Investigadores de China han desarrollado un nuevo enfriamiento radiativo Tecnología para dispositivos fotovoltaicos que, según se informa, puede alcanzar una densidad de potencia de refrigeración de hasta 40 W/m.2 y una densidad de potencia fotovoltaica de hasta 103,33 W/m2.
El enfriamiento radiativo ocurre cuando la superficie de un objeto absorbe menos radiación de la atmósfera y emite más. Como resultado, la superficie pierde calor y se puede lograr un efecto de enfriamiento sin necesidad de energía.
Los científicos explicaron que su sistema de enfriamiento de radiación diurna de tipo transmisión consta de una cámara hecha de etileno-tetrafluoroetileno (ETFE) y polidimetilsiloxano (PDMS) que se coloca encima de la célula solar. Estos materiales tienen una alta transmitancia solar y emisividad en el infrarrojo medio.
«Las células solares demuestran una importante absortividad en el infrarrojo medio a lo largo de la banda de luz solar», explicó el equipo. “Los materiales tradicionales de enfriamiento radiativo diurno exhiben una alta reflectividad dentro de la banda de luz solar (0,28 a 2,5 mm) y una alta emisividad en el infrarrojo medio en la ventana atmosférica de 8 a 13 mm. La compatibilidad del enfriamiento radiativo diurno con células solares para una conversión eficiente de energía ha planteado desafíos debido a la necesidad de reflejar la luz solar”.
Para superar estos desafíos, el equipo comenzó analizando grupos funcionales, lo que resultó en encontrar ETFE y PDMS como las mejores opciones. A continuación, se probaron varios espesores de películas de ETFE y películas de PDMS. Finalmente, el equipo decidió utilizar ETFE con un espesor de 150 mm como material de la capa superior de la cámara y PDMS con un espesor de 5 mm como material de la capa inferior de la cámara.
«Se utilizó una máquina de grabado láser para tallar dos paneles acrílicos, cada uno de los cuales medía 20 cm de largo y 12 cm de ancho, en un rectángulo vacío con dimensiones de 17 cm de largo y 10 cm de ancho en el centro» , dijeron los académicos. «Las películas de ETFE y PDMS se sujetaron entre los paneles acrílicos y se aseguraron con tornillos, creando una cámara de 5 mm de espesor entre las dos películas».
La cámara se colocó sobre una célula solar de silicio monocristalino con una eficiencia del 13%. Para optimizar la eficiencia del enfriamiento radiativo, una bomba de aire introduce aire a través de la entrada de la cámara y lo expulsa por el lado opuesto a un caudal de 20 L/min. Este sistema experimental se probó al aire libre en un día soleado de octubre en Nanjing, al este de China.
«El dispositivo demuestra una excelente estabilidad durante seis horas, exhibiendo una potencia de enfriamiento promedio de aproximadamente 40 W/m2», dijeron los científicos. “La potencia máxima fotovoltaica alcanza hasta 120 W/m2 al mediodía sin cámara; Sin embargo, este valor disminuye ligeramente a 103,33 W/m2 cuando se cubre con la cámara. Además, la eficiencia de conversión de energía de la célula solar es del 11,42%, en comparación con el 12,92% de la célula solar desnuda”.
Tras el experimento de la vida real, el equipo realizó una simulación multifísica utilizando el software COMSOL para ver si el sistema podía mejorarse. “Los resultados de la simulación indican que mejorar el caudal de aire dentro de la cámara de aire y reducir su absortividad en la banda de luz solar puede mejorar significativamente el rendimiento. Cuando la capacidad de absorción del enfriador cae al 1%, la potencia de enfriamiento radiativo puede alcanzar hasta 68,74 W/m2”, explicaron además.
El sistema fue presentado en “Enfriamiento radiativo diurno en tándem y generación de energía solar”, publicado en Informes Celulares Ciencias Físicas. El equipo incluía científicos de China. Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing y el Academia China de Ciencias.
Investigadores de Estados Unidos aplicaron recientemente el enfriamiento radiativo al enfriamiento de paneles solares. Universidad Jiao Tong de Shanghái es China, Universidad Purdué en los Estados Unidos, el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología y el Instituto de Ciencia de Materiales en España, y el Universidad de Ciencia y Tecnología de Jordania y Colegio Australiano de Kuwait.
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