Análisis de desempeño de un sistema híbrido solar-eólico en entorno aislado mediante simulación numérica

Abstract

El uso de combustibles fósiles a nivel mundial cuenta con un número creciente de detractores, merced a las emisiones de gases de efecto invernadero y las consecuencias que han implicado para el planeta. En ese contexto, surgen las energías renovables no convencionales como una alternativa más amigable con el medio ambiente. Dentro de ese abanico de fuentes energéticas, las más conocidas son la energía eólica y la energía solar, las cuales aprovechan la energía presente en el viento y en la luz del sol, respectivamente.

Dentro de la energía solar, la forma más conocida e implementada para su aprovechamiento es la energía solar fotovoltaica, que utiliza la luz del sol para, mediante el efecto fotoeléctrico, generar una diferencia de potencial y, en consecuencia, una corriente eléctrica. Esta conversión se da a través de los conocidos paneles solares, de los cuales la mayoría están hechos de cristales de silicio. Estos paneles, sin embargo, requieren un medio de refrigeración para no perder eficiencia, puesto que es conocido el hecho de que al aumentar su temperatura, la eficiencia decae.

El trabajo de título en cuestión, entonces, profundiza en la posibilidad, ya abordada en trabajos previos, de utilizar la estela de una turbina eólica como medio de refrigeración para un panel solar. En particular, se trata de una turbina de eje vertical tipo Savonius que es modelada en dos dimensiones, para luego, a partir del perfil de velocidades obtenido, simular la refrigeración extra que brindaría en un modelo tridimensional del panel.

Se realizan simulaciones de dinámica de fluidos computacional en el módulo Ansys Steady-State Thermal para determinar si efectivamente el panel ve su desempeño mejorado por la presencia de la estela turbulenta o no. Los resultados muestran que hay reducciones de la temperatura de la celda en todos los casos en que el panel es sumergido en la estela de la turbina, llegando a una reducción máxima, en términos relativos, del 1, 91 %. En cuanto a la eficiencia, ésta aumenta en todos los casos también, con respecto al escenario de un panel expuesto sólo al flujo libre; sin embargo, este aumento está en el orden de las décimas de punto porcentual, siendo el máximo de un 0, 85 %.

Los resultados concuerdan con lo demostrado en trabajos anteriores, de que la estela de la turbina es un medio que efectivamente ayuda a mejorar el rendimiento de un módulo fotovoltaico. Sin embargo, también plantean la posibilidad de hacer simulaciones con un modelo más simple de panel, así como de incluir otros criterios de evaluación de los distintos escenarios.