El enfriamiento artificial de las hojas aumenta la vida útil y la eficiencia de los paneles fotovoltaicos...

La hoja fotovoltaica transporta agua para enfriar los paneles fotovoltaicos sin necesidad de bombas para aumentar la eficiencia y la vida útil y también se puede utilizar para producir agua dulce.

El calor es el enemigo de los paneles fotovoltaicos. Más luz solar y temperaturas más cálidas significan que más panel se calienta, por lo que la eficiencia de los paneles fotovoltaicos basados en Si más comunes generalmente disminuye entre un 4,0 y un 6,5 % y su tasa de envejecimiento se duplica por cada aumento de 10 °C en la temperatura de funcionamiento.

El sistema desarrollado en Imperial utiliza una combinación de fibras de bambú e hidrogel para transportar agua a lo largo de la parte posterior de un panel fotovoltaico sin tener que bombearlo. Cuanto más caliente está la celda, más líquido pasa a través del sistema de enfriamiento, de la misma manera que los árboles se enfrían solos.

Se ha demostrado experimentalmente que el rendimiento de transpiración de la hoja fotovoltaica es capaz de eliminar 590 W/m2, el 75 % del calor de la célula fotovoltaica, lo que reduce significativamente la temperatura de funcionamiento de la célula fotovoltaica en ~26 °C en relación con una célula fotovoltaica independiente.

Se ha demostrado que la hoja fotovoltaica tiene capacidad de control pasivo, se adapta a diferentes temperaturas ambiente y también puede utilizar diferentes fluidos de trabajo, como agua de mar. Los resultados experimentales mostraron que el enfriamiento aumenta el voltaje del circuito abierto de 0,58 V a 0,63 V y la eficiencia eléctrica aumenta un 13,6% del 13,2% al 15,0%.

La capa de transpiración biomimética (BT) de 1 mm de espesor se adhiere a la parte posterior de una célula solar fotovoltaica para eliminar el calor generado en la célula. Alrededor de 30 ramas de haces de fibras de bambú se incrustan homogéneamente en las células de hidrogel de polímero superabsorbente (SAP) de poliacrilato de potasio (PAAK), distribuyendo agua sobre toda el área cubierta por la capa BT.

Los haces de fibras imitan los haces vasculares en el transporte y distribución de agua líquida sobre la superficie de la célula, mientras que las células de hidrogel con una gran superficie específica y un excelente rendimiento de absorción de agua se utilizan para imitar las células de esponja para proporcionar una evaporación efectiva.

El rendimiento de transpiración de la hoja fotovoltaica se probó en un simulador solar con una irradiancia de 1000 W/m2 sin viento y luego se comparó con el de una célula fotovoltaica independiente del mismo material. La celda fotovoltaica independiente también estaba cubierta y protegida por una capa de vidrio de alta transmitancia de 0,7 mm de espesor, pero sin ningún aislamiento ni lámina posterior en la parte posterior de la celda y se enfriaba mediante convección de aire natural. La temperatura ambiente y la humedad relativa en el laboratorio fueron de 33,5 °C y 10%, respectivamente.

Durante las pruebas, la célula fotovoltaica independiente alcanzó una temperatura de 68,8 °C, mientras que la hoja fotovoltaica con refrigeración por transpiración biomimética alcanzó una temperatura de sólo 43,2 °C.

Para examinar el efecto del viento, se desarrolló un modelo 3D y se validó con los resultados experimentales. Esto muestra que la temperatura de la hoja fotovoltaica puede ser inferior a la temperatura ambiente cuando la velocidad del viento es superior a 1,5 m/s. y la reducción de la temperatura es casi lineal de ~26 °C a 0 °C a medida que la humedad relativa aumenta del 10 % al 100 %.

"Este diseño innovador tiene un enorme potencial para mejorar significativamente el rendimiento de los paneles solares, al mismo tiempo que garantiza la rentabilidad y la practicidad", afirmó el Dr. Gan Huang, investigador honorario del Departamento de Ingeniería Química y coautor del estudio.

El profesor Christos Markides, jefe del Laboratorio de Procesos de Energía Limpia y autor del estudio, dijo: “La implementación de este innovador diseño en forma de hoja podría ayudar a acelerar la transición energética global, al tiempo que aborda dos desafíos globales apremiantes: la necesidad de más energía y agua dulce. "