Un sistema agrovoltaico logra una eficiencia del 9,9% y un LCOE de 0,033 dólares/kWh

Científicos dirigidos por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China han desarrollado un sistema agrovoltaico concentrador de separación espectral (SCAPV) que, según se informa, puede aumentar la productividad de los cultivos de múltiples especies vegetales.

El sistema SCAPV se basa en la separación espectral de la luz solar a partir de la diferencia en la respuesta espectral de la fotovoltaica y la fotosíntesis. Según este principio, las longitudes de onda roja y azul se utilizan para la fotosíntesis, ya que coinciden con los picos de absorción de la clorofila de las plantas, mientras que el resto de longitudes de onda se emplean para la generación de energía concentrada.

El grupo de investigación describió sus hallazgos en “Spectral-splitting concentrator agrivoltaics for higher hybrid solar energy conversion efficiency” (Concentradores agrovoltaicos con división espectral para una mayor eficiencia de conversión de energía solar híbrida), publicado recientemente en Energy Conversion and Management. Destacaron los componentes clave del sistema: películas poliméricas multicapa (MPF) que permiten la separación espectral, concentradores cilindroparabólicos (CCP) y células solares de silicio cristalino.

Utilizaron MPF comerciales de alta transmitancia fabricados por el conglomerado industrial estadounidense 3M. Los PTC se utilizan como sustrato para los MPF flexibles y como reflectores para dirigir las bandas reflejadas hacia las células fotovoltaicas de contacto posterior interdigitado (IBC) de punto focal, suministradas por el fabricante estadounidense Sunpower.

“Aunque las células III-V multiunión tienen potencial para lograr una mayor eficiencia, las células de silicio tienen un coste competitivo para una solución escalable, y pueden mantener el rendimiento bajo alta radiación incidente dentro de una relación de concentración de 3-100”, explicaron además, señalando que cada módulo fotovoltaico incluye una cubierta frontal hecha de vidrio bajo en hierro, una lámina posterior hecha de acetato de vinilo etileno (EVA), y un sustrato de aluminio posterior.

Según los investigadores, las células fotovoltaicas y los MPF tenían un coste de 0,10 y 0,02 dólares por W, respectivamente, mientras que el hardware, incluidos los concentradores y los seguidores, costaba 0,57 dólares por W.

El grupo probó el rendimiento del sistema mediante un prototipo desplegado en Fuyang, en la provincia china de Anhui. Este sistema ocupa una superficie de 422,4 metros cuadrados y se basa en un sistema de seguimiento solar de doble eje.

El sistema presenta una eficiencia fotovoltaica del 9,9% y una eficiencia híbrida de uso de la luz del 9,05%, lo que, según los académicos, supera la eficiencia fotosintética teórica máxima, en torno al 6%.

“El análisis económico muestra que el LCOE de SCAPV es de 0,033 dólares/kWh, lo que indica su viabilidad económica”, señalaron, y añadieron que las plantas cultivadas bajo luz solar parcial mostraban potencial para aumentar la biomasa. “Aunque estos sistemas fotovoltaicos sintonizables no suelen ser competitivos en costes por ahora, la agrivoltaica ofrece un nicho de mercado en el que puede aportar ventajas sobre la fotovoltaica de silicio convencional y, por tanto, tiene la oportunidad de ser comercializada y mejorada”.

El grupo de investigación presentó en octubre el diseño básico de su sistema SCAPV. El sistema se probó al aire libre en Anhui y se comprobó que podía producir 107 MWh de electricidad por hectárea. La eficiencia global del sistema alcanzó el 11,6%, lo que, según los científicos, supone la mayor eficiencia jamás registrada en la tecnología de separación espectral.