Cómo reducir la temperatura de los módulos fotovoltaicos con perforaciones en el marco

Científicos de China han investigado cómo las perforaciones en el marco pueden ayudar a reducir las temperaturas operativas de los módulos solares mediante el enfriamiento por aire. Sus hallazgos muestran que el número de perforaciones debe calibrarse cuidadosamente y que más no significa necesariamente mejor.

noviembre 6, 2025 Lior Kahana

Configuración experimental.

Imagen: Universidad de Energía Eléctrica del Noreste, Estudios de casos en ingeniería térmica, CC BY 4.0

Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad de Energía Eléctrica del Noreste de China ha investigado el impacto de las perforaciones en el marco en la reducción de la temperatura de los paneles fotovoltaicos mediante el enfriamiento pasivo por aire.

«En comparación con estudios anteriores, la principal novedad de este estudio es la evaluación exhaustiva del efecto de la perforación del marco en el rendimiento de la refrigeración pasiva por aire, la gestión térmica y el rendimiento eléctrico de los paneles fotovoltaicos», explicó el grupo. «Se lleva a cabo un análisis detallado del campo de flujo de aire alrededor de los paneles fotovoltaicos y del campo de temperatura de los mismos, y se comparan y discuten los efectos de diferentes patrones de perforación del marco y diferentes formas de orificios en el rendimiento térmico y eléctrico de los paneles fotovoltaicos. El objetivo principal de este artículo es proporcionar una referencia para la investigación de la tecnología de enfriamiento pasivo por aire de los paneles fotovoltaicos solares».

El equipo de investigación estudió 17 diseños diferentes de perforación del marco utilizando simulaciones tridimensionales de dinámica de fluidos computacional (CFD).

Las simulaciones se basaron en un panel fotovoltaico (PV) de silicio monocristalino de 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. El panel constaba de un marco de aleación de aluminio (2,5 mm de espesor), una capa de vidrio (3,2 mm), una capa de etileno-acetato de vinilo (EVA) (0,5 mm), una célula fotovoltaica (0,6 mm) y un tablero trasero (0,7 mm).

El dominio computacional era un cubo de 0,8 m de lado, con una altura de instalación de 0,4 m. La velocidad del viento de entrada se fijó en 6,0 m/s. Los lados de barlovento y sotavento del panel medían 52,8 cm, mientras que los lados izquierdo y derecho medían 32 cm. La irradiancia solar incidente era de 900 W/m².

Para validar su modelo, los investigadores construyeron un montaje experimental utilizando un panel fotovoltaico de silicio monocristalino más pequeño, con unas dimensiones de 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. El panel tenía una potencia nominal de 10 W y se instaló con un ángulo de inclinación de 50°. Los experimentos se llevaron a cabo en la ciudad de Jilin, en el centro de China, y los resultados se compararon con un modelo de simulación independiente. El análisis mostró una diferencia de temperatura media entre los valores simulados y los medidos de solo 0,2267 °C, con una desviación máxima en un solo punto de 0,4 °C.

Una vez validado el modelo CFD, el equipo optimizó el ángulo de inclinación para la refrigeración pasiva, identificando 11° como el más eficaz. Todas las simulaciones posteriores de los casos de perforación se realizaron con esta inclinación. Los 17 diseños de perforación se agruparon en cuatro categorías según el número de lados perforados del marco: perforaciones en un solo lado, en dos lados, en tres lados y en cuatro lados.

Cada caso presentaba perforaciones circulares o rectangulares. En los paneles con perforaciones a barlovento y a sotavento, los orificios circulares tenían un radio de 3 mm y estaban separados entre sí por 58,68 mm; en los lados izquierdo y derecho, los orificios también tenían un radio de 3 mm, pero estaban separados entre sí por 64 mm. Las perforaciones rectangulares medían 4 mm × 100 mm con una separación de 107 mm, y 5 mm × 70 mm con una separación de 60 mm, dependiendo del lado.

«El caso 2, con ocho orificios circulares de 3,0 mm de radio en el lado de barlovento, alcanzó la temperatura media más baja del panel fotovoltaico (39,37 °C), la temperatura máxima más baja (42,63 °C), la distribución de temperatura superficial más uniforme, la potencia de salida más alta (24,18 W) y la mayor eficiencia de conversión fotoeléctrica (15,9 %)», informaron los investigadores.

«Desde la perspectiva de la temperatura media de los paneles fotovoltaicos, 13 de los diseños de perforación del marco evaluados superaron al marco sin perforar (caso 1)», añadieron. En comparación con el panel sin perforar, el diseño del caso 2 redujo la temperatura del panel en 5,44 °C. En condiciones de ausencia de viento, el marco perforado redujo la temperatura media en 37,8 °C y aumentó la eficiencia de conversión fotoeléctrica en un 2,89 %.

Solo tres diseños de perforación (los casos 3, 7 y 8) tuvieron un rendimiento inferior al del panel no perforado. El caso 3 presentaba orificios circulares en el lado de sotavento, el caso 7 tenía orificios rectangulares en el lado de sotavento y el caso 8 tenía orificios rectangulares en el lado izquierdo. «Contrariamente a lo que se suele suponer, perforar más orificios en el marco no mejora necesariamente el rendimiento de refrigeración de los paneles fotovoltaicos», concluyó el equipo.

Su trabajo se presentó en «Effect evaluation of frame perforation on reducing photovoltaic panel temperature with passive air cooling» (Evaluación del efecto de la perforación del marco en la reducción de la temperatura de los paneles fotovoltaicos con refrigeración pasiva por aire), publicado en Case Studies in Thermal Engineering. En el estudio participaron investigadores de la Universidad de Energía Eléctrica del Noreste de China, el Grupo Shengu y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.

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