Tecnología PV Topping: el siguiente nivel en la Industria Solar

Una nueva tecnología denominada PV Topping promete al futuro del autocon-sumo eléctrico basado en el sistema de paneles solares. Este sistema logrará obtener un máximo de radiación solar

PV TOPPING

Qué es la tecnología PV Topping

Los módulos fotovoltaicos se han enfocado primariamente en producción de energía eléctrica. Utilizan únicamente la componente de luz visible de la radiación solar que convierten en electricidad. No obstante, existe una componente que se expresa en forma de calor que está ampliamente disponible en la longitud de onda infrarroja. Esta componente no había sido aprovechada por los módulos fotovoltaicos, hasta ahora.

Los módulos tradicionales están compuestos de varias capas. Incluyen celdas fotovoltaicas, material encapsulante, vidrio temperado y el marco de aluminio.  Sin embargo, la tecnología PV Topping permitirá además incluir una nueva capa compuesta por paneles térmicos solares. A través de estos colectores en forma de tubos podrá circular un fluido de transferencia de calor (glicol o agua).

Cuando la radiación solar eleve la temperatura de las celdas fotovoltaicas, el fluido (que circulará en la parte posterior de las celdas) extraerá el calor de los módulos de manera efectiva. Esto hará que disminuya la temperatura de operación de los módulos fotovoltaicos, y a su vez, el fluido se calentará. Esta novedosa tecnología PV Topping permite obtener el máximo aprovechamiento por m2 de la radiación solar ya que es capaz de producir tanto calor como electricidad.

Panel-hibrido
Fig 1. Módulo Solar Híbrido. Fuente: Solar2Power

Cuáles son las aplicaciones de los sistemas solares híbridos

En algunos casos, la temperatura del agua puede elevarse hasta unos 70ºC a través de este sistema. Por ende, puede ser utilizada para varias aplicaciones incluyendo calentadores de agua, de piso, sistemas residenciales con calentamiento de piscina, bombas de calor y, en ocasiones, como soluciones comerciales o industriales.

En aquellas aplicaciones donde el calentamiento de agua representa un importante componente del consumo eléctrico, pueden alcanzarse retornos de inversión en menor tiempo. Su alcance es mucho más rápido de lo que sería con un sistema fotovoltaico convencional o con otro tipo de sistemas. Adicionalmente, el desempeño eléctrico obtenido puede representar, eventualmente, hasta un 40% más de electricidad comparado con un sistema fotovoltaico convencional de la misma capacidad pico.

Debido a los motivos expuestos anteriormente, durante el verano, es de máximo aprovechamiento. Pero también resulta de utilidad durante la época de invierno; al estar a una mayor temperatura el módulo, la nieve puede derretirse más fácil y rápido, aumentando la eficiencia del sistema. El punto de congelamiento del agua no es problema; el fluido que circula a través de los módulos PVT tendrá una alta concentración de glicol. Esto disminuirá considerablemente el punto de congelamiento del fluido hasta unos -30ºC aproximadamente y las tuberías estarán diseñadas holgadamente para permitir la expansión del fluido.

Cómo Funcionan Los Sistemas Con Módulos Híbridos PV Topping

Lo novedoso de este tipo de sistemas es que los módulos híbridos poseen tanto terminales de conexión para cableado como de tuberías para circulación de fluidos. Ambos sistemas están integrados en el mismo producto, pero funcionan de manera independiente.

Similar a lo que sería un campo fotovoltaico típico, el sistema incluirá un inversor, cableado en DC, protecciones, cajas de combinación o conexión y si se desea, baterías. Por otro lado, el sistema térmico incluirá toda la canalización de tuberías, un sensor de temperatura y una bomba hidráulica. La bomba hidráulica impulsará el fluido hacia los módulos, y luego hacia un intercambiador de calor. A su vez, este elevará la temperatura de un tanque de almacenamiento térmico donde se acumulará el agua caliente.

También se integrará un sistema de enfriamiento que puede ser subterráneo o través del intercambiador de calor; tendrá una salida de temperatura ambiente para el agua que podrá nuevamente utilizarse para reiniciar el ciclo e incluso para unidades de refrigeración.

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Fig 2. Sistema Solar Híbrido para Calentamiento de Piscinas. Fuente: Solar2Power

Cuáles son las nuevas especificaciones técnicas de los módulos PVT

La garantía típica del desempeño de los módulos basados en PVT llega hasta unos 25 años, y oscila entre 10-12 años la del producto. Esto se asemeja a lo que se espera de los módulos fotovoltaicos. Sin embargo, gracias al beneficio adicional de la tecnología de enfriamiento de los módulos, se estima puedan llegar hasta 30 años operando.

Al igual que los módulos convencionales, los paneles PVT pueden soportar hasta 5.400 Pa. por carga de nieve y 2.600 Pa. por carga de viento. Por otra parte, como puede verse en la figura 2, los parámetros eléctricos no cambiarán respecto a los habituales. Esto incluye la eficiencia, potencia pico, voltaje de circuito abierto, corriente de cortocircuito y puntos de operación de voltaje y corriente en el máximo punto de potencia.

No obstante, notamos que existe un nuevo listado de parámetros de referencia que se refieren principalmente a los nuevos parámetros térmicos del módulo. En este aspecto, cabe destacar la temperatura máxima a la que puede llegar el fluido según el producto posea aislante o no, así como también la eficiencia óptica; esta última representa el monto de energía proveniente del sol que es transformada efectivamente en energía térmica. De igual forma, el coeficiente a1 representa un parámetro de pérdidas dependiente de las condiciones ambientales, el área del módulo, la irradiación solar y la velocidad del viento.

También hay que resaltar que en este tipo de módulos existirá referencia tanto a potencia eléctrica como a potencia térmica. En el caso de nuestro ejemplo, en la figura 3 referido al Dual Sun Spring, será de hasta 310Wp eléctricos y 632Wt/m2 térmicos; considerando las dimensiones del módulo resultará en un total de 1,343W (combinando térmicos y eléctrico) obtenidos del sol por panel.

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Fig 3. Ficha Técnica de Panel Híbrido DualSun Spring. Fuente: DualSun

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