14 octubre 2011

Sistemas híbridos de energía fotovoltaica y térmica


La producción de energía a partir del sol tiene dos posibilidades diferenciadas. Por una parte obtenemos energía eléctrica a partir de células fotovoltaicas y por otra podemos obtener también energía térmica a partir del calor del sol. Generalmente ambos tipos de energía se obtienen en instalaciones separadas por lo que se desaprovecha una u otra energía en cada caso.

Pese a su gran potencial resulta sorprendente que hasta ahora las tecnologías híbridas fotovoltaica – térmica hayan tenido hasta ahora un desarrollo extremadamente lento.
Las cosas podrían estar cambiando. De hecho el pasado mayo se inauguró en California un proyecto de cogeneración de 272 kW. Se trata de la primera instalación comercial de este tipo que se pone en servicio en el mundo. La planta proporciona energía térmica y eléctrica a una bodega utilizando una única instalación solar. Esta solución produce cinco veces más energía que los sistemas Solares convencionales.
Para poder utilizar esta tecnología es necesario que haya un consumidor de energía térmica en las inmediaciones de la planta de cogeneración.
Los sistemas fotovoltaicos ordinarios convierten solamente el 15 – 20 % de la energía del sol en electricidad. Los sistemas de agua caliente solar convencionales (SHW) pierden una oportunidad de generar electricidad, que a menudo tiene cuatro veces el valor del gas natural reemplazado.
Las ventajas termodinámica de explotar en conjunto PV y SHW son similares a las que encontramos en los sistemas de producción combinada de electricidad y calor.
El principio sobre el que se basa la tecnología PV/T es que la radiación solar hace que la temperatura de los módulos fotovoltaicos se eleve, reduciendo su eficiencia eléctrica. Los módulos fotovoltaicos pierden aproximadamente 0,5 % de rendimiento por cada 1 ºC que la temperatura se eleva. La gran ventaja de la tecnología PV/T es que refrigera el módulo y por tanto aumenta la eficiencia. El calor extraído de los módulos fotovoltaicos mantiene la eficiencia a unos valores satisfactorios y puede usarse para diferentes aplicaciones e incrementa el rendimiento total del sistema.
Los defensores de la tecnología híbrida solar argumentan que la eficiencia ensayada en estos sistemas aumenta hasta un 28 % y a la vez se produce agua caliente a 60 – 70 ºC. Un panel híbrido PV/T estabilizado a 45 ºC producirá aproximadamente un 20 % más de electricidad a lo largo del año que un sistema fotovoltaico equivalente.
El aprovechamiento de la energía de estos sistemas tiene el potencial de capturar y convertir hasta un 80 % de la energía incidente del sol en electricidad o agua caliente con un único módulo que integra la tecnología fotovoltaica con la de captación de agua caliente.
La clave del éxito de esta tecnología es la optimización del rendimiento del colector PV/T. Como se indicó anteriormente, donde se emplearon las células de silicio mono y policristalinas, el rendimiento eléctrico se sacrificó cuando la temperatura se incrementa, lo que quiere decir que disminuyendo la temperatura del sistema fotovoltaico estaremos aumentando el rendimiento.
En los lugares donde es posible consumir tanto electricidad como agua caliente, la cogeneración solar ofrecerá un retorno de la inversión significativamente alto y el payback será más rápido que en ninguna tecnología solar individual.
En muchos escenarios en los que la instalación fotovoltaica produce un payback de 10 años la cogeneración solar puede alcanzar un ROI (retorno de la inversión) de 4 a 7 años.
Bibliografía: Solar hybrids: The Dawning of PV/T. Energy World Magazine. May – June 2011
Palabras clave: Hybrid photovoltaic-thermal (PV/T) technology, solar hot water (SHW) system,
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