Reducir la temperatura de los módulos fotovoltaicos con grafeno

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Científicos de la Universidad Monash de Malasia han estudiado cómo el grafeno y sus derivados podrían utilizarse como materiales para reducir la temperatura de funcionamiento de los paneles solares.

En una revisión en profundidad publicada en Renewable and Sustainable Energy Reviews, los investigadores explicaron que el grafeno ha atraído el interés de la comunidad científica como medio para mejorar las transferencias de calor en sistemas de refrigeración desde 2004.

Cuando se utiliza para aplicaciones de refrigeración fotovoltaica, el grafeno puede emplearse de diferentes maneras. Por ejemplo, puede emplearse como recubrimiento absorbente selectivo o incrustándolo en un fluido de trabajo como nanofluido. Las nanopartículas de grafeno también pueden añadirse a los materiales de interfaz térmica (TIM) o a los materiales de cambio de fase (PCM) utilizados para la refrigeración de módulos solares.

El grupo dividió todas las tecnologías de grafeno aplicadas a la energía fotovoltaica en dos categorías: refrigeración pasiva y activa.

La primera categoría se dividió en técnicas de preiluminación y postiluminación. La segunda engloba todos los métodos que utilizan un receptor de calor para disipar el calor generado por las células solares, mientras que la primera incluye todos los enfoques que descomponen el espectro solar antes de que llegue a las células fotovoltaicas.

La categoría de preiluminación está representada por todos los tipos de filtros de densidad neutra recubiertos de grafeno (GCND) utilizados como revestimiento absorbente selectivo.

“La aplicación del filtro GCND como técnica de refrigeración pasiva previa a la iluminación es muy ventajosa, sobre todo en la refrigeración de sistemas CPV”, afirman los académicos. “Esta técnica de refrigeración previa a la iluminación atenúa la radiación solar antes de que llegue al panel fotovoltaico, reduciendo así la cantidad de calor generado en el panel fotovoltaico”.

También recomendaron utilizar filtros GCND sólo para aplicaciones domésticas a pequeña escala, debido a su elevado costo.

“En lugar de recubrir de grafeno todo el sustrato, centrar el recubrimiento de grafeno específicamente en la zona del punto focal podría contribuir a reducir los costos del recubrimiento”, añadieron.

En cuanto a la categoría de postiluminación, la lista incluye el uso del grafeno como relleno conductor térmico en TIM y PCM.

“Aunque tanto el TIM como el PCM presentan ventajas e inconvenientes propios, no hay una respuesta universal a si es mejor el TIM o el PCM en la refrigeración pasiva de paneles fotovoltaicos”, señaló el grupo.

La categoría de refrigeración activa incluye todas las técnicas basadas en nanofluidos de grafeno configurados como fluidos de trabajo. Estas técnicas, como todos los métodos de refrigeración activa, requieren la construcción de bombas y tuberías para hacer circular el nanofluido por los módulos, lo que, según los científicos, eleva considerablemente los costos de producción.

“El reto de utilizar nanofluidos de grafeno es el costoso y complejo proceso de fabricación, que impide que los nanofluidos de grafeno se adopten en la práctica habitual de la industria”, afirman los investigadores.

El grupo reconoció que será necesario seguir investigando para reducir costos y mejorar la eficiencia de la refrigeración. Los investigadores también señalaron que los principales retos técnicos que hay que superar son la síntesis del nanofluido de grafeno y la hibridación del nanofluido de grafeno y los PCM mejorados con grafeno.

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