Un equipo de investigación de la Universidad Artvin Çoruh de Turquía ha estudiado los parámetros óptimos para la refrigeración de paneles fotovoltaicos mediante electrospray.
Esta tecnología de refrigeración, demostrada por el mismo equipo en un estudio anterior, utiliza alta tensión para convertir el líquido en finas gotas cargadas que eliminan eficazmente el calor de una superficie. Es decir, a medida que el campo eléctrico rompe el líquido en gotas ultrafinas, este se distribuye de forma más uniforme y requiere menos agua.
«Nuestro enfoque ofrece una alta eficiencia de refrigeración con un consumo mínimo de agua; utiliza hasta 100 veces menos refrigerante en comparación con la refrigeración por pulverización tradicional, al tiempo que mantiene una regulación térmica eficaz», explicó el autor correspondiente, Fatin Sönmez, a la revista pv magazine. «Nuestro sistema presenta un bajo consumo de energía y una configuración sencilla que no requiere bombas mecánicas ni sistemas de circulación complejos, lo que lo convierte en una alternativa compacta y energéticamente eficiente».
Sin embargo, Sönmez destacó que la necesidad de una fuente de alta tensión aumenta la complejidad de la instalación inicial y plantea consideraciones de seguridad, lo que podría afectar a los costes de implementación. «Nuestro exhaustivo estudio de optimización determina los parámetros influyentes y sus valores óptimos para la refrigeración de paneles fotovoltaicos mediante electrospray. Hasta ahora no se había encontrado un estudio de este tipo en la bibliografía», añadió.
La investigación se basó en el método de superficie de respuesta (RSM), un enfoque estadístico que realiza un número limitado de experimentos para crear un modelo matemático continuo que abarque todas las variables. Las variables se midieron en condiciones de laboratorio controladas, utilizando como fuente de luz un proyector con lámpara halógena de 500 W, situado a 350 mm del panel fotovoltaico. El panel fotovoltaico de 530 W se colocó en un ángulo de 90◦ con respecto a la horizontal.
Cada variable se midió en tres niveles: la intensidad de la radiación fue de 800 W/m², 900 W/m² o 1000 W/m²; el caudal del fluido refrigerante fue de 20 ml/h, 60 ml/h o 100 ml/h; la tensión eléctrica generada entre la boquilla y el panel fotovoltaico fue de 17 kV, 19 kV o 21 kV; y la distancia entre la boquilla y el panel fotovoltaico fue de 3 cm, 5 cm o 7 cm.
A través de su análisis, los científicos identificaron los parámetros de funcionamiento óptimos para el panel fotovoltaico: una irradiancia de 1.000 W/m², un caudal de 94,34 ml/h, una tensión de 17 kV y una distancia entre la boquilla y el panel de 5,5 cm. En estas condiciones, el panel alcanzó una potencia de salida de 657,18 W. Dos pruebas de validación posteriores produjeron potencias de 665,42 W y 672,89 W, lo que confirmó la fiabilidad de los parámetros optimizados.
«Descubrimos que aumentar la distancia entre la boquilla y el panel fotovoltaico afectaba positivamente a la potencia máxima solo hasta aproximadamente 5 cm, tras lo cual comenzaba a tener un efecto adverso debido a la disminución de la tensión entre la boquilla y el panel», afirmó Sönmez. «También observamos un punto de saturación en el caudal del refrigerante; al aumentar el caudal, la potencia de salida se incrementó hasta unos 90 ml/h, pero aumentos mayores no tuvieron ningún efecto adicional sobre la cantidad de calor absorbido».
Según los investigadores, el resultado más sorprendente fue que la tensión eléctrica entre la boquilla y el panel fotovoltaico no afectó al parámetro de potencia de salida resultante. «Tenemos previsto ampliar estos hallazgos investigando el rendimiento de la refrigeración por electrospray en paneles a escala industrial en condiciones reales al aire libre y con una irradiación solar variable a lo largo del día», concluyó.
El trabajo de investigación se presentó en «Determination of optimum parameters in photovoltaic panel with electrospray cooling», publicado en la revista Ain Shams Engineering Journal.
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