Sistema aerovoltaico: todos los detalles

Un sistema aerovoltaico combina la producción de energía eléctrica y la producción de energía térmica. Puesto que promueve el ahorro de energía, encaja claramente en los objetivos de reducción de emisiones y de aumento de la eficiencia energética.

Los sistemas híbridos de generación fotovoltaica y térmica se componen tanto de módulos fotovoltaicos que producen electricidad, como de sistemas de captación de calor con un fluido que circula por debajo de estos módulos. El panel de un sistema aerovoltaico aprovecha mejor las ventajas de cada sistema por separado.

Esto permite que los sistemas satisfagan las necesidades de ahorro energético y producción de energías renovables. Este sistema híbrido es cada vez más utilizado en hogares y oficinas, principalmente en climas templados.

Aerovoltaico, Sistema Aerovoltaico

¿Cómo funcionan los paneles híbridos fotovoltaico-térmico?

La parte frontal de cada panel está cubierto de paneles solares estándar. Estos aprovechan los rayos del sol para generar electricidad, igual que ocurre en los sistemas fotovoltaicos comunes.

La parte posterior de cada panel, captura el calor producto de la irradiación solar sobre el panel fotovoltaico. En esta parte posterior circula aire, agua u otro fluido, que transfiere el calor hacia un módulo de distribución, o un intercambiador de calor. Esta energía puede ser luego utilizada para calentar los espacios.

Cuando el fluido que se usa para transportar el calor es aire, se usa la denominación de aero-voltaico, que se suele usar como una denominación comercial.

Aprovechando el calor residual

Los paneles solares fotovoltaicos tradicionales no pueden aprovechar toda la energía solar. Incluso las celdas solares más eficientes solo pueden aprovechar el 40% de la misma. El resto se pierde, principalmente en forma de calor.

En un panel tradicional, este calor no puede ser aprovechado. El desarrollo de un panel híbrido permite recuperar la energía solar que de otro modo sería desperdiciada y la utiliza para regular la temperatura dentro de los edificios.

Aerovoltaico, Sistema Aerovoltaico

Colector solar híbrido

Los paneles aerovoltaicos forman parte de un tipo particular de colector solar híbrido. Los colectores solares híbridos fotovoltaico-térmicos se conocen por las siglas PVT. Se trata de sistemas de cogeneración solar, pues convierten la radiación solar en energía térmica y eléctrica utilizables.

Estos sistemas combinan una celda solar, que convierte la luz solar en electricidad, con un colector solar térmico, que capta la energía restante y elimina el calor residual del módulo fotovoltaico.

La sinergia entre ambas tecnologías puede lograr que estos sistemas sean, en general, más eficientes energéticamente que la energía solar fotovoltaica o la energía solar térmica por sí solas.

Aplicaciones de los colectores solares híbridos

Desde los años setenta se han realizado importantes investigaciones para desarrollar una amplia gama de tecnologías aerovoltaicas.

Aunque muchos tipos de colectores han sido desarrollados para uso residencial a pequeña escala o para procesos específicos, también están empezando a introducirse en el mercado sistemas potentes y altamente eficientes para aplicaciones industriales y de servicios públicos.

Colectores solares híbridos de hasta 300 kW de electricidad más 600 kW de calor, y que funcionan con un 80% de eficiencia de conversión, están disponibles en el mercado actualmente

¿Por qué son más eficientes los paneles aerovoltaicos?

Las células fotovoltaicas sufren un descenso de la eficiencia con el aumento de la temperatura debido al aumento de la resistencia eléctrica. Los sistemas de colectores solares híbridos están diseñados para capturar y transportar activamente el calor del panel fotovoltaico, enfriándolo y mejorando así su eficiencia.

La vida útil de las células también mejora con las temperaturas de operación más bajas. Adicionalmente la captura térmica puede minimizar la contribución de los paneles solares a crear el fenómeno de isla de calor en las zonas urbanas.

Una solución de compromiso entre el calor y la electricidad

Un panel híbrido es un método eficaz para maximizar la eficiencia y fiabilidad total del sistema. Sin embargo, esta solución hace que el componente térmico tenga un rendimiento inferior al que podría conseguir un colector térmico solar puro.

Esto se debe a que las temperaturas máximas de funcionamiento de la mayoría de los sistemas fotovoltaicos-térmicos están limitadas por la temperatura máxima de operación del panel fotovoltaico, típicamente 80 o 90 °C

Sin embargo, se siguen generando dos o más unidades de energía térmica por cada unidad de energía eléctrica, dependiendo de la eficiencia de la célula y del diseño del sistema.

Tipos de sistemas híbridos fotovoltaicos-térmicos

Colector fotovoltaico-térmico usando líquidos

Este diseño utiliza agua o un fluido a base de agua para atrapar y transportar el calor.

Detrás del panel fotovoltaico existen una serie de canales fijados que distribuyen uniformemente el fluido. En un sistema estándar basado en líquidos, un fluido de trabajo, típicamente agua o glicol, se canaliza a través de estos tubos o enfriadores de placas.

El calor de las celdas fotovoltaicas se conduce a través del metal y es absorbido por el fluido de trabajo. En los sistemas de circuito cerrado, este calor se puede usar directamente para caldear los espacios o se transfiere primero a un intercambiador de calor.

La ventaja básica de esta última configuración es que el colector térmico y el colector fotovoltaico pueden funcionar a diferentes temperaturas.

Colector fotovoltaico-térmico usando aire

El diseño básico refrigerado por aire, utiliza una carcasa metálica hueca y conductora para montar los paneles fotovoltaicos.

El calor se irradia desde los paneles hacia este espacio cerrado, donde el aire circula hacia un sistema de calefacción para aprovechar la energía calorífica, o sube y se ventila desde la parte superior de la estructura.

Aunque la transferencia de energía al aire no es tan eficiente como en un colector de líquidos, la infraestructura requerida tiene menor costo y complejidad.

Concentrador fotovoltaico-térmico

Un sistema concentrador tiene la ventaja de reducir la cantidad de células fotovoltaicas necesarias, de modo que se pueden utilizar células fotovoltaicas multiunión, que son más caras pero más eficientes.

Esto permite maximizar la relación entre la energía eléctrica de alto valor producida y la energía térmica de menor valor.

Los sistemas de concentración también requieren a menudo sistemas de control fiables para realizar un seguimiento preciso del sol y proteger las células fotovoltaicas de condiciones de altas temperaturas que les son perjudiciales.

En condiciones ideales, alrededor del 75% de la energía solar que incide directamente sobre estos sistemas puede ser recogida en forma de electricidad y calor.

¿Cuál es el futuro de los sistemas híbridos en los hogares?

Los fabricantes de paneles aerovoltaicos harían bien en seguir el ejemplo de las técnicas de cogeneración existentes en el sector industrial, en el que también se fomenta en gran medida el ahorro de energía.

Técnicas aplicadas

Varias de estas técnicas ya se están utilizando a escala industrial y las centrales de energía eléctrica y térmica combinadas ya se encuentran operando en muchos lugares del mundo.

Los sistemas aerovoltaicos podrían ofrecerse como una alternativa híbrida menos engorrosa al requerir menos mantenimiento que un cogenerador tradicional.

Además, podrían integrarse fácilmente en las estructuras de los techos de edificios industriales existentes, produciendo calor que podría proporcionar tanto agua caliente como calefacción para las líneas de producción y otros espacios (oficinas, talleres, vestuarios, etc.).

Puedes saber como instalar los paneles aerovoltaicos en este artículo. Además, puedes descubrir también sobre este video.

Finalmente, puedes tener más información sobre otras tecnologías – como la baldosa solar – que tienen que ver con clima y energía, con apoyo de un profesional que te ayude a hacer una evaluación carbono, por ejemplo a partir del consumo de gas que tienes. Entre otros, podrás determinar la temperatura de tu casa y hacer de esta, como mínimo una casa solar pasiva y en lo mejor, una casa de energía positiva.