El efecto de la altura, el ángulo de inclinación y las temperaturas en el rendimiento de la fotovoltaica flotante

Un grupo de investigadores de Malasia y la India ha analizado el efecto de la altura, el ángulo de inclinación, la velocidad del viento, la temperatura ambiente y la temperatura del agua en la eficiencia y la producción de la energía solar fotovoltaica flotante (FPV, por sus siglas en inglés) en comparación con un sistema solar convencional montado en tierra.

Los científicos explicaron que la instalación de referencia montada en el suelo “se alía” con la temperatura nominal de funcionamiento de la célula (NOCT PV).

“El estudio sobre el impacto de la altura y el ángulo de inclinación en la caída de temperatura del panel fotovoltaico colocado en el agua es crucial”, señalaron. “El modelo comparativo NOCT PV sirve como base de comparación y análisis que se asemeja a la refrigeración suministrada únicamente por el viento. Mientras que en un FPV la refrigeración es la contribución combinada del viento y el agua”.

El análisis de los distintos parámetros determinó que el diseño óptimo para FPV es un ángulo de inclinación de 0 grados con una altura de 1.500 mm para conseguir la máxima refrigeración. Con este diseño, el FPV es 4,33 ºC más frío que el NOCT PV en comparación. En general, los investigadores concluyeron que los FPV funcionan mejor que los NOCT PV con ángulos de inclinación inferiores a 45 grados, independientemente de la altura, mientras que los NOCT PV alcanzan temperaturas de célula comparativamente más bajas cuando el ángulo de título es superior a 55 grados.

El grupo utilizó una simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) para un módulo fotovoltaico solar 2D utilizando un enfoque de volúmenes finitos. Realizó múltiples simulaciones utilizando distintas combinaciones de parámetros. Las temperaturas del viento y del agua variaron entre 20 ºC y 40 ºC, mientras que la velocidad del viento se modificó de 1 m/s a 5 m/s. El análisis también utilizó seis alturas distintas -de 250 mm a 3.000 mm- y seis ángulos de inclinación diferentes entre 0 grados y 75 grados.

“A partir de las observaciones se pueden extraer las siguientes conclusiones”, explican los académicos. “El agua necesita estar 2 ºC por debajo del aire para experimentar el efecto de refrigeración en un sistema FPV. La temperatura de la célula FPV disminuye 1 ºC cuando la temperatura del agua es 5 ºC inferior a la temperatura ambiente. Además, por cada 3 ºC de descenso de la temperatura del agua, la temperatura de la célula solar fotovoltaica disminuye 1 ºC”.

Los investigadores observaron que un ángulo de inclinación superior a 55 grados proporciona una importante velocidad del viento que favorece una elevada transferencia de calor. Descubrieron que la cantidad de reducción de temperatura debida al viento en un NOCT PV supera la de un FPV “para una mayor altura y ángulo de inclinación”.

Los resultados están disponibles en el informe “Design study on the parameters influencing the performance of floating solar PV” (Estudio de diseño sobre los parámetros que influyen en el rendimiento de la energía solar fotovoltaica flotante.), publicado en Renewable Energy. El grupo estaba formado por investigadores de la Universidad de Curtin y el Instituto de Energía de Assam.

El informe destaca que “la producción de energía y la eficiencia de una fotovoltaica solar disminuyen entre un 0,4% y un 0,5% por cada grado centígrado de aumento de la temperatura”. Por tanto, una reducción de la temperatura de las células es importante para aumentar el rendimiento energético de un sistema fotovoltaico.