| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| SISTEMA DE MEJORA DE LA EFICIENCIA DE PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS MEDIANTE REFRIGERACIÓN GEOTÉRMICA | | Autor/a | López Pascual, Diego | | Departamento | Teoría de la Señal y Comunicaciones | | Director/a | Valiente Blanco, Ignacio | | Fecha de defensa | 27-03-2023 | | Calificación | Sobresaliente cum laude | | Programa | Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (RD 99/2011) | | Mención internacional | Sí | | Resumen | La energía solar fotovoltaica se ha convertido en una de las fuentes de energía más seguras y económicas disponibles. A pesar de esto, los valores de eficiencia de los paneles solares comerciales rara vez superan el 20%, y este número se reduce aún más debido al sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento de las células solares en condiciones normales de operación reduce considerablemente su eficiencia. En esta tesis se diseña, describe teóricamente y valida experimentalmente un novedoso sistema de refrigeración para paneles solares fotovoltaicos basado en enfriamiento geotérmico de baja entalpía. El sistema propuesto elimina el exceso de calor producido en las células fotovoltaicas en un panel durante su operación normal mediante un sistema de refrigeración monofásico de circuito cerrado que utiliza el subsuelo como foco frío.
Se ha diseñado y fabricado un prototipo de la tecnología, orientado a plantas de generación solar fotovoltaica con mecanismo de seguimiento solar de un eje, con el objetivo de incrementar la madurez de la tecnología y verificar la viabilidad técnica y económica del sistema propuesto. Dicho prototipo fue ensayado en condiciones operacionales relevantes y ante diferentes condiciones ambientales en Alcalá de Henares, Madrid, España. En dicha ubicación, la temperatura del subsuelo es estable e igual a 16±2 °C a profundidades relativamente bajas durante todo el año. Adicionalmente, el intercambio de calor con el subsuelo mejora gracias a la presencia de un acuífero, ubicado a una profundidad de aproximadamente 4 m bajo la superficie en la zona de ensayo.
Se ha demostrado que, gracias al sistema de refrigeración propuesto, es posible reducir significativamente la temperatura de los paneles solares en hasta 20 ℃ en las condiciones ensayadas, empleando un caudal de refrigerante de 1.84 l/min por cada metro cuadrado de panel solar. Esta reducción de temperatura resulta en una mejora relevante de la eficiencia neta del sistema. En comparación con un panel solar estándar no refrigerado, funcionando en las mismas condiciones, se ha medido una mejora máxima de la eficiencia neta en la época estival de hasta un 13.4%, con promedios diarios de mejora de la eficiencia neta de hasta el 9.4%. De manera experimental se ha determinado, en buen acuerdo con los cálculos teóricos, un aumento anual promedio de la potencia neta generada por el sistema en torno a un 5.9%, lo que demuestra la viabilidad técnica del concepto propuesto. También se ha determinado la relación de la mejora de la eficiencia con las condiciones ambientales, el caudal de refrigeración, y el rendimiento y consumo energético de la bomba del sistema de refrigeración.
Por último, se han observado otros beneficios potenciales de la tecnología, como la reducción del rango entre las temperaturas máximas y mínimas alcanzadas por los paneles solares durante el año y la reducción del gradiente térmico entre las superficies frontal y trasera de los paneles. |
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