Un grupo de científicos de la Universidad Húngara de Agricultura y Ciencias de la Vida ha diseñado un prototipo de árbol solar fotovoltaico que supuestamente ofrece un equilibrio óptimo entre producción de energía y gestión térmica.
La característica clave del sistema es una mayor distancia entre los módulos solares en comparación con los diseños convencionales de árboles solares. Con ello se pretende reducir las pérdidas por sombreado entre los paneles y mejorar la refrigeración y la disipación del calor.
El prototipo tiene un diámetro total de 660 mm y utiliza módulos solares basados en células suministradas por Shenzhen Xiangxinrui Solar Energy Co., Ltd. China. Cada panel tiene unas dimensiones de 180 mm x 60 mm x 3 mm y una eficiencia del 22%. El árbol solar también cuenta con un tallo de 1.800 mm de altura y una lámina plana de madera segmentada en quince ramas.
Para validar el diseño propuesto, los científicos compararon su rendimiento con el de un sistema fotovoltaico plano de las mismas características. “Tanto el árbol solar como el módulo plano se integraron y configuraron dentro del mismo circuito eléctrico, compuesto por seis anillos conectados en paralelo”, explicaron los científicos. “Cada anillo constaba de tres módulos conectados en serie, dando como resultado un total de dieciocho módulos fotovoltaicos”.
Tanto el árbol solar como el sistema fotovoltaico plano se probaron con orientación sur y ángulos de inclinación de 20, 30 y 45 grados.
Las pruebas revelaron que con el ángulo de 45 grados el árbol solar registró una temperatura máxima de 49,8 ºC y el sistema plano tuvo 38,05 ºC. Como resultado, la configuración del árbol solar produjo una potencia máxima de 14,54 W, mientras que el sistema plano produjo 11,8 W.
Con la configuración de ángulo de inclinación de 30 grados, el sistema plano alcanzó una temperatura de 51,3 ºC y el árbol solar llegó a 40,75 ºC. Este último logró una potencia máxima de 13,84 W, frente a los 11,05 W del sistema plano. Con el ángulo de inclinación de 20 grados, el árbol solar alcanzó una temperatura máxima de 33,95 ºC y el sistema plano de 43,86 ºC. El primero produjo 14,05 W y el segundo 11,4 W.
“Los resultados empíricos indican que la temperatura del módulo fotovoltaico plano supera la del árbol solar en más de 10 ºC, debido a la transferencia de calor convectiva menos eficiente”, declararon los académicos, añadiendo que las temperaturas del suelo sombreado por el árbol solar se redujeron entre 3 y 7 ºC en comparación con el suelo no sombreado. “La eficiencia de la configuración del módulo solar aquí propuesta experimentó un incremento del 16-23 % en relación con el módulo plano”.
Los investigadores también observaron que el árbol solar ofrece una reducción de la huella terrestre del 96 % en comparación con los sistemas fotovoltaicos convencionales.
“Un examen de la huella terrestre reveló que el módulo fotovoltaico de girasol permitía ahorrar un 85 % de terreno en comparación con el módulo fotovoltaico plano”, afirmaron. “La superficie bajo el árbol fotovoltaico puede utilizarse para aparcamientos y agricultura”.
Sus conclusiones se presentaron en el estudio “Sunflower solar tree vs. flat PV module: A comprehensive analysis of performance, efficiency, and land savings in urban solar integration” (Árbol solar de girasol versus módulo fotovoltaico plano: un análisis integral del rendimiento, la eficiencia y el ahorro de suelo en la integración solar urbana), publicado en Results in Engineering.
Investigadores del Instituto Marítimo de Corea propusieron recientemente el uso de árboles solares para construir plantas fotovoltaicas en zonas forestales montañosas de Corea del Sur, donde escasea la tierra. Definieron el nuevo concepto como bosque-fotovoltaico y explicaron que mantendría las actividades de absorción de carbono bajo los árboles solares y produciría energía solar en la parte superior del terreno forestal.
Otros investigadores de la Universidad Amity de Noida, en el estado indio de Uttar Pradesh, desarrollaron recientemente cuatro diseños diferentes de árboles solares fotovoltaicos que supuestamente requieren menos espacio físico que los sistemas fotovoltaicos convencionales en entornos urbanos.
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