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

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

El sistema se basa en tuberías de agua paralelas que se acoplan a la parte trasera de los paneles solares y reducen su temperatura de funcionamiento. “Nuestro estudio presenta un método de refrigeración sencillo 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 de las viviendas”, afirman 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%/ºC y un ángulo de inclinación de 30 grados. Los tubos de refrigeración de cobre se conectan a través de colectores aguas arriba y aguas abajo y se cubren con una tapa de aluminio para fijarlos a la parte trasera del panel fotovoltaico.

El montaje 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 con un caudalímetro”, explican los científicos. “Para recopilar datos precisos, se coloca estratégicamente un conjunto de termopares para medir simultáneamente varias temperaturas, incluidas las temperaturas del agua de entrada y salida del sistema PV/T, la temperatura de la superficie del panel PV 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 el mes de mayo en el campus de la Universidad Notre Dame-Louaize, situado en Zouk Mosbeh (Líbano).

Su análisis demostró que el panel PVT puede generar un 4% más de energía que el módulo fotovoltaico, gracias al efecto refrigerante de los tubos de cobre. Sin embargo, también advirtieron que un efecto de saturación relacionado con el hecho de que el agua caliente almacenada en el depósito no se utilice eficazmente, puede limitar la capacidad de enfriar de forma óptima los módulos fotovoltaicos en una determinada fase.

“Esta reducción se debe probablemente a la ausencia de demanda de agua residencial en el sistema de recuperación de calor residual”, explicaron además 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 demostraron que el panel PVT alcanzó una eficiencia eléctrica media del 11,5%, mientras que el panel PV sin refrigeración alcanzó una eficiencia media 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 PV, fue de aproximadamente el 60% en el sistema PV/T refrigerado”, afirmaron también. “El sistema PV/T refrigerado no sólo generó una mayor fracción de energía eléctrica, sino que también mostró una tasa de pérdida de calor aproximadamente un 40% mayor por la cara posterior del módulo FV, lo que indica la eficacia de la recuperación del calor residual”.

El sistema se presentó en el artículo “An experimental analysis of a hybrid photovoltaic thermal system through parallel water pipe integration” (Un análisis experimental de un sistema térmico fotovoltaico híbrido mediante la integración de tuberías de agua en paralelo), publicado en la revista International Journal of Thermofluids.