Nuevos diseños de colectores solares PVT mejoran la eficiencia energética combinando electricidad y calor

Un equipo internacional de investigadores ha llevado a cabo un estudio exhaustivo sobre cómo diferentes diseños de colectores fotovoltaico-térmicos (PVT) influyen en su eficiencia tanto para la producción de electricidad como de calor. Los científicos modelaron ocho tipos distintos de sistemas PVT utilizando software especializado, y los compararon bajo condiciones idénticas para obtener resultados precisos.

El objetivo principal del estudio fue evaluar el rendimiento de estos sistemas bajo una radiación solar de 1.000 W/m², una temperatura ambiente de 40 °C, una temperatura de entrada del agua de 45 °C y una velocidad del viento de 1 m/s. Para ello, los investigadores utilizaron la primera ley de la termodinámica y realizaron modelados numéricos en MATLAB. Los sistemas PVT se dividieron en dos grandes grupos: aquellos con cubierta de vidrio y aquellos sin ella. Dentro de cada grupo, se probaron cuatro configuraciones diferentes de colectores térmicos: tubos redondos en espiral, tubos rectangulares paralelos, tubos cuadrados paralelos y tubos redondos paralelos. En todos los casos, el fluido de trabajo fue agua.

Los investigadores validaron sus modelos comparándolos con dos módulos fotovoltaicos de 40 W que adquirieron para el experimento. Los resultados mostraron una correlación sólida entre los valores calculados y los obtenidos en los experimentos, con un margen de error inferior al 4%, lo que confirmó la precisión del modelo matemático utilizado.

Uno de los primeros hallazgos del estudio fue la comparación entre un módulo fotovoltaico simple, sin sistema térmico, y dos unidades PVT, una con recubrimiento y otra sin él. El módulo fotovoltaico estándar generó una potencia de 50,35 W con una eficiencia eléctrica del 9,8%, alcanzando una temperatura de 75 °C en su parte trasera. En cambio, el módulo PVT con recubrimiento produjo 53,7 W con una eficiencia del 11,2% y una temperatura trasera de 42,3 °C. La unidad sin recubrimiento superó a ambas, generando 59,2 W con la misma eficiencia del 11,2%, pero con una temperatura trasera ligeramente inferior de 41,2 °C.

Los investigadores destacaron que la adición de una cubierta de vidrio a los colectores PVT mejora su capacidad para generar calor, pero también señalaron que los sistemas sin cubierta permiten una mejor refrigeración del módulo fotovoltaico, lo que aumenta su eficiencia eléctrica.

Al comparar los ocho diseños de PVT, el sistema con tubos redondos paralelos y cubierta de vidrio resultó ser el más eficiente en términos generales, con una eficiencia total del 68,90%. Le siguió de cerca el sistema con tubos rectangulares paralelos y cubierta de vidrio, que alcanzó un 67%. En el extremo opuesto, el diseño menos eficiente fue el de tubos redondos paralelos sin cubierta, con una eficiencia del 53,43%, mientras que el sistema con tubos en espiral sin cubierta logró un rendimiento ligeramente superior, con un 54,73%.

Este estudio, titulado «Diseño y estudio teórico de una nueva configuración de colector solar fotovoltaico/térmico (PVT)», fue publicado en la revista *AIP Advances* y contó con la participación de científicos de varias instituciones, entre ellas la Universidad Yahia Fares de Medea y la Universidad de Medea en Argelia, la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales en Arabia Saudita, la Universidad Al-Albayt en Jordania, y varias universidades de Irak y Afganistán, como la Universidad Islámica de Najaf y la Universidad de Kabul.

Este avance en el diseño de sistemas PVT podría tener un impacto significativo en la eficiencia de la energía solar, mejorando tanto la producción de electricidad como de calor, y ofreciendo nuevas oportunidades para optimizar el uso de la energía solar en diferentes aplicaciones.

Fuente: https://www.pv-magazine.com/2024/10/24/multiple-designs-of-combined-photovoltaic-thermal-collectors/