Optimización de paneles solares bifaciales para aplicaciones fotovoltaicas flotantes en aguas dulces tropicales

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Un equipo internacional de investigación ha creado un montaje experimental y un modelo para optimizar paneles solares bifaciales flotantes destinados a ser desplegados en aguas dulces tropicales.

El grupo de investigación empleó una metodología de superficie de respuesta (RSM, por sus iniciales en inglés) basada en un diseño compuesto central (CCD). El CCD es una metodología específica de diseño de experimentos que se ajusta a modelos RSM capaces de presentar la relación entre factores de entrada y de salida. Además, el equipo investigó la viabilidad económica de los proyectos fotovoltaicos bifaciales flotantes.

«Nuestra investigación integra una perspectiva global de la tecnología solar, haciendo hincapié en el análisis de sensibilidad de los parámetros de diseño y las correlaciones de ganancia de potencia a través de RSM», dijeron los académicos. «Nuestro objetivo es optimizar la altura del panel solar bifacial, el ángulo azimutal y la profundidad del agua, avanzando en soluciones energéticas sostenibles en sistemas solares bifaciales».

Como parte del diseño del CCD, los investigadores construyeron dos sistemas fotovoltaicos en un tejado de Virudhunagar, en el sur de la India. Cada uno de ellos utilizaba módulos fotovoltaicos bifaciales de 395 W montados sobre una superficie convencional pintada de blanco o sobre un depósito de agua dulce con pintura blanca en el fondo.

Ambos sistemas se probaron con una altura de panel de 25 cm, 87,5 cm o 150 cm y un ángulo de inclinación de 45 grados, 90 grados y 135 grados. El sistema fotovoltaico montado sobre el agua también se probó con distintas profundidades de 2 cm, 6 cm y 10 cm. La temperatura, el voltaje y la corriente del panel se probaron con distintos niveles de irradiancia y velocidades del viento.

«Los datos recogidos durante estas pruebas se analizaron mediante RSM para comprender la influencia de múltiples variables», explican los científicos. «Esta exhaustiva recopilación de datos implicó la monitorización de indicadores clave de rendimiento, como la potencia de salida y la ganancia bifacial. El objetivo era discernir el impacto de los distintos métodos de refrigeración en la eficiencia de los paneles BFS, con especial atención a los escenarios del mundo real».

Según los resultados del modelo cuadrático, un modelo de optimización para RSM, los resultados óptimos se obtuvieron con una altura del panel de 100 cm, una profundidad del agua de 6 cm y un ángulo de inclinación de 90 grados. En este caso, la potencia de salida prevista fue de 397,68 W, y se registró una ganancia bifacial de alta precisión de 10,39.

 

El montaje experimental.
Imagen: Kamaraj College of Engineering and Technologys, informes científicos, licencia común CC BY 4.0

Además, la superficie de agua dulce propuesta (PFS) logró una ganancia de entre el 4,34% y el 4,86% en eficiencia bifacial a través de varios niveles de irradiación en comparación con la superficie blanca convencional (CWS). «Bajo una irradiación de 950 W/m2, la refrigeración con agua dulce logra una ganancia bifacial un 3,19% mayor que la refrigeración CWS», añade el grupo.

«El análisis de la temperatura del panel muestra reducciones consistentes con la refrigeración de agua dulce, que van de 1,43 ºC a 2,72 ºC, mejorando la eficiencia general y la longevidad», concluyeron. «Con unos costos energéticos diarios ligeramente superiores, de 10,979 rupias (0,13 dólares) frente a las 10,75 rupias del CWP, el PFW ofrece un periodo de amortización más rápido, de 4,52 años frente a los 4,62 años del CWP, lo que pone de relieve su viabilidad económica y su eficiencia».

Sus conclusiones se presentaron en «Performance analysis of floating bifacial stand-alone photovoltaic module in tropical freshwater systems of Southern Asia: an experimental study» (Análisis del rendimiento de módulos fotovoltaicos autónomos bifaciales flotantes en sistemas de agua dulce tropicales del sur de Asia: un estudio experimental), publicado en Scientific Reports. El equipo estaba formado por científicos del Kamaraj College of Engineering and Technology de la India y de la Universidad Kebri Dehar de Etiopía.

 

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