Colector pv/t

Universidad de Concepción Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica

Trabajo N° 1

“Optimización del colector térmico fotovoltaico”
Uso Eficiente de la Energía

Selva Calixto G. Francisco Martínez A. Profesor: Oscar Farías

Introducción
Los colectores térmicos fotovoltaicos PV/T (llamados muchas veces paneles solares, aunque esta denominación abarca otrosdispositivos), son utilizados para producir electricidad y calor a partir de luz solar que incide en ellos. Éstos están compuestos por un conjunto de celdas (celdas fotovoltaicas) cuya función es transformar la energía captada por el sol en electricidad a un nivel atómico. El colector PV / T es enfriado con el fin de mejorar su rendimiento eléctrico y el calor recogido, el cual puede ser utilizado para usodoméstico (cualquier tipo de artefacto eléctrico). Por lo tanto, ya que la demanda de electricidad y calor a menudo son complementarias, este dispositivo cumple con las dos demandas y esta técnica espera contribuir a una aplicación más amplia de los sistemas fotovoltaicos, debido a la mayor eficiencia. El propósito de esta placa de absorción PV/T es doble. En primer lugar, enfriar el módulofotovoltaico y así mejorar su rendimiento eléctrico y en segundo lugar recoger la energía térmica producida, la que de otro modo hubiera sido perdida como calor en el medio ambiente. Este calor recogido podría ser utilizado para aplicaciones de baja temperatura, tales como producción de agua caliente doméstica.

Descripción del problema y Objetivo
De acuerdo con los precios de Metales de Londres, elprecio del cobre aumentó significativamente en los últimos años; a pesar de una caída a principios del 2009, es común ver su elevado precio en la actualidad. Por lo tanto, el objetivo de la comunidad científica es reducir el contenido del material en los equipos solares, con el fin de hacerlas más competitivas. En este trabajo se aplica esta estrategia, mediante la optimización de los materiales de laplaca de absorción PV/T, dando lugar a una reducción sustancial en el material y por lo tanto en el costo, manteniendo un alto rendimiento (eléctrico y térmico). Mediante el uso de "bajo flujo", el uso de diámetros largos en los tubos (unos 12 mm) no son necesarios en la placa de absorción. En este documento se demuestra que las placas de absorción óptima del colector PV/T (es decir, las queutilizan menor cantidad de material) pueden consistir en tubos de diámetro mucho más pequeños con una pequeña separación entre ellos y bastante menor espesor de la aleta de absorción, sin sacrificar su eficiencia de recolección. Mediante el uso de ecuaciones estándar para la eficiencia de la aleta, la caída de presión del colector y la tasa de flujo másico de líquido por unidad de superficie de laplaca, se derivaron las expresiones generales que describen la configuración óptima de la placa de absorción. Para predecir el rendimiento de la configuración óptima, fue desarrollado el modelo de estado estacionario (steady-state model), utilizando el código EES. Para validar el modelo de estado estacionario tenemos dos prototipos, uno con respecto a la Cabecera y Banda Vertical y el otro en laconfiguración del Serpentín, ambos construidos y probados. Se ilustra de los experimentos que hay gran correlación entre los cálculos y los resultados experimentales. De hecho, se constató que la configuración óptima PV/T tiene un rendimiento térmico y eléctrico similar al de los no-óptimos de mayor masa y costo.

Metodología
Un análisis teórico presenta que para optimizar el rendimiento de laplaca de absorción PV /T se diseña eligiendo ciertas dimensiones y materiales (con menor costo), manteniendo al mismo tiempo una alta eficiencia de recolección (tanto eléctrica como térmica). El análisis es una extensión del trabajo presentada por Charalambous (1989) para la recolección de energía solar en placas planas. En esta metodología de optimización, se identificaron desde el mecanismo de...