Estudio de la influencia del ensuciamiento por polvo en la temperatura de un panel solar fotovoltaico mediante un modelo computacional unidimensional

Abstract

El aumento de la demanda energética global, junto con el negativo impacto ambiental que tienen las fuentes de energía tradicionales, ha significado el incremento exponencial en el uso de fuentes renovables de energía eléctrica. De estas fuentes, una de las que más desarrollo ha presentado durante las últimas dos décadas es la energía solar fotovoltaica, debido a su bajo coste de mantenimiento y operación, y a que presenta un bajo impacto ambiental y prácticamente nulo impacto social. Chile es un país privilegiado para la implementación de esta tecnología debido a que presenta, en el desierto de Atacama, uno de los niveles de radiación más altos del mundo, junto con suficiente espacio para ubicar las enormes plantas de generación fotovoltaica que se requieren para producir energía a nivel industrial. Dentro de las fuentes de pérdida que presentan los paneles solares fotovoltaicos, dos de las más importantes son la alta temperatura de operación y la acumulación de polvo. Aunque se conoce en buena medida el impacto de la temperatura y del polvo en un panel fotovoltaico por separado, no se ha estudiado en gran medida cómo afecta el polvo acumulado a la temperatura del panel solar fotovoltaico sobre el que se deposita. El objetivo del presente trabajo de título es desarrollar un modelo térmico computacional unidimensional de estado transitorio, que permita caracterizar y cuantificar el impacto de seis tipos de polvo acumulado sobre la temperatura de cuatro tipos de paneles fotovoltaicos; monofacial con seguimiento, monofacial sin seguimiento, bifacial con seguimiento y bifacial sin seguimiento. El modelo teórico desarrollado considera conducción térmica con generación a lo ancho de todo el panel, considerando que la generación térmica es proporcional a la radiación absorbida por cada material del panel fotovoltaico. Luego del desarrollo del modelo computacional, se validaron los resultados calculados, comparándolos con datos reales de la planta fotovoltaica de Huatacondo, obteniendo un error relativo promedio de 6,6%. Entonces, se graficó la temperatura, la potencia máxima y la energía eléctrica generada por cada tipo de panel para varios tipos de polvo. Finalmente se aísla el efecto del polvo sobre la temperatura del panel, encontrando que el efecto de la temperatura depende en gran medida del coeficiente de conductividad térmica y el coeficiente de absorción óptico del polvo, y el tipo de panel. Con los tipos de polvo utilizados en el presente modelo se encontró que en paneles monofaciales, el aumento de temperatura representa hasta un 40 % de las pérdidas relacionadas al polvo, mientras que en un panel bifacial, dicho número alcanza el 80%.