Un equipo de investigación de la Universidad de Jaén ha presentado un novedoso módulo fotovoltaico con concentración para agrovoltaica, que cuenta con concentradores parabólicos compuestos cruzados (CCPC) en la parte trasera y células solares de silicio cristalino que emulan una configuración bifacial. Para adaptarse a las aplicaciones agrícolas, se ha diseñado con el fin de equilibrar la alta eficiencia y la transparencia óptica con un sombreado mínimo del panel.
«Nuestra investigación presenta el primer módulo fotovoltaico semitransparente (STPV) que utiliza concentradores ópticos traseros específicamente para mejorar la contribución de la irradiancia reflejada, un recurso que tradicionalmente se ha infrautilizado tanto en los sistemas agrivoltaicos como en los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios», explicó Álvaro Valera-Albacete, coautor de la investigación, a pv magazine.
A diferencia de los diseños STPV anteriores, el prototipo, RearCPVbif, concentra y redirige la luz albedo hacia la parte trasera de las células bifaciales para lograr un «aumento sustancial» de la generación de energía sin comprometer la transparencia óptica, según Valera-Albacete.
«La principal motivación fue la creciente necesidad de conciliar la producción de energía solar con la disponibilidad limitada de terreno», explicó Valera-Albacete, señalando que, en la agrovoltaica, el aumento de la producción eléctrica «suele tener como contrapartida la reducción de la calidad y la cantidad de luz» que llega a los cultivos debido al sombreado de los módulos fotovoltaicos.
Los investigadores fabricaron un módulo prototipo y desarrollaron un marco de modelización para realizar pruebas. El diseño propuesto integra componentes ópticos de baja concentración en la parte posterior, alineados y unidos a pequeñas células solares de silicio cristalino intercaladas. La concentración geométrica tenía un factor de transparencia objetivo (TRF) del 60 %, lo que es «adecuado para la mayoría de los cultivos hortícolas», según los investigadores.
Para emular las células bifaciales necesarias para el diseño, los científicos utilizaron dos células solares de silicio cristalino monofaciales eléctricamente independientes. Estas se colocaron en matrices de 3 × 3 y se montaron sobre un sustrato de polimetilmetacrilato (PMMA) transparente de 8 mm de espesor. El módulo tenía un espesor de 42,8 mm y pesaba 0,4767 kg, es decir, 34,15 kg/m2.
Se realizaron pruebas de rendimiento óptico de la ganancia de potencia CCPC, la calidad de la luz, la transmitancia fotosintética media (APT), la transmitancia visible media (AVT) y el rendimiento térmico. Los resultados mostraron una respuesta bifacial, con la «parte trasera generando más del doble de potencia que la parte delantera, lo que supone una clara ventaja con respecto a las referencias monofaciales y bifaciales», según la investigación.
El sistema también proporcionó «una buena transmisión de la luz difusa» y una transmitancia visible cercana al 60 %. El rendimiento térmico se mantuvo estable, con «temperaturas de célula previstas por debajo de los 70 °C», con una capacidad aislante «comparable a la de los sistemas de doble acristalamiento», informaron los investigadores.
Afirmaron que los resultados experimentales y numéricos coincidían «en cuanto a la transmisión y uniformidad de la luz», pero también señalaron discrepancias en la no uniformidad, lo que indica la necesidad de perfeccionar aún más el modelo y realizar pruebas al aire libre.
El trabajo se describe en «Study on the potential of a novel semi-transparent rear concentrator photovoltaic system for agrivoltaics», publicado en Results in Engineering.
Actualmente, los investigadores están en conversaciones con organizaciones del sector privado para acelerar el desarrollo y transferir la tecnología al mercado, según Eduardo F. Fernández, coautor correspondiente de la investigación.
«Esto también incluye una evaluación detallada de los beneficios que la tecnología proporciona para el crecimiento de los cultivos, basada en una campaña experimental en la que se investigan diferentes tipos de cultivos», dijo Fernández.
Además, el equipo de investigación está aprovechando su experiencia en óptica y células solares para investigar aplicaciones de transferencia inalámbrica de energía con receptores fotovoltaicos de alta potencia y fuentes de luz láser monocromáticas.
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