Científicos chinos revolucionan la eficiencia energética en edificios con un innovador sistema fotovoltaico de doble PCM
8 octubre, 2024
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Científicos chinos han desarrollado un innovador sistema de integración fotovoltaica en edificios (BIPV, por sus siglas en inglés) que incorpora materiales de cambio de fase (PCM) en ambos lados de la pared, lo que mejora significativamente el rendimiento termoeléctrico en comparación con los sistemas tradicionales. Este nuevo sistema, denominado «envolvente compuesta BIPV con doble PCM» (BIPV-dPCM), fue validado experimentalmente a través de un modelo numérico y mostró resultados superiores en eficiencia energética y control térmico.
El equipo de investigadores, perteneciente a la Universidad de Jinan, la Universidad de Tecnología de Anhui y la Universidad de Wuhan, ha destacado que la integración del PCM en las paredes de los edificios no solo optimiza la generación de energía solar, sino que también ayuda a reducir las cargas térmicas internas, lo que contribuye a la eficiencia energética y al desarrollo de edificaciones con bajas emisiones de carbono. «El PCM disminuye la temperatura de operación de los paneles fotovoltaicos y reduce las fluctuaciones de temperatura en el interior del edificio», señalaron los expertos.
El sistema propuesto está compuesto por varias capas. En la parte exterior, se colocan módulos fotovoltaicos de silicio monocristalino, seguidos de una capa de 30 mm de PCM RT-28. Luego, se añade una capa de mortero de cemento de 10 mm, una pared de ladrillo de 120 mm y otra capa de mortero de 10 mm. Finalmente, en el interior del edificio, se incorpora otra capa de 30 mm de PCM RT-40. Esta disposición permite que, durante el día, el calor generado por los paneles solares sea absorbido por el PCM, lo que reduce la temperatura de los paneles y mejora su eficiencia. Durante la noche, el PCM libera el calor acumulado, estabilizando la temperatura interna del edificio.
El sistema fue simulado en una habitación orientada al sur, de 5 metros de dimensión, ubicada en un edificio residencial en Guangzhou, China. Se asumió que una persona vivía en la habitación, utilizando 3.8 W/m² para iluminación y 5 W/m² para otros equipos. El aire acondicionado se encendía durante los meses de verano, entre las 7 a.m. y las 5 p.m., con una temperatura establecida en 26 °C.
Para evaluar el rendimiento del nuevo sistema BIPV-dPCM, los investigadores lo compararon con tres estructuras de referencia. La primera, denominada «Muro I», es una pared convencional sin PCM ni integración fotovoltaica. La segunda, «Muro II», incorpora una capa de PCM junto a los paneles solares, mientras que la tercera, «Muro III», optimiza el aislamiento térmico con el PCM ubicado cerca del interior. El sistema propuesto, «Muro IV», mostró una reducción del 7.94% en la carga de frío en comparación con el Muro I, y una mejora en el control de la temperatura, reduciendo la temperatura máxima de los paneles fotovoltaicos en 1.77 °C y la temperatura interna de la pared en 6.3 °C.
Además, los investigadores realizaron un análisis de exergía, que reveló que el sistema con doble PCM mejora la eficiencia general del sistema y reduce las pérdidas de exergía. Sin embargo, señalaron que la mayor parte de las pérdidas internas de exergía provienen de los módulos fotovoltaicos, lo que sugiere la necesidad de incorporar técnicas adicionales de enfriamiento, como la ventilación.
Finalmente, los científicos destacaron que el coeficiente de autosuficiencia (SSC) del sistema BIPV-dPCM está estrechamente relacionado con el tiempo de transición de fase del PCM, y que este coeficiente puede superar el 55%, lo que indica una alta capacidad de autoconsumo de la energía generada. Con una optimización adicional de los parámetros, como el grosor del PCM, el SSC podría superar el 65%.
Este estudio fue publicado en la revista *Energy and Built Environment* bajo el título «Investigación de una pared compuesta fotovoltaica basada en doble PCM para generación de energía y aislamiento térmico: características térmicas y predicción del consumo energético».
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