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Los objetivos que se pretenden alcanzar son los siguientes:
- Aumentar el rendimiento de un panel solar fotovoltaico en un 15%
- Obtener A.C.S. a partir del calor absorbido del panel fotovoltaico.
- Reducir la superficie necesaria para obtener electricidad y A.C.S simultáneamente.
- Aprovechar al máximo la radiación solar por metro cuadrado.
- Incrementar la vida útil de las instalaciones fotovoltaicas
(a) El aumento de la eficiencia se deberá a la reducción del factor de degradación por efectos de la temperatura sobre las células fotovoltaicas. (Se mejora la zona de transición para la curva I-V)
(b) El calor extraído de las células será transferido al absorbedor que será el generador A.C.S.
(c) Al ser el mismo captador se reducirá a la mitad la superficie necesaria.
(d) Se producirá una cogeneración aprovechando la energía en forma de electricidad y calor.
(e) Los semiconductores que forman las células operarán a temperaturas más bajas y por lo tanto más idóneas, debido a las propiedades intrínsecas del silicio.
Sistema de hipótesis.
En este apartado se mostrarán algunas posibles variantes al modelo estudiado.
Sería ideal fabricar paneles fotovoltaicos con el absorbedor integrado, montando directamente las células fotovoltaicas, sobre la superficie del propio absorbedor, disminuyendo de esta forma las perdidas en la transferencia de calor al mismo. También sería ideal montar dichos paneles en una carcasa, similar al utilizado actualmente para la energía solar térmica, con esto se conseguiría un incremento de la temperatura en el panel por el efecto invernadero generado en su interior; obteniendo más temperatura en el liquido refrigerante, y por lo tanto mayor eficiencia en el sistema térmico. Un automatismo de bajo coste basado en microcontroladores programables (PIC), supervisaría constantemente la temperatura de las células, controlando la circulación de líquido calor-portante a través del intercambiador situado en el acumulador de calor o desviándolo al radiador refrigerado por aire, cuando la temperatura en el acumulador se igualase con la existente en las células.
Huertas solares
El Panel Solar Híbrido sería de gran utilidad en Huertas Solares, donde todos los absorbedores de los paneles fotovoltaicos estarían conectados térmicamente en paralelo mediante tuberías. Dichas tuberías transportan el fluido calor-portante que recorre todo el circuito y cederá el calor absorbido en un radiador refrigerado por convección de aire o ventilación forzada. El radiador o radiadores pueden estar instalados horizontalmente con un tubo a modo de chimenea, con sección adecuada con el fin de reforzar la convección de aire. También puede ser interesante una combinación de posición horizontal y vertical.
Una Huerta con una producción de 900 KW/h más un 15% de mejora en eficiencia (135 Kw/h.), el total sería 1.035 KW/h.
Si la Huerta Solar está en las inmediaciones de un río, lago, o cualquier otra masa de agua fría, sería muy interesante bombear agua en el circuito de refrigeración, eliminando el radiador, consiguiendo una temperatura media en las células por debajo de 25ºC, con lo cual el aumento de eficiencia sería notablemente mayor.
Un sistema más económico sería adosarle un radiador de aluminio con aletas de refrigeración al Panel FV, el propio aire circundante disminuiría la temperatura en las células. Como en el caso anterior, no se aprovecharía la potencia térmica.
Figura 3
Limitaciones.
Investigar todas las variantes propuestas en el sistema de hipótesis, es lo recomendable, y aunque la lógica lleva a pensar que son factibles, el autor de este proyecto ha decidido probar experimentalmente el propuesto en la figura Nº 4, y el descrito en el apartado Nº 3.3 “Construcción del prototipo”.Las principales razones para ello son la falta de recursos técnicos y financieros para llevar a cabo una investigación seria de todos las variantes posibles.
El objetivo que persigue el incremento de la vida útil de las instalaciones fotovoltaicas, no se podrá constatar, ya que serían necesarios varios años para poder evaluar este punto. No obstante, todos sabemos que los semiconductores tienen una temperatura de trabajo idónea, que suele estar entorno a los 25ºC. El hecho de rebajar la temperatura de trabajo de las células, nos hace creer que este objetivo sería alcanzado, debido a las características intrínsecas de los materiales semiconductores.
Para la medición de la radiación solar se ha pedido un sensor LI-200 de la marca LI-COR, procedente de Nebraska, USA. No habiéndose recibido a tiempo para realizar la medida de radiación para efectuar las pruebas del experimento. No obstante las pruebas fueron realizadas en el mes de julio, con el cielo completamente despejado, buena visibilidad y a mediodía, por lo que se prevé que los valores de dicha radiación deben estar en torno a los valores supuestos.
Viabilidad.
Dado que la eficiencia energética de los paneles solares fotovoltaicos se puede considerar en un 19%, como media; el autor de este proyecto cree muy viable el desarrollo de este tipo de tecnología, ya que al 19% de eficiencia existente habría que sumar un mínimo de un 15% de ganancia en producción eléctrica, que se debería principalmente como consecuencia de reducir la degradación por efectos de la temperatura en las células. A todo ello habría que sumar también al menos un 30% de energía captada de forma térmica, con lo cual el resultante obtenido es muy superior al conseguido actualmente.
Los costes de producción serian inferiores, ya que en un mismo componente estarían situados todos los captadores.
A la hora de realizar las instalaciones serían necesarios menos soportes y puntos de anclaje.
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