Un equipo de investigación de la Universidad Kasdi Merbah de Argelia ha desarrollado un novedoso sistema inteligente de refrigeración por pulverización de agua para paneles fotovoltaicos.
«La novedad de esta investigación radica en el diseño de un sistema inteligente de refrigeración por pulverización de agua basado en un controlador Arduino», explicó el autor correspondiente, Mahmoud Bourouis, a pv magazine. «El sistema solo se activa cuando la temperatura del panel fotovoltaico supera un umbral predefinido, lo que mejora la eficiencia energética y minimiza el consumo de agua, un factor importante en entornos desérticos».
«Tenemos en cuenta parámetros ambientales adicionales, como la velocidad del viento y la humedad. También investigaremos técnicas de enfriamiento alternativas, incluidos los materiales de cambio de fase (PCM) y los nanofluidos, para mejorar aún más la eficiencia de los paneles fotovoltaicos que funcionan en entornos desérticos».
El prototipo del sistema se probó en una instalación experimental en el clima árido de Ouargla, una ciudad del noreste del Sáhara argelino. Contaba con dos módulos monocristalinos idénticos de 390 W, uno equipado con un sistema de refrigeración y el otro como referencia. Ambos se instalaron con una inclinación de 31°, orientados hacia el sur. En el caso del módulo refrigerado, se bombeaba agua desde un tanque de almacenamiento a 3,5 l/min a través de una tubería de PVC montada a lo largo del borde superior del panel. La tubería tenía nueve salidas espaciadas uniformemente, cada una de 3 mm de diámetro y con un ángulo de aproximadamente 40°.
Los días 9 y 10 de junio y 1 y 2 de julio de 2024, el sistema proporcionó una refrigeración continua e ininterrumpida. Los días 11 y 12 de junio y 3 y 4 de julio de 2024, se actualizó a una configuración inteligente utilizando un sensor de temperatura digital y un controlador. La refrigeración se activaba automáticamente cuando la temperatura de la superficie posterior del módulo superaba los 41,5 °C y se desactivaba cuando bajaba de los 38,5 °C.
Durante los ocho días de prueba en junio y julio, la irradiación solar en Ouargla osciló entre 128,8 W/m² y 982 W/m², y las temperaturas ambientales variaron entre 30 °C y 45 °C. Las mediciones se registraron de 08:30 a 16:00 a intervalos de 30 minutos.
«El sistema de enfriamiento continuo mejoró significativamente el rendimiento del panel fotovoltaico. La potencia de salida aumentó de 272,1 W a 350,5 W, mientras que la temperatura del módulo descendió de 58,6 °C a 36,7 °C, lo que se tradujo en una mejora de la eficiencia de hasta el 28,8 %», afirmó Bourouis.
Por su parte, el sistema de refrigeración inteligente aumentó la generación de energía de 251 W a 337 W y redujo la temperatura del módulo de 56,1 °C a 35,7 °C. El sistema inteligente alcanzó una eficiencia de refrigeración media del 15,5 %, con un consumo de agua de 63,86 L/kWh, un tiempo de funcionamiento de la bomba de 75 min/día y una potencia de la bomba de 30,6 W. En comparación, el sistema de refrigeración continua ofreció una eficiencia similar del 15,44 %, pero requirió una cantidad de agua y un funcionamiento de la bomba considerablemente mayores: 391,95 L/kWh, 450 min/día y 183,6 W, respectivamente.
«En cuanto a los costos, la refrigeración inteligente es decididamente más barata, con un gasto anual de electricidad de 0,07020 euros/W (0,081 dólares/W), que los procesos continuos, con 0,07514 euros/W, y los sistemas sin refrigeración, con 0,07135 euros/W», explicó el equipo. «Se puede decir que ambos sistemas de refrigeración son eficaces para contrarrestar el impacto negativo de las altas temperaturas en la eficiencia de las células solares de los sistemas fotovoltaicos. Aunque la potencia absoluta puede ser mayor en el caso de la refrigeración continua, las ventajas de la refrigeración suave en términos de costo, consumo y uso de agua la convierten en la opción preferida en condiciones desérticas».
Los resultados se presentaron en «Enhancing the efficiency of solar photovoltaic systems via smart cooling in arid environments» (Mejora de la eficiencia de los sistemas solares fotovoltaicos mediante refrigeración inteligente en entornos áridos), publicado en Applied Thermal Engineering. Científicos de la Universidad Kasdi Merbah de Argelia, la Universidad de París (Francia) y la Universidad Rovira i Virgili (España) han contribuido al estudio.
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