Efecto de la temperatura en la eficiencia de paneles fotovoltaicos
Resumen
Enfriar la superficie operativa es un factor operacional clave a tener en cuenta para lograr una mayor eficiencia al operar sistemas fotovoltaicos solares. Un adecuado enfriamiento puede mejorar la eficiencia eléctrica y reducir la tasa de degradación de las celdas con el tiempo, lo que resulta en una maximización de la vida útil de los módulos fotovoltaicos. El exceso de calor eliminado por el sistema de enfriamiento puede ser utilizado en aplicaciones domésticas, comerciales o industriales. Este artículo presenta una revisión del comportamiento de la eficiencia de celdas de diferentes materiales con respecto a la temperatura, se presentan varios métodos que pueden ser utilizados para minimizar los impactos negativos de la temperatura elevada, al mismo tiempo que se intenta mejorar la eficiencia de los paneles solares fotovoltaicos que operan por encima de la temperatura recomendada en las Condiciones de Prueba Estándar (STC). Se revisan diferentes tecnologías de enfriamiento, a saber: Sistema de enfriamiento flotante con seguimiento concentrado (FTCC); Sistema híbrido solar fotovoltaico/térmico enfriado mediante rociado de agua; Sistema híbrido solar fotovoltaico/térmico con celdas PVT/TE enfriado por disipador de calor; Sistema híbrido solar fotovoltaico/térmico (PV/T) enfriado por circulación forzada de agua; Mejora del rendimiento de paneles solares mediante el uso de materiales de cambio de fase (PCM); Panel solar con técnica de enfriamiento por inmersión en agua; Panel solar fotovoltaico enfriado por recubrimiento transparente (enfriamiento de cristal fotónico); Sistema híbrido solar fotovoltaico/térmico enfriado por circulación de aire forzado y Panel solar con enfriamiento termoeléctrico. Se revisan y clasifican varios artículos de investigación según su enfoque, contribución y tipo de tecnología utilizada para lograr el enfriamiento de los paneles fotovoltaicos. La discusión de los resultados se ha llevado a cabo basándose en las ventajas, desventajas, áreas de aplicación y el carácter tecnoeconómico de cada tecnología revisada.
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Citas
Aghaei, M., Fairbrother, A., Gok, A., Ahmad, S., Kazim, S., Lobato, K., ... & Kettle, J. (2022). Review of degradation and failure phenomena in photovoltaic modules. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 159, 112160. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112160
Al-Shahri, O. A., Ismail, F. B., Hannan, M. A., Lipu, M. H., Al-Shetwi, A. Q., Begum, R. A., & Soujeri, E. (2021). Solar photovoltaic energy optimization methods, challenges and issues: A comprehensive review. Journal of Cleaner Production, 284, 125465. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125465
Bayrak, F., Oztop, H. F., & Selimefendigil, F. (2020). Experimental study for the application of different cooling techniques in photovoltaic (PV) panels. Energy Conversion and Management, 212, 112789. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112789
Bonomo, M., Taheri, B., Bonandini, L., Castro-Hermosa, S., Brown, T. M., Zanetti, M., ... & Brunetti, F. (2020). Thermosetting polyurethane resins as low-cost, easily scalable, and effective oxygen and moisture barriers for perovskite solar cells. ACS Applied Materials & Interfaces, 12(49), 54862-54875 https://doi.org/10.1021/acsami.0c17652
Czanderna, A. W., & Pern, F. J. (1996). Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl acetate copolymer as a pottant: A critical review. Solar energy materials and solar cells, 43(2), 101-181. https://doi.org/10.1016/0927-0248(95)00150-6
Debije, M. G., & Verbunt, P. P. (2012). Thirty years of luminescent solar concentrator research: solar energy for the built environment. Advanced Energy Materials, 2(1), 12-35. https://doi.org/10.1002/aenm.201100554
Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (2013). Solar engineering of thermal processes. John Wiley & Sons.
Dwivedi, P., Sudhakar, K., Soni, A., Solomin, E., & Kirpichnikova, I. (2020). Advanced cooling techniques of PV modules: A state of art. Case studies in thermal engineering, 21, 100674. https://doi.org/10.1016/j.csite.2020.100674
Elminir, H. K., Ghitas, A. E., Hamid, R. H., El-Hussainy, F., Beheary, M. M., & Abdel-Moneim, K. M. (2006). Effect of dust on the transparent cover of solar collectors. Energy conversion and management, 47(18-19), 3192-3203. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2006.02.014
García Martínez, R. (2015). Utilización de polímeros de bajo band-gap en células fotovoltaicas. http://hdl.handle.net/10317/4997
Godet, M. & Durance, P. (2011). La prospectiva estratégica para las empresas y los territorios. Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura. Cuadernos de LIPSOR. Fundation Prospective et Innovation. Recuperado en: http://www. laprospective. fr/dyn/francais/actualites/SR10vSpa. pdf
Hadipour, A., Zargarabadi, M. R., & Rashidi, S. (2021). An efficient pulsed-spray water cooling system for photovoltaic panels: Experimental study and cost analysis. Renewable Energy, 164, 867-875. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.09.021
Hassan, A., Wahab, A., Qasim, M. A., Janjua, M. M., Ali, M. A., Ali, H. M., ... & Javaid, N. (2020). Thermal management and uniform temperature regulation of photovoltaic modules using hybrid phase change materials-nanofluids system. Renewable Energy, 145, 282-293. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.05.130
Hee, W. J., Alghoul, M. A., Bakhtyar, B., Elayeb, O., Shameri, M. A., Alrubaih, M. S., & Sopian, K. (2015). The role of window glazing on daylighting and energy saving in buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 42, 323-343. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.09.020
Jiang, H., Yao, L., Lu, N., Qin, J., Liu, T., Liu, Y., & Zhou, C. (2021). Multi-resolution dataset for photovoltaic panel segmentation from satellite and aerial imagery. Earth System Science Data, 13(11), 5389-5401. https://doi.org/10.5194/essd-13-5389-2021
Klampaftis, E., & Richards, B. S. (2011). Improvement in multi‐crystalline silicon solar cell efficiency via addition of luminescent material to EVA encapsulation layer. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 19(3), 345-351. https://doi.org/10.1002/pip.1019
Ma, T., Li, Z., & Zhao, J. (2019). Photovoltaic panel integrated with phase change materials (PV-PCM): technology overview and materials selection. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 116, 109406. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109406
Maleki, A., Haghighi, A., Assad, M. E. H., Mahariq, I., & Nazari, M. A. (2020). A review on the approaches employed for cooling PV cells. Solar Energy, 209, 170-185. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.08.083
Mazumder, M. K., Horenstein, M. N., Joglekar, N. R., Sayyah, A., Stark, J. W., Bernard, A. A., ... & Lloyd, A. H. (2017). Mitigation of dust impact on solar collectors by water-free cleaning with transparent electrodynamic films: progress and challenges. IEEE Journal of Photovoltaics, 7(5), 1342-1353. doi: 10.1109/JPHOTOV.2017.2721462.
Mustafa, R. J., Gomaa, M. R., Al-Dhaifallah, M., & Rezk, H. (2020). Environmental impacts on the performance of solar photovoltaic systems. Sustainability, 12(2), 608. https://doi.org/10.3390/su12020608
Muteri, V., Cellura, M., Curto, D., Franzitta, V., Longo, S., Mistretta, M., & Parisi, M. L. (2020). Review on life cycle assessment of solar photovoltaic panels. Energies, 13(1), 252. https://doi.org/10.3390/en13010252
Naciones Unidas. (2016). Agenda 2030 y los Objetivos de Desarrollo Sostenible, una oportunidad para América Latina y el Caribe. Santiago: CEPAL.
Santhakumari, M., & Sagar, N. (2019). A review of the environmental factors degrading the performance of silicon wafer-based photovoltaic modules: Failure detection methods and essential mitigation techniques. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 110, 83-100. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.04.024
Sargunanathan, S., Elango, A., & Mohideen, S. T. (2016). Performance enhancement of solar photovoltaic cells using effective cooling methods: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 64, 382-393. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.06.024
Sarkın, A. S., Ekren, N., & Sağlam, Ş. (2020). A review of anti-reflection and self-cleaning coatings on photovoltaic panels. Solar Energy, 199, 63-73. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.01.084
Sato, D., & Yamada, N. (2019). Review of photovoltaic module cooling methods and performance evaluation of the radiative cooling method. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 104, 151-166. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.12.051
Starowicz, A., Rusanowska, P., & Zieliński, M. (2023). Photovoltaic cell–the history of invention–review. Polityka Energetyczna-Energy Policy Journal, 169-180. DOI: 10.33223/epj/161290
Toffler, A. (1973). El shock del futuro. Barcelona: Plaza & Janes
Vieira, R. G., de Araújo, F. M., Dhimish, M., & Guerra, M. I. (2020). A comprehensive review on bypass diode application on photovoltaic modules. Energies, 13(10), 2472. https://doi.org/10.3390/en13102472
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