Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (Estados Unidos) han fabricado un prototipo de sistema energético híbrido que integra células solares para la producción de energía y refrigeración radiativa con fines de enfriamiento externo.
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 electricidad fotovoltaica generada en el sistema dual puede utilizarse para almacenar energía o convertirse en corriente alterna mediante un inversor”, explican los científicos. “El frío conseguido en el refrigerador radiativo transparente puede utilizarse para enfriar aire o líquido, que pueden accionarse mediante ventilador o bomba, respectivamente, para interconectarse con sistemas térmicos y ahorrar energía”.
El sistema propuesto consigue simultáneamente refrigeración radiativa subambiental diurna y generación de electricidad fotovoltaica a partir de la misma zona. “Por la noche y durante el día, el refrigerador radiativo funciona como un aire acondicionado natural 24 horas al día, 7 días a la semana”, explica Pramit Ghosh, autor principal de la investigación. “Incluso en un día caluroso, el refrigerador radiativo está frío al tacto”.
El sistema consta de un refrigerador radiativo transparente de vidrio bajo en hierro capaz de transmitir el 91% de la luz solar, una capa infrarroja opaca visiblemente transparente y una célula fotovoltaica de contacto posterior interdigitado (IBC) de 125 mm × 125 mm suministrada por el fabricante estadounidense Maxeon. El refrigerador radiativo no tiene intercambio térmico radiativo directo con el dispositivo fotovoltaico.
Los científicos probaron el sistema en un entorno exterior en el Centro de Experiencia en Sostenibilidad del Instituto de Sostenibilidad de Penn State y descubrieron que podía superar el ahorro de electricidad de una célula solar desnuda hasta en un 30%. “Demostramos una refrigeración radiativa diurna subambiental simultánea con una reducción de temperatura de 5,1 ºC bajo una irradiancia solar de unos 1.000 W/m2 y una generación de energía solar de hasta 159,9 W/m2 a partir de la misma zona”, explicaron. “Experimentalmente conseguimos una potencia de refrigeración ambiental de 63,8 W/m2 bajo la irradiación solar máxima y una potencia de refrigeración ambiental de 87,0 W/m2 por la noche”.
El grupo de investigación también supuso que la energía generada por la célula solar se utilizaría para alimentar un sistema de refrigeración con un coeficiente de rendimiento (COP) de 2,8, y descubrió que la potencia de refrigeración del sistema híbrido sería cinco veces superior a la potencia de refrigeración diurna conseguida en los refrigeradores radiativos convencionales de reflexión solar.
“Nuestro trabajo pone de relieve la gran oportunidad de aprovechar simultáneamente el sol y el universo frío para obtener energía renovable a un nivel que puede superar el rendimiento de utilizar cualquiera de los dos recursos por separado”, concluye el estudio.
El sistema se describe en el estudio “Simultaneous subambient daytime radiative cooling and photovoltaic power generation from the same area” (Refrigeración radiativa subambiente diurna y generación de energía fotovoltaica simultáneas desde la misma zona), publicado recientemente en Cell Reports Physical Science.
La refrigeración radiativa ha sido aplicada recientemente a la refrigeración de paneles solares por investigadores de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) de Arabia Saudí, la Universidad Jiao Tong de Shanghai (China), la Universidad Purdue de Estados Unidos, el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología y el Instituto de Ciencia de Materiales de España, y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Jordania y el Colegio Australiano de Kuwait, entre otros
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