Un grupo de investigadores de las universidades chinas de Shandong y Xi’an Jiaotong ha desarrollado una cubierta de refrigeración radiativa para paneles fotovoltaicos que puede reducir su temperatura de funcionamiento hasta un 3,72%.
La refrigeración radiativa se produce cuando la superficie de un objeto absorbe menos radiación de la atmósfera y emite más. Como resultado, la superficie pierde calor y se puede conseguir un efecto refrigerante sin necesidad de energía.
«Nuestro estudio se basa en simulaciones numéricas, cuya fiabilidad se ha garantizado mediante validaciones cruzadas con estudios existentes que incluyen resultados experimentales», explica a pv magazine el Dr. Maoquan Huang, autor del estudio. «También estamos planeando experimentos para probar prototipos de cubiertas RC en paneles fotovoltaicos bajo diferentes condiciones meteorológicas y ambientales».
La nueva cubierta está hecha de películas de polidimetilsiloxano (PDMS) dopadas con vidrio de sosa (PDMS-SG) y está destinada a sustituir a las cubiertas de vidrio convencionales. «Sobre la base de estudios anteriores, este estudio presenta una cubierta RC transparente con una estructura de partículas dopadas aleatoriamente en un sustrato de PDMS», afirman los investigadores. «El estudio explora además la eficiencia y el potencial de los sistemas RC-PV en la variada meteorología de China utilizando datos meteorológicos horarios».
Mediante un análisis numérico, el grupo ha comparado varios materiales dopantes, como el dióxido de titanio (TiO2), el pentóxido de tántalo (Ta2O5), el vidrio de sosa, el dióxido de silicio (SiO2), el cloruro de polivinilo (PVC) y el poliestireno (PS). «El vidrio de sosa resultó ser la mejor opción, ya que ofrecía una combinación óptima de transmitancia solar y emisividad infrarroja de onda larga (LWIR)», explican los investigadores.
Tras este análisis, y utilizando también estudios numéricos, el grupo calculó los parámetros estructurales del PDMS-SG que darían los mejores resultados radiativos. Encontraron los resultados ideales cuando la película de PDMS-SG se simuló con un diámetro de partícula de 4μm, una fracción de volumen del 1,5% y un grosor de película de 100 μm. El resultado fue una transmitancia solar del 94,8% y una emisividad de la ventana del cielo del 95,3%, lo que se tradujo en una potencia pico de 147,6 W/m2.
Tras la optimización del diseño, el grupo simuló su rendimiento en distintas regiones de China. Para ello, se supuso que la célula era una capa de Si cristalino de 200 μm de grosor colocada sobre un catadióptrico de aluminio (Al). Se comparó con una célula de referencia con una cubierta de vidrio de sílice de 5 mm de grosor en las distintas regiones de China.
«Con el fin de comprender el potencial de aplicación de los sistemas RC-PV en China, hemos delimitado cuatro zonas distintas en función de las tasas anuales de aumento de la eficiencia 𝜂», explica el grupo. «Estas zonas se denominan: zona de aplicación óptima (𝜂 ≥ 3,50%), zona de alto potencial (3,26% ≤ 𝜂 < 3,50%), zona de potencial moderado (3,02% ≤ 𝜂 < 3,26%) y zona de potencial limitado (2,78% ≤ 𝜂 < 3,02%)».
Según sus conclusiones, el novedoso CR fue capaz de aumentar la producción anual de electricidad entre un 2,78% y un 3,72%. Se descubrió que la zona óptima de aplicación era el Tíbet, ya que se beneficia de una zona de clima frío severo, la radiación solar más abundante y cielos despejados. Provincias como Xinjiang se encuentran en la zona de alto potencial, mientras que Mongolia interior se sitúa en la zona de potencial moderado. Provincias como Hunan y Sichuan se situaron en la zona de potencial limitado de esta investigación.
«El rendimiento de los sistemas RC-PV disminuyó de oeste a este en China, con el mayor incremento en regiones caracterizadas por climas secos y frescos y días predominantemente soleados», concluyeron los académicos. «Estos resultados pusieron de manifiesto las ventajas de las cubiertas RC-PV en condiciones meteorológicas y ambientales reales. Este estudio contribuye a la aplicación de las películas RC a los sistemas fotovoltaicos y aporta valiosos conocimientos sobre la utilización de la energía solar en las futuras infraestructuras energéticas».
Sus conclusiones se presentaron en «The potential of radiative cooling enhanced photovoltaic systems in China» (El potencial de los sistemas fotovoltaicos mejorados con enfriamiento radiativo en China), publicado en Advances in Applied Energy.
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