Investigadores estadounidenses de la Universidad de Luisiana en Lafayette y científicos de la Universidad Estatal de Ponta Grossa (Brasil) han desarrollado cuatro modelos para estimar la temperatura de módulos fotovoltaicos flotantes en distintas condiciones climáticas, configuraciones y ubicaciones.
Crearon un modelo térmico de tres capas, un modelo térmico simplificado, un modelo empírico y un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD). Aplicaron los modelos a un único módulo JA Solar de 330 W en un sistema solar flotante en el lago Passauna de Brasil, entre mayo de 2020 y septiembre de 2022. El sistema tiene una potencia instalada de 130 kW y ocupa una superficie de 1.200 metros cuadrados.
El modelo térmico más complejo estudió el comportamiento dinámico de la temperatura de la célula solar en tres capas del módulo: superficie frontal, superficie de la célula y superficie posterior. El módulo térmico simplificado consideraba la temperatura del módulo en su conjunto. El modelo empírico calculó la temperatura de la parte posterior del módulo utilizando datos del emplazamiento mediante un análisis de regresión por mínimos cuadrados. El modelo CFD también determinó la temperatura de la parte trasera del módulo mediante el método de los elementos finitos (FEM).
Los resultados muestran “una buena correlación entre los cuatro modelos propuestos y los datos reales recogidos in situ, con una [desviación cuadrática media (RMSD)] en el rango de 0,5 ºC a 4,8 ºC”, afirman los científicos. El modelo térmico complejo mostró el mejor ajuste, con una RMSD de 2,04 ºC, seguido del modelo empírico a 2,27 ºC, el modelo térmico simplificado a 2,89 ºC y, por último, el modelo CFD a 3,26 ºC. Sin embargo, el modelo térmico simplificado mostró los mejores resultados en términos de seguimiento de la línea de ajuste lineal de la temperatura real del módulo.
Los científicos también compararon la eficiencia del módulo solar flotante con la de los sistemas montados en tierra, según el modelo de los Laboratorios Nacionales Sandia. Los resultados muestran que, en comparación con el modelo de Sandia montado en tierra, es posible aumentar la eficiencia un 3% como máximo.
“El efecto de la refrigeración por agua desempeña un papel integral en el aumento de la eficiencia del módulo [fotovoltaico flotante]; a medida que baja la temperatura de la célula debido a la proximidad del agua, aumenta la eficiencia”, explican los académicos.
Compartieron sus hallazgos en “Floating photovoltaic module temperature estimation: Modeling and comparison” (Estimación de la temperatura de módulos fotovoltaicos flotantes: Modelización y comparación), publicado recientemente en Renewable Energy.
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