Reducción de la temperatura del módulo solar mediante enfriamiento evaporativo del punto de rocío

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

Científicos japoneses han diseñado un sistema de refrigeración que reduce la temperatura de funcionamiento del panel solar por la entrada de aire del módulo. Consiste en un enfriador evaporativo de punto de rocío que suministra aire cercano a la saturación a los canales de aire húmedo que están conectados a la parte posterior de un panel fotovoltaico.

Diagrama esquemático del sistema de refrigeración.

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

Un grupo de científicos liderados por la Universidad japonesa de Kyushu ha desarrollado una nueva técnica basada en el enfriamiento evaporativo por punto de rocío (DPEC) para reducir las temperaturas de funcionamiento de los paneles fotovoltaicos.

DPEC es una técnica de transferencia de masa y calor que se ha utilizado ampliamente para la conservación de energía en varios sectores industriales hasta la fecha. Esta técnica es una de las formas más efectivas 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 siempre es menor o igual que la temperatura del aire.

Los sistemas DPEC generalmente están 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 en el sistema DPEC puede alcanzar la saturación, mientras que el aire de suministro en el canal seco puede alcanzar su temperatura de punto de rocío», explicaron los investigadores. «El sistema propuesto consiste en un enfriador evaporativo de punto de rocío independiente que suministra aire casi saturado a los canales de aire húmedo que están unidos a la parte posterior de los paneles fotovoltaicos».

El sistema propuesto consta de dos canales húmedos, uno ubicado en el propio sistema DPEC y otro colocado en la parte posterior del panel fotovoltaico. El sistema DPEC proporciona aire enfriado casi de saturación al canal húmedo adjunto en la parte posterior del panel fotovoltaico, donde se produce un enfriamiento por evaporación adicional para garantizar el máximo efecto de enfriamiento.

Los académicos afirman que el sistema DPEC es capaz de reducir considerablemente la temperatura de funcionamiento del panel solar, particularmente en la entrada de aire del panel. «Se observa una gran diferencia de temperatura entre las capas en la entrada del panel, debido al aire frío suministrado desde la unidad DPEC», dijeron. «A medida que el aire fluye a lo largo del canal, la diferencia de temperatura entre cada capa se reduce mediante 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 integrado en el sistema DPEC y al canal húmedo colocado en el panel resultó en un aumento de la humedad del aire.

El sistema se probó durante 10 ha por día y el grupo descubrió que el sistema DPEC consume 0,0736 kg de agua, mientras que el segundo canal húmedo en la parte posterior del panel fotovoltaico consume 0,7157 kg, con un consumo total de agua de aproximadamente 0,7893 kg.

El equipo también descubrió que la altura del canal tiene un impacto significativo en el rendimiento del sistema. “El aumento de la altura del canal permite que entre una mayor cantidad de aire no saturado al panel fotovoltaico, lo que promueve el proceso de transferencia de calor y masa para controlar el panel a una temperatura de funcionamiento más baja y así mejorar la eficiencia de la célula solar”, destacó.

Los investigadores compararon el rendimiento de un módulo solar enfriado mediante la novedosa técnica con el de un panel no refrigerado y el de paneles enfriados mediante refrigeración por evaporación directa y sistemas de refrigeración sensible basados ​​en DPEC. Descubrieron 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 altura de canal mayor mejoran el rendimiento de refrigeración y producen una mayor eficiencia para el panel fotovoltaico», enfatizaron. «Por otro lado, una mayor velocidad del aire de entrada y una mayor proporción del aire de trabajo son favorables».

Presentaron el sistema en el estudio » Enfriamiento evaporativo de punto de rocío de paneles fotovoltaicos para mejorar el rendimiento «, publicado en Applied Thermal Engineering .