Mejora del rendimiento de los módulos térmicos fotovoltaicos con válvulas Tesla

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Investigadores de la Universidad Donghua de China han diseñado un sistema fotovoltaico-térmico (PVT, por sus iniciales en inglés) que utiliza una válvula Tesla para aumentar el rendimiento de la refrigeración.

Una válvula Tesla es un conducto valvular pasivo, unidireccional y de geometría fija. Fue diseñada y patentada por Nicola Tesla hace unos 100 años y está pensada para mover fluidos en una sola dirección sin piezas móviles. “Las válvulas Tesla pueden mejorar la transferencia de calor creando vórtices y turbulencias en el flujo de fluido, lo que aumenta el coeficiente de transferencia de calor y reduce la diferencia de temperatura entre el fluido y la superficie sólida”, explican los científicos.

Mediante una simulación numérica, el grupo de investigación desarrolló un módulo PVT compuesto por una cubierta de vidrio, un panel fotovoltaico, una placa que absorbe el calor, un canal de flujo, fluido, encapsulante de etilvinilacetato (EVA) y válvulas Tesla.

Los académicos evaluaron entonces el rendimiento de refrigeración del panel con las válvulas Tesla suponiendo el uso de cuatro fluidos diferentes, a saber, agua, óxido de magnesio (MgO), óxido de titanio (TiO2) y óxido de aluminio (Al2O3). Destacaron que el efecto de refrigeración se ve afectado significativamente por el aumento de la velocidad.

“En particular, cuando la velocidad se encuentra dentro del intervalo del valor crítico turbulento a 1 m/s, el aumento de la velocidad del flujo tiene un efecto significativo en la reducción de la temperatura fotovoltaica”, subrayaron. “Sin embargo, cuando la velocidad del flujo superaba 1 m/s, no se producía un efecto de refrigeración significativo con el aumento de la velocidad del flujo”.

La simulación demostró que el sistema PVT con las válvulas Tesla era capaz de alcanzar una eficiencia eléctrica del 16,32% y una eficiencia térmica del 59,65%. Estos resultados se compararon después con los de sistemas PVT idénticos basados en tres estructuras de sección transversal diferentes y el análisis demostró que el canal de flujo con estructura de válvulas Tesla ofrece una eficiencia térmica y eléctrica superior.

Los científicos también identificaron los parámetros óptimos para las válvulas Tesla, como un ángulo de 30 grados y una relación de diámetro de tubo de 1.

Sus conclusiones figuran en el artículo “Numerical study on solar photovoltaic/thermal system with Tesla valve” (Estudio numérico sobre sistema solar fotovoltaico/térmico con válvula Tesla), publicado en scientific reports. De cara al futuro, afirman que quieren probar los nanofluidos en las configuraciones de sistema propuestas. “Los nanofluidos tienen potencial para lograr una refrigeración rápida y el almacenamiento de calor”, concluyeron.


Mapa de nubes de temperatura con diferentes estructuras de corredor: (a) rectángulo; (b) triángulo; (c) semicírculo; (d) válvula Tesla.
Imagen: Universidad de Donghua, informes científicos, Licencia Creative Commons CC BY 4.0

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