Investigadores de la UAH mejoran la productividad de paneles solares gracias a una técnica de refrigeración geotérmica

Lunes, 31 octubre 2022

Ignacio Valiente, del Grupo de Investigación Tecnologías Mecánicas, Eléctricas y Térmicas, lidera un equipo de investigadores que acaba de ser reconocido como mejor aportación en el congreso internacional V Conference on Renewable Energy and Environment Engineering 2022 por su trabajo en el proyecto ‘Mejora sostenible de la eficiencia energética de paneles solares mediante sistema modular de refrigeración geotérmico’, financiado por la comunidad de Madrid en la convocatoria de jóvenes investigadores de 2019.

 - ¿Qué significa para vuestro grupo haber recibido este premio?

- Es una recompensa al trabajo duro de varios años y tengo que agradecer al equipo de investigación todo el esfuerzo que han hecho. Recibir este premio como la mejor contribución a un congreso internacional de renombre supone un reconocimiento para nosotros al trabajo bien hecho, que además no ha sido sencillo en plena pandemia del Coronavirus.

- ¿En qué ha consistido la investigación? 

- Hace tres años el equipo de Investigación comenzó una nueva línea de trabajo sobre la transición ecológica.  Actualmente, en nuestro entorno, las energías renovables solo son capaces de cubrir en torno a un 20% de la demanda de electricidad. Menos aún si consideramos otras demandas de energía como el del sector transportes. No obstante, existen fuertes directrices internacionales para incrementar este porcentaje (ONU, Agenda 2030), siendo un objetivo global prioritario que para el año 2050 se elimine por completo nuestra dependencia de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero que están causando el calentamiento global. 

Esto supone un gran reto para las energías renovables, que deberán mejorar su productividad y eficiencia a la vez que mantienen su sostenibilidad, ya que, aunque se denominen energías renovables o limpias, no están exentas de contaminar durante su ciclo de vida en los procesos de fabricación, instalación y mantenimiento.

Nosotros nos hemos centrado en mejorar la eficiencia de la energía solar fotovoltaica que, según la Agencia Internacional de la Energía, es ya la más segura y barata de la historia. Sus costes se han reducido drásticamente en los últimos años y todas las previsiones auguran un crecimiento exponencial de su cuota de mercado. Sin embargo, uno de los grandes problemas que tienen los paneles solares es que son extremadamente ineficientes en la producción de electricidad. La eficiencia de un panel solar se mide en función de la energía que le llega del sol en comparación con la electricidad que produce, y esta no suele superar el 20%. Una buena parte de la energía restante se emplea en calentar el panel solar expuesto al sol, mermando aún más esta eficiencia ya de por si reducida.

Nosotros proponemos un sistema sostenible de refrigeración para los paneles, basado en el aprovechamiento de las bajas temperaturas del subsuelo que, a poca profundidad, se encuentra a una temperatura estable durante todo el año en torno a los 15 grados centígrados.  Hemos demostrado que, empleando un simple sistema de bombeo de agua en circuito cerrado, somos capaces de evacuar parte del calor sobrante de los paneles al subsuelo, reduciendo significativamente su temperatura de operación, mejorando su eficiencia y maximizando su productividad. 

Hemos observado reducciones de la temperatura del panel solar de hasta 20ºC y mejoras en la eficiencia neta del sistema de hasta el 14%, que es mucho para la tecnología.  

- ¿En qué consiste este sistema de refrigeración? 

- Para demostrar esta nueva tecnología hemos diseñado y fabricado un prototipo que consiste en un panel solar refrigerado que incorpora un intercambiador de calor por la parte trasera y otro intercambiador de calor introducido en el suelo hasta unos 15 metros de profundidad. El agujero necesario, de tan solo 10 cm de diámetro, se realiza empleando técnicas constructivas utilizadas para el sondeo de acuíferos y la fabricación de micropilotes, una tecnología madura y económica. 

Una pequeña bomba hace circular el fluido refrigerante, que extrae el calor del panel solar y lo evacúa al subsuelo, a menor temperatura, de manera eficiente, segura, limpia y sostenible. El pequeño consumo eléctrico de la bomba es suministrado por el mayor excedente de energía producido por el panel refrigerado.

Prototipo panel solar con refrigeración
Prototipo del panel solar con refrigeración en la Escuela Politécnica Superior de la UAH

- ¿Cómo se podrían refrigerar los paneles que estén situados en tejados?

- Llevando una conducción hidráulica o tubería desde el tejado hasta el suelo. Es una tecnología que conocemos todos y que lleva el agua hasta nuestros grifos día a día. 

- ¿Produce algún efecto en el suelo por donde pasa el circuito?

- Al ser el sistema de refrigeración un circuito cerrado, el riesgo de contaminación es mínimo. Además, como el calor extraído de los paneles es relativamente pequeño y la capacidad térmica del suelo muy alta, su temperatura no se incrementa excesivamente. Un concepto similar, conocido como refrigeración geotérmica, se utiliza de manera segura desde hace décadas para aclimatar viviendas y edificios. 

- ¿Este sistema ya está en funcionamiento?

- El prototipo está instalado en paneles solares de la Escuela Politécnica de la Universidad de Alcalá, donde analizamos su comportamiento y lo comparamos con paneles idénticos no refrigerados. 

- ¿Alguna empresa se ha interesado por el mismo?

- Estamos en contacto con varias empresas, que han mostrado su interés por la tecnología. No obstante, antes de poder comercializar el producto, es necesaria más investigación para explorar todo su potencial y abaratar sus costes de fabricación, operación y mantenimiento.

https://doi.org/10.1115/1.4055299

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