Dispositivo de enfriamiento uniforme para módulos fotovoltaicos madurado a escala pre-comercial. Ji

Los sistemas fotovoltaicos ocupan grandes terrenos cuando son utilizados para generar energía a
gran escala, por ello desde hace décadas se comenzó a investigar sobre los factores que afectan su
rendimiento con el fin de reducir el número de módulos y, por ende, reducir el terreno utilizado. Las
investigaciones determinaron que el factor más influyente en el rendimiento es la temperatura de
operación independientemente de la tecnología [1]. Las pérdidas de rendimiento de los sistemas
solares fotovoltaicos al convertir la energía solar en energía eléctrica causado por las altas
temperaturas de operación, y se conoce por literatura que reducir la temperatura de operación en 1°C
aumenta cerca de un 0,4% la eficiencia de operación del sistema fotovoltaico, esto varía dependiendo
del tipo de tecnología que se utilice [1]–[5]. Identificado el factor más influyente en el rendimiento de
los sistemas fotovoltaicos se iniciaron investigaciones con el objetivo de reducir el impacto de éste.
Con este propósito se han implementado diversas técnicas como el uso de corrientes de aire
naturales como un sistema de ventilación [5], [6], enfriamiento con agua aplicado por medio de
aspersores [7] o películas de agua en la parte frontal del módulo [8], utilizando materiales que
cambian de etapa al absorber energía en forma de calor [9]–[11], y hasta haciendo hibridaciones con
otros sistemas como colectores o captadores solares [12], [13], incluso hay métodos de enfriamiento
con techos verdes [14]. Estos métodos o técnicas de enfriamiento de paneles fotovoltaicos han sido
comparados de forma exhaustiva para poder determinar si son rentables económicamente y
sostenibles ambientalmente [2], [3], [15], [16].
También existen sistemas de refrigeración de módulos fotovoltaicos que reducen la temperatura de
operación, en su mayor parte refrigeran mediante un fluido la cara frontal del módulo (la que recibe la
radiación) [7], [8], en otros casos realizan el enfriamiento en la parte posterior utilizando serpentines u
otros elementos diferentes al flujo directo del fluido y en muy pocos casos se utiliza fluido en contacto
con la cara posterior del módulo, pero este tipo de enfriamiento no es uniforme, es decir, la
temperatura de las celdas no es homogénea en toda su superficie esto se deriva en: 1) Incremento en
las pérdidas por desajuste o “Missmatch”; entre las celdas de un mismo módulo fotovoltaico. 2)
Degradación no homogénea en las celdas fotovoltaicas de un mismo módulo. En los tipos de
sistemas de enfriamiento con agua que se aplican por la cara frontal, se decrementa el recurso solar
cuando el enfriamiento es aplicado, debido a la refracción y posible difracción causadas por el fluido.
Es posible que, si el enfriamiento es aplicado por aspersores, inyectores, u otros; se generen puntos
calientes causados debido a que el fluido de enfriamiento no alcanza toda la superficie de las celdas
fotovoltaicas; en este tipo de sistemas el enfriamiento es intermitente, lo que genera una inestabilidad
en la reducción de pérdidas asociadas a la temperatura.
Por tanto, el proyecto que ya se encuentra en marcha y en proceso de patente de invención, plantea
el desarrollo de un dispositivo de enfriamiento uniforme para módulos fotovoltaicos madurado a
escala pre-comercial que reduzca las pérdidas asociadas a la temperatura de operación de las
celdas. En este contexto los jóvenes investigadores apoyarán de manera transversal el desarrollo
planteado, orientados por el tutor figurante en este documento quien guiará los aspectos de
innovación y transferencia tecnológica, junto con el docente del programa de ingeniería en energía de
la UNAB Yecid Alfonso Muñoz Maldonado, quien viene avanzando en este tema específico de
investigación.

Energía sostenible.

Desarrollar un dispositivo de enfriamiento uniforme
para módulos fotovoltaicos madurado a escala pre-comercial.