Energía fotovoltaica para invernaderos de refrigeración evaporativa

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Un grupo de investigadores de la Universidad Abdou Moumouni de Níger ha propuesto utilizar energía fotovoltaica para alimentar invernaderos de refrigeración evaporativa (ECG) en la región africana del Sahel.

Los ECG son un tipo de invernaderos que enfrían las plantas mediante el proceso natural de evaporación. El proceso de evaporación se realiza bombeando agua sobre unas almohadillas húmedas especiales mientras unos ventiladores impulsan aire a través de ellas.

“En las condiciones climáticas secas y calurosas del Sahel, la refrigeración es necesaria para mantener un microclima propicio”, explica el grupo de investigación. “Para evitar el costoso e insostenible sistema de refrigeración convencional en el Sahel con aire acondicionado conectado a la red o mediante generadores alimentados por combustible fósil carbonatado, se utilizó un sistema fotovoltaico autónomo para alimentar el sistema de refrigeración evaporativa, es decir, el bombeo y distribución de agua y los ventiladores”.

El montaje experimental estaba situado en el suroeste de Níger y abarcaba una superficie de 50 m2, con una altura de 3,66 m y una inclinación del tejado de 15 grados. El bombeo de agua y los ventiladores se alimentaron con seis módulos fotovoltaicos de 260 W cada uno, utilizando un inversor de 5 kVA. También se utilizaron cuatro baterías de 150 Ah cada una para permitir un funcionamiento sin problemas en caso de falta de irradiación.

En cuanto a las almohadillas húmedas, los académicos compararon dos tipos diferentes en el mismo sistema. Uno eran las almohadillas Celdek (C-pads), disponibles en el mercado, mientras que el otro eran las almohadillas de fibra Hyphaene thebaica (HF-pads), de fabricación local. En ambos casos, las almohadillas se insertaron a lo largo de los laterales del invernadero, con un ventilador por cada almohadilla.

“Los parámetros climáticos de campo registrados in situ y los datos termofísicos obtenidos en el prototipo de laboratorio y a partir del PV-ECG instalado se utilizaron para evaluar el potencial de refrigeración alternativo de los paneles HF frente al panel C convencional”, explican los académicos. “Los rendimientos de refrigeración clave del invernadero se derivaron de ecuaciones termodinámicas de balance de energía y masa establecidas”.

Además, tras recopilar los datos del invernadero real y llevar a cabo una investigación en laboratorio de los pads, se realizó un análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD) para obtener una comprensión general de la distribución del fluido refrigerante en el invernadero. Tanto el modelo numérico como la recogida de datos experimentales se realizaron en las estaciones cálida y seca, con temperaturas de entrada de 35 ºC a 45 ºC y una humedad relativa del 10% al 15%.

“El enfriador que utiliza HF-pad permite mantener el microclima por debajo de 25 ºC, con una tasa de humedad máxima de hasta el 80%, en condiciones ambientales adversas”, subrayó el equipo. “HF-pad tuvo el mayor coeficiente de rendimiento de refrigeración (COP = 9 frente a 6 de C-pad), la mejor relación coste-eficacia (CER = 5; 4 veces menos que C-pad) y la temperatura de salida más baja (20,0 ºC)”.

Los científicos también destacaron que, debido a la mayor velocidad del aire de salida, el refrigerador C-pad esparcía el aire frío hasta 1,25 m más lejos que su homólogo, creando una mayor presión en la atmósfera, con el doble de energía cinética turbulenta.

El grupo llegó a la conclusión de que la almohadilla HF conseguía unas prestaciones de refrigeración que competían con las de las almohadillas convencionales. “La optimización de la estructura de la almohadilla de alta frecuencia y el escalado de la tecnología a nivel industrial pueden mejorar el rendimiento térmico y económico”, añadieron.

Sus hallazgos se presentaron en “Improving the sustainability and effectiveness of photovoltaic evaporative cooling greenhouse in the Sahel” (Mejora de la sostenibilidad y eficacia de los invernaderos fotovoltaicos de refrigeración evaporativa en el Sahel), publicado en Scientific Reports.

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