Impulsa la fotovoltaica investigación más allá de lo predecible

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Investigadores de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) de Arabia Saudita han desarrollado un sistema integrado de producción de agua, electricidad y cultivos alimentado por energía solar, capaz de producir agua a partir del vapor de agua atmosférica.

Peng Wang, autor de la investigación para Pv magazine Group: “Nuestro sistema es especialmente adecuado para las comunidades sin red en cualquier lugar, ya que proporciona una manera fácil de obtener electricidad, agua y productos de cultivo para el punto de consumo.”

Denominado WEC2P, el sistema se basa en un sistema fotovoltaico para generar energía y en un material de captación de agua atmosférica (AWH) para producir del aire vapor de agua.
El agua dulce producida por el dispositivo AWH se utiliza para cultivar o para reducir la temperatura de funcionamiento de los módulos solares. El sistema funciona en dos modos de operación, que los científicos denominan modo de refrigeración AWH-PV y modo de producción de agua y cultivos AWH.

El dispositivo de refrigeración consta de una película anticorrosiva de polietileno (PE) de unos 0,04 mm de grosor, sorbentes de vapor de agua atmosférico a base de polímeros y un hidrogel de poliacrilamida y cloruro de calcio (PAM-CaCl2). “El hidrogel PAM-CaCl2, tal como se obtuvo, se adhirió directamente a la parte posterior de cada célula fotovoltaica de paneles solares gracias a sus propiedades de autoadhesión”, explicó el grupo saudí: “Se instaló un marco en forma de placa de poli (metilmetacrilato) (PMMA) mediante pernos de resorte para reforzar la adhesión del hidrogel PAM-CaCl2 con el panel fotovoltaico y asegurar su estrecho contacto.”

El exceso de calor extraído durante las operaciones de refrigeración se utiliza para impulsar la evaporación del agua de los sorbentes a base de polímeros durante el día. Este vapor de agua evaporado se recoge durante el día en una cámara de condensación que se utiliza como condensador pasivo.

Montaje experimental del sistema integrado de coproducción agua-electricidad-cultivo.
Imagen: KAUST

La superficie de la cámara de condensación, hecha de una aleación de aluminio con una boquilla de cobre en la pared lateral inferior, es 1,6 veces mayor que la de los cuatro paneles fotovoltaicos orientados al sur que se colocaron con un ángulo de inclinación de 22 grados. Se utilizó una mecha de algodón que pasaba por la boquilla para ayudar a la extracción del agua condensada en una botella que recoge el agua: “Cada panel fotovoltaico se consideró como un módulo independiente y se conectó con un sistema MPPT y una batería de plomo de 12 V”, destacaron los científicos, y agregan: “Además, cada módulo se conectó con un total de tiras de luz de diodos emisores de luz (LED) de 20 W como carga para descargar la batería por la noche cuando el panel fotovoltaico deja de funcionar.”

El rendimiento de este diseño de sistema, tanto con el sistema de refrigeración como sin él, se analizó en una instalación de pruebas al aire libre destinada al cultivo de espinacas situada en Thuwal, Arabia Saudita, durante un periodo de tres meses en el pasado verano.

Se comprobó que la configuración del sistema propuesto permitía un aumento del 9.9 por ciento en la generación de energía gracias a la reducción de la temperatura de funcionamiento del módulo solar en hasta 17 grados centígrados. La pequeña unidad de cultivo de espinacas registró una tasa de supervivencia de la cosecha del 95 por ciento.

Los investigadores no han estimado hasta ahora los costos de los sistemas: “El rendimiento está lejos de llegar a un punto óptimo y por tanto, no sería posible estimar razonablemente el costo global del sistema cuando se amplíe:” afirmó Peng Wang.

El sistema se presentó en el artículo An integrated solar-driven system produces electricity with fresh water and crops in arid regions, publicado en Cell Reports Physical Science.

 

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