Utilizar el calor residual de los paneles fotovoltaicos para generar agua caliente residencial

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

Científicos de Estados Unidos han desarrollado un nuevo diseño de sistema térmico fotovoltaico que utiliza tuberías de agua paralelas como sistema de refrigeración para reducir la temperatura de funcionamiento de los paneles fotovoltaicos. El calor residual generado en este proceso se utiliza luego para generar agua caliente sanitaria.

Los componentes del punto de referencia experimental. Imagen: Laboratorio de Interacción Multifísica (MiLab), Revista Internacional de Termofluidos, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

Investigadores del Multiphysics Interaction Lab (MiLab) de Estados Unidos han desarrollado un nuevo diseño de sistema fotovoltaico-térmico (PVT) que utiliza el calor residual de los paneles fotovoltaicos para generar sistemas de agua caliente residencial.

El sistema se basa en tuberías de agua paralelas que se fijan a la parte trasera de los paneles solares y reducen sus temperaturas de funcionamiento. «Nuestro estudio presenta un enfoque de refrigeración simple y práctico que mejora la eficiencia eléctrica de los paneles fotovoltaicos y al mismo tiempo ofrece una solución sostenible a las necesidades de agua caliente residencial», dijeron los científicos.

El sistema experimental se basa en un panel fotovoltaico policristalino de 250 W orientado al sur con un coeficiente de temperatura de -0,45%/C y un ángulo de inclinación de 30 grados. Los tubos de refrigeración de cobre están conectados a través de cabezales ascendentes y descendentes y están cubiertos por una cubierta de aluminio para fijarlos a la parte posterior del panel fotovoltaico.

La configuración experimental incluye un tanque de almacenamiento de agua caliente y una bomba centrífuga de 11 W que mantiene un caudal constante de 3 L/min.

«El caudal de agua se controla mediante un caudalímetro», explicaron los científicos. «Para recopilar datos precisos, se coloca estratégicamente un conjunto de termopares para medir simultáneamente varias temperaturas, incluidas las temperaturas de entrada y salida del agua del sistema fotovoltaico/T, la temperatura de la superficie del panel fotovoltaico y la temperatura del aire ambiente».

El sistema también utiliza un multímetro para medir la potencia de salida del módulo fotovoltaico y un piranómetro para evaluar la radiación solar.

Los académicos compararon el rendimiento del panel fotovoltaico refrigerado con el de un panel de referencia sin refrigeración durante mayo en el campus de Louaize de la Universidad de Notre Dame, ubicado en Zouk Mosbeh, Líbano.

Ilustración que muestra las diferentes partes del sistema PVT. Imagen: Laboratorio de Interacción Multifísica (MiLab), Revista Internacional de Termofluidos, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

Su análisis mostró que el panel PVT puede generar un 4% más de energía que el módulo fotovoltaico, gracias al efecto de enfriamiento de los tubos de cobre. Sin embargo, también advirtieron que un efecto de saturación relacionado con el agua caliente almacenada en el tanque que no se utiliza de manera efectiva, puede limitar la capacidad de enfriar de manera óptima los módulos fotovoltaicos en una etapa determinada.

«Esta reducción probablemente se deba a la ausencia de demanda de agua residencial en el sistema de recuperación de calor residual», explicaron los investigadores. «Esta ausencia hace que la temperatura del agua de refrigeración en el depósito de agua caliente aumente gradualmente, reduciendo así la tasa de eliminación de calor del sistema PVT».

Las pruebas también mostraron que el panel PVT alcanzó una eficiencia eléctrica promedio del 11,5% mientras que el panel fotovoltaico sin refrigeración alcanzó una eficiencia promedio del 10%. Los científicos también revelaron que la eficiencia total del sistema PVT alcanzó alrededor del 75% y la del sistema fotovoltaico de referencia fue sólo del 10%.

«La eficiencia térmica media, que representa la relación entre el calor residual recuperado y la energía solar absorbida por el panel fotovoltaico, fue de aproximadamente el 60 % en el sistema fotovoltaico/T refrigerado», afirmaron también. «El sistema fotovoltaico/T enfriado no sólo generó una fracción más alta de energía eléctrica, sino que también mostró una tasa de pérdida de calor aproximadamente un 40% mayor desde la parte posterior del módulo fotovoltaico, lo que indica la recuperación eficiente del calor residual».

El sistema se presentó en el artículo » Un análisis experimental de un sistema térmico fotovoltaico híbrido mediante la integración de tuberías de agua en paralelo «, publicado en el International Journal of Thermofluids .

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