Estudio de la eficiencia en disipadores de calor refrigerados por aire en paneles fotovoltaicos mediante dinámica computacional de fluidos

Abstract

Estudios realizados experimental y numéricamente han demostrado que uno de los problemas en el uso de las celdas fotovoltaicas para extraer energía de la luz solar es el efecto de la temperatura, esto debido a que a medida que el panel solar se calienta, la eficiencia de conversión disminuye. Con el fin de mejorar la eficiencia de generación en paneles solares, se realizó un estudio computacional de la dinámica de fluidos (CFD), utilizando el software Ansys Workbench ® 19.3, en el cual se modeló la transferencia de calor entre un panel solar con y sin disipadores de calor, determinando la incidencia de este dispositivo en la potencia generada por la celda fotovoltaica. Para del desarrollo del estudio, Inicialmente se realizó el cálculo teórico de la transferencia de calor que se presenta en la celda con y sin disipador, empleando el método de resistencias térmicas como modelo de cálculo, determinando la temperatura promedio en la celda, con esto se procedió a calcular, mediante modelos encontrados en la literatura, la incidencia de la temperatura de la celda en la eficiencia de generación. Posterior a esto, simulaciones computacionales han sido realizadas con el fin de estudiar numéricamente el efecto de la geometría del disipador de calor en la eficiencia de las celdas fotovoltaicas, para esto se tomaron diferentes arreglos de aletas rectangulares, variando la altura (10mm, 25mm y 50mm) y la disposición de las aletas, conservando siempre una dirección de flujo longitudinal respecto a los disipadores. Para la configuración del modelo se consideraron condiciones de frontera correspondientes a los fenómenos físicos como la radiación solar y la convección forzada. Se observa que al aumentar el área de trasferencia de disipador mejora la temperatura del panel e incrementa en la medida que se tenga mayor cantidad de disipadores por celda, la menor temperatura de 317,95 se obtuvo con el disipador de 50mm y con 8 disipadores por celda. Además se encontró la influencia de la altura en disipadores de calor para panes fotovoltaicos térmicos, en los cuales se determinó que al aumentar su altura mejoro la eficiencia en un 1%, mientras un aumento del número de aletas aumento la eficiencia en un 1,6%, lo que significa una mejora significativa en su funcionamiento. Demostrando que los valores arrojados, presentan una buena aproximación al modelo matemático, donde se tienen errores máximos de 7,68%. Por lo tanto, el método propuesto presenta una valides confiable, para replicar en otros casos