Nanotecnología mexicana mejora la eficiencia de paneles solares con innovador sistema de enfriamiento
21 agosto, 2024
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Científicos mexicanos desarrollan tecnología de enfriamiento para módulos fotovoltaicos con nanofluidos
Investigadores de la Universidad de Sonora (UNISON) y del Instituto Tecnológico Nacional de México han diseñado una innovadora tecnología de enfriamiento para módulos fotovoltaicos que promete aumentar la generación de energía solar en hasta un 2%. Este avance se basa en el uso de nanofluidos que circulan a través de un canal de aluminio adherido a la parte posterior del panel solar.
El equipo de investigación realizó un estudio numérico para evaluar el rendimiento térmico de este sistema de enfriamiento. En sus simulaciones, utilizaron diferentes tipos de nanofluidos, incluyendo óxido de aluminio (Al₂O₃), óxido de cobre (CuO) y óxido de zinc (ZnO), todos suspendidos en agua. Además, el sistema fue optimizado con la incorporación de deflectores, estructuras colocadas dentro del canal de enfriamiento que mejoran la transferencia de calor.
Los deflectores, nueve en total y dispuestos a intervalos regulares, están inclinados a 45 grados y tienen una altura de 1 cm. Su función es aumentar el contacto del fluido refrigerante con la superficie posterior del panel, lo que incrementa la eficiencia en la transferencia de calor.
El modelo numérico, desarrollado con el software Ansys Fluent v20, incluyó las cinco capas que componen un panel fotovoltaico con una eficiencia del 13%: vidrio, etileno-vinil-acetato (EVA), célula solar, tedlar y pasta térmica. Además, se consideró un canal de aluminio de 3 cm de altura por donde circula el fluido refrigerante, que puede ser tanto un nanofluido como agua pura.
Los resultados mostraron que el nanofluido compuesto por CuO fue el más efectivo, logrando una mejora en la eficiencia del 5.67% en comparación con el uso de agua pura, especialmente en el rango más bajo de números de Reynolds (Re), que mide la fluidez del flujo. A medida que se incrementaba la concentración del nanofluido a 0.1 vol y se aumentaba el número de Reynolds de 18 a 42, la eficiencia eléctrica del panel mejoraba en un 4%.
El estudio también reveló que un incremento en la concentración del nanofluido de 0 a 0.1 vol resultó en una mejora del 1.40% en la eficiencia eléctrica. Sin embargo, al aumentar la radiación solar de 200 W/m² a 1,000 W/m², la eficiencia disminuyó un 6.5% para el agua pura y un 5.5% para el nanofluido. Los deflectores, por su parte, contribuyeron a un aumento del 2% en la eficiencia eléctrica al redirigir y acelerar el flujo del fluido.
Este sistema de enfriamiento fue detallado en el artículo titulado «Numerical study of the thermal performance of a single-channel cooling PV system using baffles and different nanofluids,» publicado en la revista Heliyon. Los investigadores concluyen que esta tecnología podría representar un avance significativo en la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos, especialmente en climas cálidos donde la temperatura elevada reduce la eficiencia de los paneles solares.
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