Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad de Exeter (Reino Unido) ha concebido nuevos parámetros de diseño para los colectores de aire fotovoltaicos-térmicos (PVT) teniendo en cuenta el efecto de modificar la profundidad y la velocidad del conducto.
Los colectores PVT de aire utilizan aire como medio de transferencia para tomar calor de la parte posterior de la unidad de paneles fotovoltaicos. En comparación con los colectores FVT de agua, estos dispositivos son más baratos de producir y mantener y, en teoría, pueden utilizarse en cualquier clima. Su rendimiento, sin embargo, depende de elementos de diseño como la tecnología de los módulos fotovoltaicos, las estructuras internas del espacio colector de calor o la forma del conducto de aire, entre otros.
Los científicos explicaron que la profundidad del conducto tiene un efecto significativo en el rendimiento de los colectores de aire PVT, ya que influye directamente en el comportamiento del flujo de aire. “A medida que aumenta la profundidad del conducto, aumenta la temperatura de las células fotovoltaicas”, afirmaron. “La profundidad del conducto tiene una relación negativa con la velocidad del conducto. Debido a ello, el coeficiente de transferencia de calor se deprecia, lo que limita la extracción de calor de las células fotovoltaicas.”
Utilizando métodos de dinámica de fluidos computacional (CFD), el grupo de investigación estudió el rendimiento de un sistema FVT basado en aire, que incluía dos módulos FV de 75 W con un conducto de aire de 0,05 m de profundidad, y lo comparó con el de un sistema de referencia sin el conducto de aire.
“El módulo fotovoltaico consta de cinco capas: un fondo de vidrio/tedlar, dos capas de EVA, una capa de células fotovoltaicas y una cubierta de vidrio”, explican los investigadores, que señalan que cada módulo contiene 36 células solares. “La cubierta de vidrio tiene una transmisividad de 0,95, lo que maximiza la cantidad de radiación solar que puede atravesarla para llegar a las células fotovoltaicas, al tiempo que proporciona cierta protección al panel”.
A través de su análisis, los investigadores descubrieron que el conducto de aire reduce “en gran medida” la temperatura del panel fotovoltaico, concretamente la temperatura del módulo fotovoltaico sin el conducto era de 77,9 ºC, mientras que la del panel con el conducto era de sólo 53,3 ºC. “El aire que fluye por debajo de los paneles extrae el calor generado por las células”, explicaron. “Esto condujo a un aumento del 13,67 % en la eficiencia eléctrica, destacando el impacto del conducto de aire”.
La nueva metodología de diseño se describe en el estudio “Performance evaluation of a solar photovoltaic-thermal (PV/T) air collector system” (Evaluación del rendimiento de un sistema de colector de aire solar fotovoltaico-térmico (FV/T)), publicado en Energy Conversion and Management: X. “Este trabajo ha proporcionado resultados de simulación de alta calidad para desarrollar parámetros de diseño y mejorar la eficiencia, ya que esto se identificó como una laguna en la literatura inicialmente”, dijeron los científicos.
En el grupo de investigación también participaron investigadores de la Universidad Técnica de Liberec (República Checa).
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