Panel térmico fotovoltaico con una eficiencia global del 83 % mediante nanofluido MXenes

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Fuente: https://www.pv-magazine.com/

Investigadores del Reino Unido han demostrado un panel térmico fotovoltaico que utiliza un nanofluido MXene/agua para la transferencia de calor. Dijeron que el nanofluido no solo puede mejorar el rendimiento térmico y eléctrico del panel, sino también reducir su tamaño en un 14,5%.

Esquema del sistema PV/T propuesto. Imagen: Universidad de Ulster, Sistemas de energía más limpia, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

Científicos de la Universidad de Ulster en el Reino Unido han demostrado un panel térmico fotovoltaico (PVT) que se basa en un fluido de transferencia de calor (HTF) basado en agua y carburos y nitruros de metales de transición bidimensionales conocidos como MXenes . Los compuestos MXenes abundantes en la Tierra toman su nombre de su morfología similar al grafeno y se fabrican mediante el grabado selectivo de ciertas capas atómicas de un cristal a granel conocido como MAX.

Según los investigadores, las partículas de MNene pueden mejorar considerablemente la conductividad térmica del fluido base y la mejora de la transferencia de calor del panel. Su simulación numérica se realizó en un módulo con un tamaño de 1.640 mm × 200 mm × 5 mm y una geometría absorbente de láminas y tubos que consiste en una cubierta de vidrio, una lámina de etileno acetato de vinilo (EVA), un panel fotovoltaico, otro EVA lámina, una lámina Tedlar, una lámina absorbente y un tubo absorbente.

El grupo del Reino Unido consideró diferentes concentraciones variables de nanofluido MXene al 0,01, 0,1 y 0,2% en peso. «El límite superior de la concentración de nanofluidos MXene se seleccionó de la literatura en función de la concentración óptima que genera una mejor mejora de las propiedades termofísicas con una mejora mínima de la viscosidad», explicó.

Los académicos compararon el desempeño del módulo con el de un panel con un fluido caloportador a base de agua y un módulo con un fluido a base de etilenglicol (Eg). Realizaron la simulación variando las tasas de flujo másico mientras mantenían constante la temperatura de entrada y la radiación solar. La eficiencia térmica, la eficiencia eléctrica, el coeficiente de transferencia de calor (HTC) y la caída de presión fueron los parámetros clave de su análisis.

Distribución de la temperatura de la sección transversal del fluido en la salida para (a) 0,2 % en peso de MXene (b) 0,1 % en peso de MXene (c) 0,01 % en peso de MXene y (d) agua.Imagen: Universidad de Ulster, Sistemas de energía más limpia, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

El panel basado en MXenes mostró el mayor porcentaje de mejora en la eficiencia térmica en un 17 % sobre el sistema basado en agua. “La mayor eficiencia térmica del 67,49 % se registró con nanofluidos de MXene al 0,2 % en peso”, dijeron los científicos. “Los nanofluidos MXene de 0,1 y 0,01% en peso mostraron una eficiencia térmica de alrededor del 63 % y el 60,4 %, respectivamente. El aumento de la tasa de flujo másico del 0,2 % en peso de nanofluido en 60 kgh −1 produjo un aumento de aproximadamente el 21 % en la eficiencia térmica del sistema”.

El fluido MXenes también contribuyó al mayor aumento en la eficiencia fotovoltaica, que fue del 15,94 % y se logró con una concentración de nanofluido del 0,2 % en peso. “Sin embargo, el aumento correspondiente en la eficiencia eléctrica de N-PV/T fue solo de alrededor del 0,65 %”, señaló el equipo de investigación. “Se calculó que la eficiencia energética general más alta alcanzada por N-PV/T con 0,01, 0,1 y 0,2 % en peso de nanofluido MXene fue de alrededor de 76, 78 y 83 % a 90 kgh- 1 . Además, se encontró que la temperatura de salida disminuía con el caudal”.

Su análisis también mostró que el nuevo nanofluido puede ayudar a reducir el tamaño del módulo en un 14,5 %. «Se encontró que la mayor reducción de tamaño (14,5 %) era posible con el nanofluido MXene al 0,2 % en peso», enfatizaron. “La reducción de tamaño correspondiente del sistema lograda con 0,1 % en peso y 0,01 % en peso se calculó en 7,8 % y 4,45 %, respectivamente”.

Presentaron el módulo en el artículo » Investigación numérica y estudio de viabilidad sobre el sistema fotovoltaico/térmico basado en nanofluidos de agua/MXene «, publicado en Cleaner Energy Systems . “Para la implementación práctica de N-PV/T, se incurriría en un costo adicional al establecer un intercambiador de calor secundario, los pasos de mantenimiento de la estabilidad a largo plazo y la eliminación segura”, afirmaron los académicos. «Por lo tanto, la mejora de la eficiencia propuesta del PVT basado en MXenes debe compensar los gastos adicionales en comparación con el PVT convencional».

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