Evaluación del potencial térmico del sistema de ventilación y refrigeración en una instalación de placas solares fotovoltaicas

Abstract

Este trabajo tiene como objetivo principal conocer el potencial térmico del sistema de ventilación y refrigeración por aire de una instalación fotovoltaica. Se establecen una serie de sub-objetivos que permiten, en conjunto, la consecución del objetivo principal, entre los que se encuentran el análisis de datos experimentales previos, el diseño y construcción de una instalación experimental, el ensayo de la misma y el análisis y evaluación de los resultados obtenidos. Se persigue la observación del comportamiento termodinámico de este tipo de instalaciones ante diferentes condiciones y configuraciones establecidas. El objetivo principal es evaluar la cantidad de energía térmica que se puede aprovechar del sistema a través del aire como fluido refrigerante, siendo de especial relevancia el salto de temperatura que se pueda producir en éste tras el proceso de ventilación, ya que el fin del estudio es proporcionar un incremento de temperatura del aire para su aplicación en ruedas desecantes. Para tal fin, se plantea una instalación experimental compuesta por dos módulos fotovoltaicos situados en paralelo y elevados sobre una superficie de material aislante, dejando un canal de paso de sección rectangular entre el módulo y la superficie. En una de las dos configuraciones, se intercala, en el canal de paso del aire, una serie de obstáculos que modifican la trayectoria y el tiempo de residencia del aire bajo el módulo, con el objetivo de aumentar la transferencia de calor entre el módulo y el fluido caloportador. La medida de la temperatura del aire a la entrada y salida del canal, la medida de la temperatura del módulo y de la superficie aislante y la cuantificación del caudal trasegado y de otras magnitudes permiten adquirir la información necesaria para cumplir con el objetivo principal del trabajo. Las dos configuraciones estudiadas son independientes y, para evitar la interferencia de agentes externos, los laterales de cada canal quedan sellados, de manera que existe sólo una sección de entrada y una sección de salida del aire en cada caso.La búsqueda de un conocimiento amplio acerca de la respuesta de esta instalación ante diferentes condiciones lleva a la necesidad de establecer el barrido de ciertas variables, en principio influyentes. Uno de los factores críticos, en este sentido, es la velocidad del aire bajo el módulo. Por este motivo, se plantea analizar el comportamiento de la instalación para diferentes velocidades del aire. Se ensayan ambas configuraciones en convección libre y en convección forzada. Para esto último se instala en cada caso un ventilador en aspiración con un regulador de velocidad que permite generar distintos caudales de trabajo. Otra de las variables que se pretende modificar es la relación de aspecto. Se define relación de aspecto como el cociente entre la altura del canal de paso del aire y la profundidad del mismo. Se desea ver cómo afecta la altura del canal al comportamiento térmico de la instalación. En definitiva, este estudio tiene el propósito de evaluar la posibilidad de llevar a cabo un aprovechamiento térmico eficiente de una instalación fotovoltaica a partir de pequeñas modificaciones en la misma, de manera que una instalación ya existente, sin necesidad de verse sometida a grandes cambios, mejore su rendimiento energético de forma global. Asimismo, a pesar de tratarse de un estudio orientado a la regeneración de ruedas desecantes, los resultados obtenidos se pueden extrapolar a cualquier otra aplicación en la que se requiera de una etapa de precalentamiento. Se realiza a continuación un resumen de los objetivos planteados. Objetivo principal: - Evaluar el potencial térmico del sistema de refrigeración de paneles fotovoltaicos. o Determinar el salto de temperatura del aire en el proceso de refrigeración. o Caracterizar el rendimiento térmico de la instalación. Objetivos secundarios:  -Proponer mejoras que incrementen el potencial térmico del sistema de refrigeración.  -Diseño y construcción de una instalación experimental.  -Analizar el comportamiento eléctrico de los paneles fotovoltaicos en su refrigeración.  -Adquirir conocimientos referentes al procedimiento de ensayo de instalaciones experimentales.