Tecnica di raffreddamento passivo per impianti fotovoltaici galleggianti

Un gruppo di ricerca internazionale guidato dall’Università di Manchester ha sviluppato una tecnica di raffreddamento passivo basata su un circuito di raffreddamento a convezione naturale (NCCL) per ridurre la temperatura di esercizio degli impianti fotovoltaici galleggianti.

In un documento pubblicato di recente, si afferma che la tecnica di raffreddamento consiste in tubi di assorbimento del calore collegati termicamente al modulo fotovoltaico, tubi di rilascio del calore che scambiano il calore con il corpo idrico, una serie di tubi di collegamento e un serbatoio del liquido refrigerante. Il sistema creerebbe un flusso fluido continuo che dissipa il calore dalle celle fotovoltaiche nell’ambiente circostante.

Il dispositivo di raffreddamento ad anello è costituito da tubi di collegamento con un diametro di 16 mm, da un serbatoio di fluido con un diametro di 100 mm, da un assorbitore di calore e da tubi per lo scambio di calore.

“L’assorbitore di calore e i tubi di rilascio del calore sono costruiti con tubi quadrati di alluminio di 14×14 mm con uno spessore di 0,5 mm. Il dispositivo di raffreddamento ad anello collega la regione calda in alto e la regione fredda in basso”, si legge nel documento, sottolineando che i tubi di assorbimento del calore ricevono l’energia termica dai moduli solari e quindi riscaldano il fluido all’interno del tubo.

Il sistema di raffreddamento ad anello comprende anche un serbatoio nella parte superiore dell’anello di raffreddamento, che crea un flusso guidato dal galleggiamento. I tubi di rilascio del calore sono posizionati sul fondo e sono immersi nella temperatura costante dell’acqua.

Gli scienziati hanno condotto una serie di test della tecnologia di raffreddamento proposta a Bandung, a Giava Occidentale, in Indonesia, con un’irradiazione solare nella regione che variava da 227,2 W/m2 a 1153,2 W/m2.

“La temperatura effettiva e le prestazioni elettriche del pannello fotovoltaico galleggiante sono state misurate attraverso esperimenti che hanno variato l’altezza del serbatoio”, si legge nel documento. I circuiti di raffreddamento a convezione naturale migliorano efficacemente l’efficienza elettrica dei pannelli fotovoltaici galleggianti, riducendo la temperatura delle celle fotovoltaiche da 318,8 Kelvin a 315,3 Kelvin. “L’efficienza elettrica in presenza di un’irradiazione solare di circa 1000 W/m2 è aumentata del 17,84% con l’introduzione di un’altezza del serbatoio di 750 mm”.

Il gruppo ha anche condotto un’analisi del rapporto costo-efficacia della nuova tecnologia, affermando che essa può ridurre notevolmente il costo livellato dell’elettricità (LCOE) e il periodo di ammortamento di un sistema fotovoltaico galleggiante. “In futuro, i previsti sistemi fotovoltaici galleggianti dotati di circuiti di raffreddamento a convezione naturale potrebbero evolvere in sistemi multifunzionali in grado di generare energia elettrica e termica, ottimizzando così l’efficienza energetica complessiva”, conclude la ricerca.

Il sistema di raffreddamento è stato presentato nell’articolo “Design and analysis of passively cooled floating photovoltaic systems“, pubblicato su Thermal Engineering. Il team di ricerca comprende accademici dell’Israel Institute of Technology, della Khalifa University negli Emirati Arabi Uniti, dell’Institut Teknologi Bandung e della Universitas Sebelas Maret in Indonesia.