Innovación en Fotovoltaicos: KERI Optimiza Captación de Luz Difusa para Entornos Urbanos e Interiores

Un equipo de investigación del Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea (KERI) en Corea del Sur está abordando el uso de módulos fotovoltaicos (PV) en condiciones no ideales, desarrollando una herramienta innovadora para optimizar la captación de luz difusa en entornos urbanos e interiores, así como en condiciones de sombreado parcial. Esta iniciativa surge como una alternativa a las herramientas tradicionales que se basan en condiciones de prueba estándar.

Seungil Cha, líder de investigación en KERI, explicó a pv magazine que el equipo se ha cuestionado si los módulos fotovoltaicos convencionales, optimizados para condiciones a gran escala, pueden ser efectivos en ambientes residenciales y urbanos donde la luz difusa es predominante. «La motivación de nuestro estudio es responder a esta pregunta», comentó Cha, refiriéndose a la investigación más reciente del grupo que ha resultado en una herramienta semi-analítica para optimizar el diseño de PV en interiores y exteriores urbanos, basada en el análisis de luz difusa y una mejor comprensión de los efectos del ángulo de incidencia (AOI).

El equipo ha desarrollado módulos solares tridimensionales con un diseño ligero y sin vidrio, que incluyen una estructura de polímero elástico similar a un panal. Estos módulos cuentan con un sistema de auto-seguimiento que, según informes, produce un 60% más de energía en comparación con los módulos planos convencionales.

La investigación más reciente del equipo se detalla en el artículo «Electric power from shadows and indoors: solar cells under diffuse light conditions», publicado en Sustainable Energy Fuels, en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de Corea del Sur. Utilizando un modelo físico, los investigadores demostraron que la luz difusa puede tratarse como una suma de funciones de distribución normal, representando cada una una fuente de luz difusa por dispersión o reflexión.

Este modelo se aplicó a fotovoltaicos desplegados en entornos urbanos y aplicaciones interiores. En entornos urbanos, permite cálculos que consideran las reflexiones de objetos circundantes y la dispersión de luz por polvo u otras moléculas grandes en la atmósfera. Además, introduce la posibilidad de mejorar el rendimiento energético mediante enfoques que van desde el control a nivel de celda hasta la manipulación de la dirección de los módulos solares en áreas sombreadas.

Para aplicaciones interiores, el modelo permite estudiar una variedad de arreglos de iluminación, tipos de lámparas y ubicaciones para deducir las condiciones óptimas. Los resultados también indican que pueden ocurrir pérdidas por desajuste en los módulos interiores debido a la geometría del módulo de celda solar y la iluminación.

A pesar de algunas limitaciones, como el uso de un modelo bidimensional y un número limitado de ejemplos presentados, los investigadores afirman que el modelo propuesto puede proporcionar un protocolo analítico útil para diseñar fotovoltaicos adecuados para ubicaciones prácticas donde la luz difusa es abundante.

El grupo continúa investigando PV con alta tolerancia al sombreado parcial y alto voltaje, documentando sus hallazgos en varios artículos recientes. Entre ellos, «Small area high voltage photovoltaic module for high tolerance to partial shading» publicado en iScience, y «Automated shape-transformable self-solar-tracking tessellated crystalline Si solar cells using in-situ shape-memory-alloy actuation» en Scientific Reports.

Cha mencionó que el equipo está desarrollando una estructura de módulo integrada con enfriamiento efectivo, nuevas estructuras de módulos aplicables a PV integrado en vehículos (VIPV), y PV para interiores. Ya cuentan con un ensamblaje de sensor operativo, con un sensor, un módulo Bluetooth de bajo consumo alimentado por un módulo PV interior y un dispositivo sin batería.

Cha anticipa que las tecnologías desarrolladas en el laboratorio se comercializarán en los próximos años, comparando los diseños de laboratorio con un «coche conceptual» que precede a las versiones comerciales. Los conceptos y principios básicos del diseño, como el concepto de mosaico PV o los conceptos de alto voltaje en áreas pequeñas, podrían incluirse en la próxima generación de productos PV integrados en edificios o VIPV, aunque no exactamente iguales a los módulos de investigación.

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Fuente: https://www.pv-magazine.com/2024/08/07/three-dimensional-pv-modules-for-indoor-urban-locations/