Reducción de la temperatura de los módulos fotovoltaicos con cera de abejas y parafina

Investigadores de la Universidad Técnica del Norte y la Universidad AlNoor de Irak han estudiado la capacidad de los materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés) para refrigerar paneles fotovoltaicos a temperaturas extremadamente altas.

Los PCM son sustancias que pueden absorber y liberar energía térmica durante las transiciones de fase. Los PCM utilizados en este estudio eran cera de abeja natural, cera de parafina y una combinación de ambas. Absorben calor al pasar de sólido a líquido y lo liberan al volver a transformarse.

“Este estudio pretende evaluar el efecto de la integración de materiales de cambio de fase con paneles solares y refrigeración pasiva bajo la influencia de las condiciones meteorológicas iraquíes, caracterizadas por su calor”, explican los académicos de la Universidad Técnica del Norte. “Comparamos el rendimiento bajo estas condiciones en términos de eficiencia eléctrica, temperatura del panel y producción eléctrica mediante trabajo experimental”.

Para su escenario experimental, los científicos colocaron cuatro paneles de 50 W con células policristalinas en un tejado de la ciudad de Hawija, en el norte de Irak. Uno de los paneles se mantuvo en su estado original como referencia, mientras que a los otros tres se les hicieron cavidades en la parte posterior para contener los distintos PCM. A continuación, se llenó la cavidad de cinco litros con las distintas ceras, dejando un 10% de espacio vacío para la solidificación.

El grupo realizó las mediciones un día de julio de 2022 con una temperatura ambiente de 43,5 ºC y valores de radiación solar que oscilaban entre 300 y 956 W/m2. En este equipo se instalaron diferentes instrumentos de medida para medir la temperatura, la producción de electricidad y la eficiencia del panel.

El análisis mostró que el panel sin PCM tenía temperaturas que oscilaban entre los 38,65 y los 69,4 ºC, con una temperatura media diaria de 54,7 ºC. Por el contrario, el módulo fotovoltaico con parafina alcanzó una media de 54,21 ºC, y el panel que utilizaba cera de abeja una media de 51,66 ºC. El panel con ambos materiales, por su parte, alcanzó una media de 53,62 ºC.

Los tres paneles fotovoltaicos PCM actuaron de forma similar, con temperaturas más bajas que el panel de referencia hasta las 14:00 y las 15:00, cuando la cera se derritió. Después, al no poder absorber más calor, la cera se congeló, emitiendo calor y, por tanto, elevando la temperatura del panel a niveles superiores a los del montaje de referencia.

“En cuanto a la generación eléctrica, la producción eléctrica media diaria fue de 28, 28,5, 31 y 28,7 vatios para la placa de referencia, la parafina, la cera de abeja y la mezcla fotovoltaica”, añadió el grupo académico. “La eficiencia eléctrica de la cera de abejas mejoró en un 1% en comparación con la placa de referencia. En cuanto a los otros dos tipos, la mejora fue muy leve”.

El grupo de investigación compartió sus resultados en el estudio “Comparative study of different phase change materials on the thermal performance of photovoltaic cells in Iraq’s climate conditions” (Estudio comparativo de diferentes materiales de cambio de fase sobre el rendimiento térmico de células fotovoltaicas en las condiciones climáticas de Irak.), publicado en Energy Reports.