Ventana térmica fotovoltaica alcanza una eficiencia eléctrica del 3,6% y proporciona agua caliente a 50 °C

Un equipo de investigadores alemanes y británicos ha desarrollado un nuevo Ventana híbrida fotovoltaica-térmica integrada en el edificio(PVTW) que genera tanto electricidad como agua caliente sanitaria (ACS).

“La instalación de paneles y colectores solares convencionales en el entorno construido requiere el uso de un espacio significativo en el tejado, que es limitado. Esto ha inspirado el desarrollo de tecnologías eficientes integradas en los edificios que pueden maximizar el uso del espacio y el suministro de energía”. “En este trabajo, fabricamos y probamos un sistema híbrido de PVTW integrado en el edificio, que consta de una capa fotovoltaica translúcida y un absorbedor de calor a base de líquido de absorción selectiva”.

El componente principal del sistema fotovoltaico es una capa de vidrio con una serie de microbandas de silicio amorfo (a-si) espaciadas. La capa fotovoltaica absorbe solo una parte de la luz solar para generar energía, mientras que el resto se transmite a una capa de agua de 4 mm de espesor que se encuentra debajo. Dos tubos de latón sirven como entrada y salida de agua, y se utilizan dos marcos de policarbonato para colocar una capa de vidrio estándar con bajo contenido de hierro.

Las pruebas se llevaron a cabo en una azotea de Londres del 16 al 23 de julio de 2021, cuando la temperatura ambiente máxima medida fue de 34 grados centígrados y la irradiancia solar al mediodía fue de unos 1100 W m - 2. El dispositivo se probó en inclinaciones de 30°, 60° y 90°, y su rendimiento se comparó con el de un módulo de referencia para un Ventana solar térmica (VTT) Sin un componente fotovoltaico. Este último es idéntico al PVTW, excepto que la capa fotovoltaica se reemplaza por una capa de vidrio para formar dos capas.

Los resultados de las pruebas muestran que el sistema PVTW tiene una eficiencia eléctrica del 3,6% y una eficiencia térmica del 17,6%.

“Con un ángulo de inclinación de 30°, el PVTW tiene una eficiencia eléctrica del 3,6% y una eficiencia térmica del 10,7%. La capacidad de producir agua caliente a unos 50°C lo hace adecuado para aplicaciones domésticas, mientras que su generación de energía respalda las necesidades energéticas del edificio”, señaló el equipo. “Al ajustar la inclinación del PVTW de 30° a 90°, se pueden observar cambios en la temperatura de salida y la eficiencia térmica, lo que demuestra la importancia de la orientación en el rendimiento del sistema”.

Añadieron: “Con una inclinación de 90°, el sistema tiene una eficiencia eléctrica del 3,3% y una eficiencia térmica del 17,6%, con una temperatura máxima del efluente de aproximadamente 42 grados Celsius. El sistema no solo proporciona agua caliente a temperaturas más altas en comparación con una planta de tratamiento de aguas residuales independiente, sino que definitivamente es un 10% más eficiente térmicamente y también genera electricidad”.

Los académicos dijeron: “Para entender el impacto potencial de PVTW en la satisfacción de las necesidades de energía térmica de un edificio, podemos estimar la superficie de PVTW necesaria para satisfacer las necesidades de agua caliente de una típica casa adosada de tres habitaciones en Londres, Reino Unido, ocupada por dos adultos y dos niños”. “Usando un balance energético, se requeriría una superficie completa de PVTW de no más de 1,2 metros cuadrados con una inclinación de 30° para satisfacer esta demanda de inmediato. Suponiendo un sistema más grande con un tanque de almacenamiento de agua caliente, estimamos que con la misma inclinación, se requerirían aproximadamente 2,8 m2 de superficie de PVTW para satisfacer toda la demanda diaria sin la necesidad de una caldera de respaldo”.

El sistema se publicó en “Building-integrated hybrid photovoltaic-thermal (PV-T) windows for synergistic light management, electrical and heat generation” en la revista Advanced Science. Investigadores del Imperial College de Londres, Reino Unido, y del Instituto Tecnológico de Karlsruhe, Alemania, llevaron a cabo el estudio.