¿Cómo hacer para que mis paneles solares rindan mejor y me provean más energía? Esa es una gran pregunta que se hacen millones de personas todos los días, pero que solo la ciencia puede responder.
Es que a medida que los paneles fotovoltaicos convierten la luz solar en electricidad, están sujetos a diversos factores ambientales que pueden afectar su rendimiento. Uno de esos factores es la temperatura, que tiene una influencia directa en la eficiencia y vida útil de los equipos, lo que hace que las estrategias de enfriamiento efectivas sean cruciales para optimizar su funcionamiento y garantizar la confiabilidad a largo plazo.
Se sabe que los paneles solares presentan una disminución de la eficiencia a medida que se calientan, siguiendo un coeficiente de temperatura característico. Cuando esto sucede, los semiconductores de los paneles experimentan un aumento de la movilidad de los electrones, lo que provoca una caída de la tensión de salida.
En consecuencia, se ve comprometida la eficiencia general de conversión de energía del sistema fotovoltaico. Además, la exposición prolongada a altas temperaturas puede acelerar la degradación de los materiales del panel, reduciendo su vida útil operativa y su rendimiento general.
Para mitigar estos desafíos, se emplean técnicas de enfriamiento para mantener los paneles fotovoltaicos dentro de un rango de temperatura óptimo. Se han explorado varios métodos de enfriamiento, incluidos el enfriamiento pasivo, el enfriamiento activo y los sistemas de enfriamiento híbridos.
El enfriamiento pasivo se basa en mecanismos naturales de disipación de calor, como convección, radiación y conducción, para eliminar el exceso de calor de los paneles. El enfriamiento activo utiliza sistemas mecánicos, como ventiladores o enfriamiento basado en líquido, para hacer circular activamente un medio de enfriamiento y mejorar la disipación de calor. Los sistemas de enfriamiento híbridos combinan técnicas pasivas y activas para maximizar la eficiencia de enfriamiento.
Pero una respuesta innovadora la dio un grupo de científicos iraquíes que estudió el uso de energía de origen terrestre para refrigerar paneles fotovoltaicos, lo que permitió alcanzar una reducción significativa de la temperatura de funcionamiento del módulo y con ello una mejora en su performance de trabajo y rendimiento.
Este estudio utilizó simulaciones integrales de dinámica de fluidos computacional (CFD) con el software Ansys Fluent 2023 R1 para evaluar la efectividad del enfriamiento de paneles fotovoltaicos utilizando energía geotérmica en la ciudad de Kirkuk, en el norte de Irak.
Los investigadores simularon una configuración con algoritmos de CFD, una rama de la mecánica de fluidos que utiliza métodos numéricos y algoritmos para analizar problemas relacionados con flujos de fluidos.
Durante el experimento, se diseñaron dos tuberías de PVC de 10 cm de diámetro cada una que se enterraron bajo tierra y se integraron en el sistema geotérmico para mejorar la absorción del calor. El panel fotovoltaico se construyó en silicio monocristalino, una cubierta de vidrio, un marco de aluminio y un encapsulante de etilvinilacetato (EVA). Se creó un sistema similar, sin refrigeración del suelo, como referencia para medir ambos rendimientos.
Para el trabajo se utilizó un modelo 3D que analizó el comportamiento térmico del panel fotovoltaico durante 10 horas durante el día. En la simulación se comprobó que el método de enfriamiento propuesto logró una impresionante reducción de temperatura de aproximadamente el 28% en comparación con los métodos de enfriamiento convencionales antes descritos.
El examen de los contornos de distribución de velocidad y temperatura reveló que el aire ambiente aspirado como aire caliente disipaba gradualmente su calor hacia el suelo y los ladrillos circundantes a medida que atravesaba las tuberías subterráneas, lo que daba como resultado una reducción significativa de la temperatura. Este proceso de enfriamiento mejoró de forma efectiva el rendimiento general del panel fotovoltaico.
La configuración refrigerada por aire mejoró la generación de energía en un 6,5% en comparación con la configuración fotovoltaica, y su potencia máxima fue de 88 W.
Esta mejora en el control de la temperatura tiene el potencial de prolongar significativamente la vida útil de los paneles fotovoltaicos y aumentar su rendimiento general, concluyeron los expertos ingenieros del proyecto.
“Aprovechar el aire de enfriamiento subterráneo como refrigerante presenta una alternativa prometedora a los métodos de enfriamiento convencionales, ofreciendo posibles beneficios en términos de eficiencia, durabilidad y escalabilidad”, indicaron.
Y finalizaron: “Esta comparación subraya la naturaleza innovadora y la superioridad potencial de la técnica de enfriamiento empleada en el presente estudio, allanando el camino para una mayor exploración e implementación en el campo de la tecnología fotovoltaica”.
