Caracterización térmica y análisis exergético de un sistema solar híbrido térmico-fotovoltaico

Abstract

El presente estudio aborda el problema en el diseño de paneles fotovoltaicos. Lo que se busca en el presente estudio es optimizar el rendimiento de dichos dispositivos analizando los parámetros geométricos, propiedades físicas de materiales y eficiencia de segunda ley de la termodinámica. Por esto, como objetivo se realiza el análisis de irreversibilidades de paneles solares con un sistema de enfriamiento para su optimización basada en el criterio de máxima exergía. Para esto se plantea una metodología dividida en dos etapas; en la etapa 1 se realiza el modelo del sistema fotovoltaico refrigerado que opera bajo condiciones transitorias obteniendo el balance de energía para cada elemento del sistema. Además, se determina la exergía de entrada y destrucciones exergéticas involucradas en el sistema hibrido; en la etapa 2 se optimiza el modelo del sistema fotovoltaico refrigerado implementando el método de Runge Kutta Fehlberg para obtener la caracterización térmica la cual es utilizada en las ecuaciones de exergía y así obtener la eficiencia exergética del panel fotovoltaico, el código fue desarrollado en MATLAB. En la presentación de los resultados se obtienen los efectos de la variación de los materiales y los parámetros geométricos de cada elemento del sistema fotovoltaico en la eficiencia exergética, se logra optimizar el rendimiento de los paneles fotovoltaicos al volver el sistema hibrido y encontrar la configuración optima por medio del método de Runge Kutta y máxima exergía, para ello se utiliza la herramienta computacional en MATLAB.

The present study addresses the problem in the design of photovoltaic panels. What is sought in this study is to optimize the performance of these devices by analyzing the geometric parameters, physical properties of materials, and efficiency of the second law of thermodynamics. For this reason, the objective is to analyze the irreversibility of solar panels with a cooling system for its optimization based on the criterion of maximum exergy. For this, a methodology divided into two stages is proposed; In stage 1, the model of the refrigerated photovoltaic system that operates under transient conditions is made, obtaining the energy balance for each element of the system. Furthermore, the input exergy and exergetic destruction involved in the hybrid system are determined; In stage 2, the refrigerated photovoltaic system model is optimized by implementing the Runge Kutta Fehlberg method to obtain the thermal characterization which is used in the exercise equations and thus obtain the exergy efficiency of the photovoltaic panel, the code was developed in MATLAB. In the presentation of the results, the effects of the variation of the materials and the geometric parameters of each element of the photovoltaic system in the exergetic efficiency are obtained, it is possible to optimize the performance of the photovoltaic panels by returning the hybrid system and finding the optimal configuration using the Runge Kutta method and maximum exergy, for this the computational tool in MATLAB is used.