Modelo físico y simulación computacional de un colector fotovoltaico/térmico

DURÁN, GONZALO JOSÉ; CONDORÍ, MIGUEL ANGEL; CADENA, CARLOS; ECHAZÚ, RICARDO

Monterrey

Jornada; Seminario de Investigación de la Red Latinoamericana de Investigación en Energía y Vehículos; 2020

Instituto Tecnológico de Monterrey, México

En los sistemas fotovoltaicos el incremento de la temperatura de la celda es un parámetro de significancia que repercute en la eficiencia de conversión fotoeléctrica. Así, la tensión de circuito abierto (VOC) del panel disminuye con el incremento de temperatura (típicamente -2.3 mV/ºC para Si y entre -2 a -2.2 mV/ºC para GaAs). Como consecuencia de esta variación el factor de forma (FF) y la eficiencia de la celda disminuyen al aumentar la temperatura (entre el 0.4 y 0.5% por ºC en las celdas de Si y alrededor de 0.3% por ºC en las de GaAs).Con ello, tiene sentido diseñar estrategias para disminuir la temperatura de la celda FV e intentar acercar la potencia al máximo valor obtenido en condiciones normales. Las más relevantes involucran la presencia de un fluido caloportador que se emplea en distintas formas (rociado por arriba del panel, forzado a través del plano, por circulación natural). Al mismo tiempo, el fluido caloportador puede ser utilizado como fuente de calor de baja entalpía, en usos directos como el secado solar, calefacción de recintos, o agua caliente solar, y el sistema pasa a ser conocido como FV/T por su cogeneración de calor.Se realizaron ensayos prácticos de un panel PV con refrigeración por circulación de agua, destinado a aplicaciones de bombeo PV. Este sistema está conformado por un panel fotovoltaico sobre un marco modificado, que permite el paso de agua por la parte posterior del panel. De esta manera, el panel puede refrigerarse mediante la circulación del agua que es bombeada mediante la producción de electricidad del mismo panel. Si bien este sistema no se comporta como un colector FV/T al uso, dado que el calor de baja entalpía no es removido del panel fotovoltaico con fines productivos (calefacción, secado, agua caliente sanitaria, etc.), el agua que circula por detrás del panel extrae calor de las celdas fotovoltaicas, incidiendo directamente en el incremento de la eficiencia de conversión eléctrica del panel. Así, se utilizó el modelo físico de colector FV/T desarrollado para simular computacionalmente el comportamiento del dispositivo mencionado en el párrafo anterior. De esta manera, mediante el contraste entre los resultados de los ensayos prácticos del panel FV refrigerado por agua y los resultados obtenidos con la simulación numérica se han corregido parámetros del modelo físico, logrando un buen ajuste entre los resultados simulados y los medidos.