Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong ha desarrollado un parche de refrigeración ultraeficaz (UCP, por sus iniciales en inglés) que enfría eficazmente los paneles fotovoltaicos y utiliza el calor residual para producir agua dulce. Según sus desarrolladores, la flexibilidad y las propiedades adhesivas del parche permiten una integración sencilla con diversas configuraciones fotovoltaicas.
«El UCP se compone de tres capas: un recolector de agua atmosférica (AWH), una capa de regulación térmica y una capa adhesiva», explicó el equipo. «Durante la noche, el UCP captura la humedad del aire, y el canal alineado en el UCP y el efecto de enfriamiento radiativo del panel fotovoltaico mejoran sinérgicamente la eficiencia de absorción de la humedad. Durante el día, el panel fotovoltaico genera electricidad y calor bajo la irradiación solar. El calor residual se puede utilizar para vaporizar el agua en el UCP, mientras que el calor latente de la evaporación del agua enfría eficazmente el panel fotovoltaico».
Para crear la capa AWH, el equipo comenzó fabricando un esqueleto de hidrogel de alginato de sodio con canales. Se introdujo cloruro de calcio (CaCl₂), una sal higroscópica, en los canales para absorber la humedad del aire durante la noche. Para la capa de transferencia de calor, el grupo colocó una fina lámina de cobre, para ayudar a eliminar el calor del panel solar hacia el parche. Por último, se añadió una capa adhesiva compuesta por geles de silicona de diferentes viscosidades. Esto permite que el UCP se adhiera a otros materiales, como polímeros, metales, cerámicas y vidrio.
«El panel fotovoltaico empleado en el experimento tenía unas dimensiones de 100 × 100 mm, con una superficie efectiva de 8000,04 mm². El UCP se adhirió a la parte inferior del panel fotovoltaico para formar el PV-UCP, que luego se colocó en un andamio impreso en 3D para facilitar la salida del vapor», explicaron los académicos. «Bajo la irradiación solar, el panel fotovoltaico sin tratar alcanzó una temperatura de 60,6 °C, mientras que el PV-UCP alcanzó una temperatura significativamente más baja, de 38,9 °C, lo que indica una reducción sustancial de la temperatura de funcionamiento de 21,7 °C. En consecuencia, la densidad de potencia de salida máxima del panel fotovoltaico aumentó significativamente de 0,77 W a 0,92 W».
Aprovechando la flexibilidad del material, el grupo también ha probado el parche en una postura UCP plegada (FUCP). Al remodelar el UCP para incluir aletas, se amplió la interfaz entre la capa de regulación térmica y el AWH, así como la interfaz entre el AWH y el aire. El dispositivo FUCP redujo la temperatura del panel fotovoltaico en 29,5 °C, al tiempo que aumentó la densidad de potencia máxima en un 28,69 % en comparación con el panel fotovoltaico independiente y en casi un 8 % con respecto al PV-UCP.
A continuación, el equipo evaluó la eficacia de su estrategia en un caso a gran escala. Utilizando esponja de melamina y cinta de cobre disponibles en el mercado, fabricaron un FUCP de 2000 mm × 1000 mm e instalaron parte de él en la parte posterior de un panel fotovoltaico comercial de 1270 mm × 760 mm. El panel se colocó en el exterior durante cinco días de experimentos en la Universidad Politécnica de Hong Kong.
«Bajo la luz solar natural, el FUCP redujo significativamente la temperatura de funcionamiento del panel fotovoltaico en 21,2 °C y 24,7 °C durante los dos primeros días. Gracias al efecto de enfriamiento, el rendimiento de la generación de energía aumentó de 102,9 W a 115,1 W», descubrieron los investigadores. «Al integrar una cámara de condensación detrás del panel fotovoltaico, se pudieron recoger más de 2,2 kg de agua durante el día, que se pudieron utilizar para el consumo doméstico y la autolimpieza de los paneles fotovoltaicos».
Los resultados aparecieron en «Passively Ultra Cooling Patch Enabling High-Efficiency Power-Water Cogeneration» (Parche de enfriamiento pasivo ultra que permite la cogeneración de energía y agua de alta eficiencia), publicado en Advanced Materials. En el estudio han participado investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong, la Universidad Politécnica de Hong Kong, la Universidad de Adelaida (Australia) y la Universidad de Nottingham (Reino Unido).
Este contenido está protegido por derechos de autor y no se puede reutilizar. Si desea cooperar con nosotros y desea reutilizar parte de nuestro contenido, contacte: editors@pv-magazine.com.
Al enviar este formulario, usted acepta que pv magazine utilice sus datos con el fin de publicar su comentario.
Sus datos personales solo se divulgarán o transmitirán a terceros para evitar el filtrado de spam o si es necesario para el mantenimiento técnico del sitio web. Cualquier otra transferencia a terceros no tendrá lugar a menos que esté justificada sobre la base de las regulaciones de protección de datos aplicables o si pv magazine está legalmente obligado a hacerlo.
Puede revocar este consentimiento en cualquier momento con efecto para el futuro, en cuyo caso sus datos personales se eliminarán inmediatamente. De lo contrario, sus datos serán eliminados cuando pv magazine haya procesado su solicitud o si se ha cumplido el propósito del almacenamiento de datos.
Puede encontrar más información sobre privacidad de datos en nuestra Política de protección de datos.