Los módulos fotovoltaicos son dispositivos que convierten la luz solar en energía eléctrica. Sin embargo, su eficiencia de conversión es baja, en torno al 20%, porque solo pueden convertir en electricidad las longitudes de onda cercanas al infrarrojo, mientras que otras longitudes de onda simplemente calientan el módulo fotovoltaico, reduciendo su eficiencia.
Para contrarrestarlo, los científicos de la Universidad Marítima y Oceánica de Corea, han desarrollado sistemas fotovoltaico-térmicos, en los que el calor generado es arrastrado por un intercambiador de calor que contiene un fluido refrigerante (aire o líquido). Esto, a su vez, enfría el módulo fotovoltaico, aumentando su eficiencia. Además, el calor capturado puede utilizarse en forma de energía térmica.
Y, además, con el objetivo de mejorar aún más el efecto de refrigeración de los módulos fotovoltaicos y aprovechar la energía térmica, han ideado sistemas fotovoltaicos desacoplados equipados con filtros de líquido —una emulsión de aceite de pescado y agua—. Estos filtros, colocados sobre los módulos fotovoltaicos, capturan longitudes de onda específicas de la luz solar que contribuyen mínimamente a la generación de electricidad, como la ultravioleta (UV), la luz visible y la infrarroja cercana, facilitando su conversión en energía térmica para diversas aplicaciones.
"La mayoría de los filtros líquidos utilizan agua o una mezcla de agua y nanopartículas sólidas para absorber las longitudes de onda no utilizadas de la irradiancia solar. Sin embargo, el agua sólo absorbe la parte infrarroja de la luz solar con longitudes de onda superiores a 1250 nm. Las nanopartículas sólidas, por su parte, tienden a sedimentarse con el tiempo, lo que disminuye su eficacia", señala el Dr. Lee, profesor adjunto de la universidad y director de la investigación. En cambio, la emulsión propuesta permanece estable a altas temperaturas, de hasta 70 °C.
Además, las gotas de aceite de la emulsión absorben eficazmente la luz ultravioleta con longitudes de onda inferiores a 500 nm.
La presencia del filtro de emulsión mejoró significativamente la eficiencia de conversión y redujo la temperatura de funcionamiento en comparación con los sistemas con intercambiadores de calor únicamente. La eficiencia aumentó del 70,9% al 84,4%, mientras que la temperatura disminuyó de 46,7 °C a 33,1 °C.
Amortización
Los investigadores descubrieron que, con una irradiancia solar estándar de 1000 W/m2, el sistema fotovoltaico desacoplado con filtro de emulsión producía energías eléctrica y térmica por valor de 72,2 vatios hora (Wh) y 1176,7 vatios hora (Wh) al día, respectivamente. Esto demostró ser económicamente beneficioso, con un tiempo de amortización de costes menor que el de los sistemas fotovoltaico-térmicos acoplados y desacoplados con filtro de agua.
El sistema propuesto puede funcionar incluso en condiciones ambientales y requisitos específicos. Por ejemplo, durante el verano, el fluido del filtro de líquido podría desviarse para maximizar la producción de electricidad, mientras que en invierno, el filtro de líquido podría capturar energía térmica para aplicaciones de calefacción. También se espera que su aplicación sea sencilla.
"La tecnología de las emulsiones ya está bien establecida y tiene aplicaciones en varias industrias, como la cosmética y la alimentaria", explica el Dr. Lee. "Por tanto, los filtros de emulsión pueden aplicarse fácilmente a los sistemas existentes. Además, encierran un inmenso potencial para nuevas aplicaciones, como la separación selectiva del espectro de longitudes de onda solares."
galan
23/09/2023