y enfriaba el fluido de transferencia.
«Cuando la tecnología solar fotovoltaica se acopló a la tecnología CTES, se puede lograr una reducción del 30,20% en el coste anual de electricidad», mostraron los resultados. «La capacidad de refrigeración disminuyó un 7,15% en comparación con el uso de la tecnología CTES sola».
Además, la capacidad media diaria de almacenamiento de hielo bajo carga disminuyó un 22,06% en comparación con el escenario sin carga. La capacidad de refrigeración aumentó una media del 45,774% al día. El subenfriamiento -fenómeno por el que una sustancia se enfría por debajo de su punto de congelación normal sin congelarse- fue inferior a 3 ºC en el depósito de almacenamiento de hielo.
«Cuando el grosor de la capa de hielo fuera de la bobina estaba dentro del rango de 27-32 mm (con un diámetro exterior de la bobina de 19 mm), el factor de rendimiento del almacenamiento de hielo (IPF) alcanzaba el 35,82%, lo que podía optimizar respectivamente la eficiencia de refrigeración de la bobina y el almacenamiento en frío», concluyeron los investigadores. «Para lograr una mayor eficiencia de refrigeración, se recomienda detener el almacenamiento de energía térmica en frío después de 72 horas de funcionamiento sin carga para evitar la formación completa de hielo, lo que causaría dificultades en el intercambio de refrigeración».
Sus resultados se presentaron en «Research on the Cold Storage Characteristics of Ice Storage Photovoltaic Cold Storage» (Investigación sobre las características de almacenamiento en frío de la cámara frigorífica fotovoltaica de almacenamiento en hielo), publicado en Energy and Built Environment.
Otro grupo de investigación de la Universidad Normal de Yunnan desarrolló recientemente un sistema de aire acondicionado fotovoltaico de accionamiento directo que puede almacenar energía solar mediante el almacenamiento térmico de hielo. El rendimiento de este sistema se evaluó teniendo en cuenta la eficiencia operativa y la estabilidad, y los científicos descubrieron que un dispositivo basado en un compresor de velocidad variable y un controlador MPPT mostraba una muy buena capacidad de producción de hielo.
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