Tecnología de refrigeración radiativa para paneles solares verticales

Un equipo internacional de investigación ha desarrollado un novedoso método de refrigeración radiativa para paneles solares verticales que utiliza espejos en forma de V adaptados para la gestión térmica a ambos lados de los paneles fotovoltaicos.

La refrigeración radiativa se produce cuando la superficie de un objeto absorbe menos radiación de la atmósfera y emite más. Como resultado, la superficie pierde calor y se consigue un efecto de refrigeración sin necesidad de energía.

“La refrigeración radiativa facilita la disipación del calor de un cuerpo terrestre al espacio exterior y al entorno ambiental a través de la radiación térmica”, explican los académicos. “Esta estrategia de refrigeración es especialmente adecuada para los paneles fotovoltaicos calientes, ya que pueden aprovechar al máximo la ventana de transparencia atmosférica en el rango de 8-13 mm, e incluso más allá, debido a que sus temperaturas de funcionamiento son significativamente superiores a la temperatura ambiente”.

El novedoso método de refrigeración se denomina v-PV y emplea dos espejos inclinados 45 grados en las dos caras de un módulo fotovoltaico. En la parte frontal se ha utilizado un espejo de aluminio que permite que la luz solar incidente se refleje en el módulo, mientras que la radiación térmica de la parte frontal puede dirigirse al cielo. En la cara posterior del panel, se instaló un reflector espectral selectivo, que permite dirigir la radiación térmica hacia el cielo, al tiempo que evita que la parte trasera del módulo se caliente por la luz solar dispersa.

Para probar el método propuesto, los científicos realizaron tres experimentos: uno en condiciones de laboratorio, otro en Buffalo (Nueva York) y un tercero en Thuwal (Arabia Saudí).

En el experimento de laboratorio, utilizaron la v-PV con un módulo policristalino de 18 V bajo una iluminación solar y en una resistencia de 1.000 Ω para simular un escenario operativo realista. “La refrigeración radiativa de doble cara puede reducir significativamente la temperatura de funcionamiento de un módulo fotovoltaico hasta en 10,6 ºC, lo que conlleva un aumento de la tensión de salida de 0,80 V”, constataron.

A continuación, realizaron una prueba de campo en Nueva York con la misma configuración del sistema. Compararon el rendimiento de un módulo refrigerado con el de un panel sin el espejo espectral selectivo en la parte trasera (sv-PV) y el de un panel de referencia horizontal sin espejos (h-PV).

“A las 12:40, cuando la irradiancia solar alcanzó su punto máximo, el v-PV registró una temperatura de 59,6 ºC, que seguía siendo 9 ºC inferior a la del sistema h-PV (68,6 ºC) y 4,7 ºC inferior a la del módulo sv-PV (64,3 ºC)”, explicaron. “Estas diferentes temperaturas de funcionamiento afectaron a la producción. El v-PV alcanzó una Voc de 18,49 V, superando al h-PV en 0,59 V (17,9 V) y al sistema sv-PV en 0,20 V (18,29 V)”.

El grupo destacó que, debido a su orientación vertical y a su espejo emisor en forma de V, el sistema v-PV recibe mayor irradiancia solar que el h-PV en latitudes superiores a 46 grados. “El diseño v-PV puede lograr una producción significativamente mayor en regiones de latitudes altas como Europa y Canadá”, señalaron.

En el campo de pruebas saudí, los investigadores probaron una versión modificada del sistema. Ajustaron los ángulos de instalación de los paneles solares a 22 grados y los reflectores selectivos de la parte trasera a 0 grados. El espejo frontal se mantuvo sin cambios en 45 grados.

La prueba demostró que la temperatura de la superficie de la v-PV era de 54,5 ºC, frente a los 54,7 ºC de la h-PV y los 55,7 ºC de la sv-PV. Esto también se tradujo en una mejora de la potencia, ya que las distintas configuraciones alcanzaron potencias máximas de 5,77 W, 4,94 W y 5,67 W, respectivamente. La eficiencia de conversión fue del 10,53% para la v-PV, del 10,31% para la h-PV y del 10,41% para la s-PV.

“Cuando la eficiencia de captación de la irradiancia solar del panel solar se incrementó en un 15% en comparación con un módulo fotovoltaico horizontal alineado, el sistema v-PV propuesto mantuvo una temperatura de funcionamiento ligeramente inferior de 0,2 ºC, lo que corresponde a un aumento de la potencia máxima de salida del 16,8%”, afirmaron los científicos.

La novedosa tecnología de refrigeración se presentó en el estudio “Radiative cooling for vertical solar panels” (Refrigeración radiativa para paneles solares verticales), publicado en iScience por académicos de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) de Arabia Saudí, así como de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo y la Universidad de Texas en Dallas (Estados Unidos).

La refrigeración radiativa fue aplicada recientemente a la refrigeración de paneles solares por investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai (China), la Universidad Purdue (Estados Unidos), el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología y el Instituto de Ciencia de Materiales (España), y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Jordania y el Colegio Australiano de Kuwait.