Diseño de un novedoso sistema híbrido fotovoltaico-térmico concentrado equipado con almacenamiento de energía, optimizado para su uso en contextos residenciales
Autores: Cancro, Carmine; Palladino, Valeria; Borriello, Aniello; Romano, Antonio; Mongibello, Luigi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño de un novedoso sistema híbrido fotovoltaico-térmico concentrado equipado con almacenamiento de energía, optimizado para su uso en contextos residenciales
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía solar
Palabras clave
Fotovoltaica concentrada
Tecnología
Celdas fotovoltaicas
Seguidores solares
Plantas de energía solar
Instalaciones residenciales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
La tecnología de fotovoltaica concentrada (CPV) se basa en el principio de concentrar la luz solar directa sobre pequeñas pero muy eficientes celdas fotovoltaicas (PV). Este enfoque permite la realización de módulos PV con eficiencias de conversión que superan el 30%, lo cual es significativamente más alto que el de los paneles planos. Sin embargo, para lograr un rendimiento óptimo, estos módulos deben estar siempre perpendiculares a la radiación solar; por lo tanto, se montan en rastreadores solares de alta precisión. Este requisito ha llevado al uso predominante de la tecnología CPV en la construcción de plantas de energía solar en campos abiertos y grandes para aplicaciones a escala de servicios públicos. En este documento, los autores presentan un enfoque novedoso que permite el uso de esta tecnología para instalaciones residenciales, montando el sistema tanto en techos planos como inclinados. Por lo tanto, los principales componentes de la celda y la lente primaria han sido elegidos para contener las dimensiones y, en particular, el grosor del módulo. Este documento describe los principales pasos de diseño: el análisis térmico permitió definir el material de construcción de la carcasa para contener la temperatura de trabajo de la celda, mientras que con estudios ópticos profundos, se han identificado experimentalmente las principales características geométricas y funcionales del CPV. El diseño de un sistema CPV completo incluye almacenamiento térmico para agua caliente doméstica y una batería eléctrica de 1 kWh. Los principales resultados de diseño indican una eficiencia de conversión eléctrica estimada del 30%, basada en una eficiencia de celda de aproximadamente 42% en condiciones operativas y una eficiencia óptica medida del 74%. El sistema CPV tiene una salida eléctrica nominal de 550 W y puede generar simultáneamente 630 W de potencia térmica, resultando en una eficiencia general del sistema del 65.5%. El sistema también cuenta con altos ángulos de aceptación óptica (+/-0.6 grados) y amplias tolerancias de ensamblaje (+/-1 mm). El análisis de costos revela costos unitarios más altos en comparación con sistemas PV y CPV convencionales, pero estos se vuelven competitivos al considerar el beneficio de la recuperación y uso de energía térmica excedente por parte del usuario final.
Descripción
La tecnología de fotovoltaica concentrada (CPV) se basa en el principio de concentrar la luz solar directa sobre pequeñas pero muy eficientes celdas fotovoltaicas (PV). Este enfoque permite la realización de módulos PV con eficiencias de conversión que superan el 30%, lo cual es significativamente más alto que el de los paneles planos. Sin embargo, para lograr un rendimiento óptimo, estos módulos deben estar siempre perpendiculares a la radiación solar; por lo tanto, se montan en rastreadores solares de alta precisión. Este requisito ha llevado al uso predominante de la tecnología CPV en la construcción de plantas de energía solar en campos abiertos y grandes para aplicaciones a escala de servicios públicos. En este documento, los autores presentan un enfoque novedoso que permite el uso de esta tecnología para instalaciones residenciales, montando el sistema tanto en techos planos como inclinados. Por lo tanto, los principales componentes de la celda y la lente primaria han sido elegidos para contener las dimensiones y, en particular, el grosor del módulo. Este documento describe los principales pasos de diseño: el análisis térmico permitió definir el material de construcción de la carcasa para contener la temperatura de trabajo de la celda, mientras que con estudios ópticos profundos, se han identificado experimentalmente las principales características geométricas y funcionales del CPV. El diseño de un sistema CPV completo incluye almacenamiento térmico para agua caliente doméstica y una batería eléctrica de 1 kWh. Los principales resultados de diseño indican una eficiencia de conversión eléctrica estimada del 30%, basada en una eficiencia de celda de aproximadamente 42% en condiciones operativas y una eficiencia óptica medida del 74%. El sistema CPV tiene una salida eléctrica nominal de 550 W y puede generar simultáneamente 630 W de potencia térmica, resultando en una eficiencia general del sistema del 65.5%. El sistema también cuenta con altos ángulos de aceptación óptica (+/-0.6 grados) y amplias tolerancias de ensamblaje (+/-1 mm). El análisis de costos revela costos unitarios más altos en comparación con sistemas PV y CPV convencionales, pero estos se vuelven competitivos al considerar el beneficio de la recuperación y uso de energía térmica excedente por parte del usuario final.