Un grupo liderado por científicos de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) de Arabia Saudita ha desarrollado una tecnología pasiva de refrigeración de bajo costo para paneles fotovoltaicos.
Consiste en compuestos de hidrogel de sal sódica de ácido poliacrílico (PAAS) y cloruro de litio (LiCl) aplicados en la parte posterior del módulo solar. “Nos especializamos en materiales que permiten la refrigeración pasiva”, explicó el investigador Qiaoqiang Gan. “Estos materiales son delgados y pueden colocarse en diferentes sistemas que requieren refrigeración para operar, como invernaderos y células solares, sin afectar el rendimiento”.
Para crear el compuesto, los investigadores combinaron LiCl y PAAS en una proporción de 2:1. Tras mezclar los materiales, vertieron la mezcla en un molde, donde se curó durante una hora para formar una forma plana. Según los académicos, la proporción específica se seleccionó para garantizar la resistencia del compuesto bajo condiciones extremas, como niveles de humedad relativa superiores al 90% y temperaturas superiores a 30 °C.
“El compuesto aprovecha las propiedades higroscópicas del desecante, permitiendo que absorba humedad durante la noche y facilite la refrigeración evaporativa durante las horas de luz”, explicaron. “En este compuesto, las moléculas de PAAS aumentan la capacidad de almacenamiento de agua mediante sus grupos carboxilato altamente hidrofílicos. Mientras que los cristales de LiCl actúan como agentes higroscópicos que absorben activamente la humedad del entorno, el agua almacenada en el compuesto se libera gradualmente durante todo el día debido al contenido equilibrado de LiCl, eliminando la necesidad de reemplazar la capa de refrigeración”.
Para probar su nuevo desarrollo, el equipo utilizó un panel fotovoltaico de silicio policristalino de 54 mm × 54 mm. Se aplicó una capa de 7 mm de grosor en la parte posterior, que se expandió a unos 10 mm una vez absorbida el agua. Luego se probó en varios lugares, en laboratorios tanto en Arabia Saudita como en Estados Unidos, así como en pruebas de campo. Una prueba de campo de 21 días tuvo lugar en la ciudad saudita de Thuwal, mientras que un experimento de campo de un mes se realizó en Buffalo, Nueva York.
“Logramos un rendimiento de refrigeración impresionante en las pruebas de laboratorio”, señaló el equipo. “Cuando se expuso a radiación solar continua de 1 kW/m² durante 3 horas, la potencia de refrigeración alcanzó los 373 W/m², que disminuyó a 187 W/m² tras extender el periodo de trabajo a 12 horas. Bajo radiación solar exterior simulada en tiempo real, el sistema entregó una potencia de refrigeración promedio de 160 W/m², con un pico de 247 W/m² entre las 10:00 y las 11:00”.
En cuanto a las pruebas al aire libre en Arabia Saudita, con una temperatura de 37 °C y una humedad relativa del 53%, se logró una potencia de refrigeración evaporativa sostenida de 175 W/m². “Se registró una disminución significativa de la temperatura de hasta 14,1 °C alrededor del mediodía (12,5 °C en promedio de 12:00 a 13:00), lo que llevó a un aumento sustancial en la eficiencia de conversión de energía, del 13,1% al 14,7%, una mejora de aproximadamente el 12,2%”, destacaron.
A través de las pruebas en Estados Unidos, el equipo también concluyó que la mejora en la eficiencia de refrigeración extiende la vida útil operativa de los paneles fotovoltaicos en más de un 200% y reduce el costo nivelado de la electricidad en un 18%. También calcularon que el costo del material es de aproximadamente 37 dólares/m², y destacaron que es “inferior al de la mayoría de los estudios previos que utilizan métodos de refrigeración con hidrogel o sin hidrogel”.
Presentaron su novedosa técnica en “Streamlined fabrication of an inexpensive hygroscopic composite for low maintenance evaporative cooling of solar panels” (Fabricación optimizada de un compuesto higroscópico económico para refrigeración por evaporación de bajo mantenimiento de paneles solares), publicado recientemente en Materials Science & Engineering R. En la investigación participaron científicos de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología de Arabia Saudita y de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo, Estados Unidos.
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