Generadores de vórtice de ala rectangular para refrigerar módulos solares

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Científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), en Australia, han utilizado generadores de vórtices rectangulares (VG) como técnica de refrigeración pasiva para paneles fotovoltaicos y han descubierto que pueden reducir la temperatura de funcionamiento de los módulos entre 1,5 ºC y 2,5 ºC.

Los VG se utilizan habitualmente para retrasar la separación de flujos y suelen colocarse en las superficies externas de vehículos y palas de aerogeneradores. Estos dispositivos también se han aplicado para la refrigeración de módulos fotovoltaicos-térmicos (FVT) en el ámbito de la investigación, pero aún no se utilizaban sólo para módulos FV, debido a las condiciones de flujo “totalmente impredecibles”, según el equipo de investigación.

“Nuestros experimentos anteriores en interiores han demostrado que el VG de ala rectangular puede lograr hasta 3 ºC de refrigeración en condiciones de convección libre”, explicaron los científicos, refiriéndose a un intento anterior que hicieron de utilizar los VG para la refrigeración de paneles FV. “Al introducir vórtices longitudinales cerca de la superficie posterior del módulo, un conjunto de VG mejora el flujo de calor convectivo y, en consecuencia, reduce la temperatura de funcionamiento del módulo. En este estudio, el mismo diseño de VG se aplicó a la configuración de un sistema fotovoltaico de bastidor abierto al aire libre”.

Los científicos utilizaron VG de un tamaño de 2 cm x 3 cm y con forma de ala rectangular doblada en un ángulo de 30 grados. Construyeron 400 piezas a base de aluminio y 400 piezas a base de un polímero conductor imprimible en 3D. Después las fijaron a la cara posterior de dos paneles policristalinos diferentes de 285 W suministrados por el fabricante taiwanés Winaico. Los académicos también utilizaron cinta conductora térmica para crear un contacto térmico entre el VG y el módulo.

“Excepto en la parte inferior y en la fila superior de células de silicio, donde se encuentra la caja de conexiones, los VG cubrieron la mayor parte de la superficie del módulo de 1 m × 1,65 m”, explicaron. “El paso vertical es de 8 cm, lo que permite instalar dos filas de VG en una célula de formato M2 y 16 filas de VG en cada módulo. De este modo, los VG cubren el 12,5% de la superficie posterior del módulo, lo que reduce considerablemente el uso de material en comparación con otros disipadores”.

La tecnología propuesta se probó en un entorno experimental desplegado en la azotea de un edificio de Sídney, con los paneles con un ángulo de inclinación de 30 grados. Se colocaron sensores de temperatura en la superficie posterior de los paneles y se recogieron datos meteorológicos y de radiación a través de una estación meteorológica, mientras que se utilizó una cámara térmica para visualizar la distribución de la temperatura en la superficie posterior de los módulos.

Las pruebas mostraron que los VG basados en el polímero imprimible en 3D eran capaces de reducir la temperatura de los módulos hasta 1,5 ºC en condiciones de alta irradiación y poco viento, o con viento del sur. Por su parte, los VG de aluminio redujeron la temperatura de los módulos unos 2 ºC en condiciones de alta irradiancia o 2,5 ºC en condiciones de alta temperatura y alta velocidad del viento.

“Ambos VG presentan un rendimiento equivalente con vientos del sur y del oeste, lo que indica el predominio del mecanismo de generación de vórtices”, declaró el grupo. “El módulo equipado con VGs exhibió un aumento en el coeficiente de transferencia de calor convectivo evaluado por el modelo de balance térmico”.

El grupo presentó la nueva tecnología de refrigeración en el estudio “Long-term outdoor testing of vortex generators for passive PV module cooling” (Pruebas a largo plazo en exteriores de generadores de vórtice para la refrigeración pasiva de módulos fotovoltaicos), publicado recientemente en Solar Energy. “En futuros estudios, es necesario verificar la correlación entre el flujo cercano a la superficie y la dirección de la corriente libre del viento para un tipo específico de sistema fotovoltaico”, concluyeron los académicos. “Entonces será posible optimizar un VG para un emplazamiento determinado con una dirección del viento predominante”.

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