Esquema de la configuración experimental y el prototipo experimental: (a) escape estándar, (b) escape sin aletas, (c) panel fotovoltaico solar con enfriamiento posterior desde el aire de escape, (d) panel solar fotovoltaico de referencia sin enfriamiento. Crédito: Prof. Chaouki Ghenai
Los científicos de la Universidad de Sharjah han asegurado un Patente de EE. UU. (US12341471B2) para un sistema de enfriamiento innovador diseñado para mejorar el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos (PV).
Los investigadores afirman que su invención puede reducir significativamente las pérdidas de energía causadas por las altas temperaturas de funcionamiento, un problema que afecta a los sistemas de energía solar, particularmente en climas calientes.
El sistema patentado se centra en la gestión térmica en los módulos solares fotovoltaicos. Está diseñado específicamente para utilizar el aire de residuos calientes expulsados por sistemas de aire acondicionado centralizados para enfriar las superficies traseras de los paneles solares.
El enfoque de doble propósito no solo aborda el exceso de calor, sino que también reutiliza la energía de los desechos que de otro modo se perderían.
“Esta nueva tecnología de enfriamiento ayudará a reducir la temperatura de funcionamiento de los paneles solares, aumentar la potencia de salida y mejorar la eficiencia del módulo FV solar”, dijo Chaouki Ghenai, profesor de ingeniería de energía sostenible y renovable en la Universidad de Sharjah, y el inventor principal.
“Esta invención no solo recupera la potencia de salida perdida en entornos cálidos y áridos, sino que también extiende la vida útil de los activos, y permite implementar nuevos sistemas híbridos, que reducen colectivamente el costo nivelado de la energía y mejoran la eficiencia general de la planta solar”.
Los paneles solares generan electricidad a través del efecto fotovoltaico, donde la luz que golpea la superficie de las células solares basadas en semiconductores se convierte en energía eléctrica.
Sin embargo, no toda la luz solar absorbida se convierte, gran parte de ella se convierte en calor, elevando la temperatura del panel y reduciendo su eficiencia.
En su solicitud de patente, los inventores destacan que la irradiancia y la temperatura son factores ambientales críticos que afectan el rendimiento del panel solar.
Escriben: “La célula solar absorbe la luz solar, y una cantidad parcial de luz se convierte en energía eléctrica, mientras que la porción restante genera calor y aumenta la temperatura”.
Según los investigadores, los sistemas actuales de energía solar enfrentan dos desafíos principales: 1) degradación térmica, donde las temperaturas crecientes reducen la producción de energía, y 2) suciedad, la acumulación de polvo y desechos, especialmente en regiones áridas y de alta temperatura.
También citan pérdidas ópticas y óhmicas como factores adicionales que obstaculizan la eficiencia de las células solares.
El sistema tiene una estructura de soporte colocada a una distancia predefinida frente al ventilador para contener uno o más paneles solares. Crédito: https://patents.google.com/patent/us12341471b2/en
El profesor Ghenai atribuye una variedad de ventajas a la invención, especialmente en regiones cálidas y áridas. “En regiones calientes y desérticas con abundantes recursos solares pero altas temperaturas ambientales, el enfriamiento solar fotovoltaico es necesario para maximizar la generación de energía eléctrica, la salud de los activos y la longevidad, y reducir la suciedad y el mantenimiento.
“En climas calientes y secos, los paneles de PV solar se pueden enfriar utilizando el aire de escape del sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) del edificio. Esto reduce la temperatura de las células solares, recupera hasta un 10% más de producción de energía solar y extiende la vida útil de los paneles”.
Sin embargo, los investigadores enfatizan en su aplicación que los efectos térmicos son los más significativos, afirmando, “Entre todas las pérdidas del sistema, el efecto térmico es el factor más contribuyente en el deterioro del rendimiento del sistema solar. A medida que la temperatura aumenta de las condiciones de prueba estándar (STC), la salida de los paneles SPV se degrada en consecuencia”.
En algunas regiones, los paneles solares operan a temperaturas tan altas como 70 ° C, lo que puede dar lugar a una pérdida de hasta un 20% en la producción de energía, señalan.
Los inventores sostienen que incluso un aumento de 1 ° C en la temperatura de funcionamiento generalmente causa una caída del 0.45% en la eficiencia relativa, una métrica conocida como coeficiente de temperatura de potencia. Además, se espera que cada aumento de 10 ° C duplique la tasa de degradación del sistema solar.
Para combatir esto, el equipo desarrolló su dispositivo de enfriamiento actual que dirige el aire residual desde los sistemas de aire acondicionado hacia la parte posterior de los paneles solares.
El sistema incluye un ventilador de escape conectado a la salida de un módulo de aire acondicionado central. Crédito: https://patents.google.com/patent/us12341471b2/en
El profesor Ghenai dijo que la invención tiene aplicaciones del mundo real para mejorar los sistemas de energía solar actuales. “Se crea una atractiva actualización de construcción inteligente cuando los propietarios pueden capturar ingresos solares incrementales, reducir el consumo total de energía del edificio y alargar la vida útil de los activos.
“Esto se logra completando el bucle térmico, que implica la conversión de desechos de escape de construcción en una fuente de enfriamiento libre para Photovoltaics (PV). Esto ayudará a aumentar el rendimiento solar y reducir las cargas de enfriamiento del edificio”.
La patente ya ha atraído un interés considerable de la industria, según el profesor Ghenai. Señaló que varias compañías en HVAC, la gestión de energía de la construcción y los sectores de energía solar fotovoltaica han expresado interés en integrar el aire residual desde los sistemas HVAC hasta los módulos de energía fotovoltaica solar.
Hizo hincapié en que la invención podría aumentar significativamente la salida de energía solar para cumplir con las cargas eléctricas de la construcción, reducir la carga de los enfriadores y extender la vida útil de los módulos solares.
El sistema incluye un ventilador de escape conectado a la salida de un módulo de aire acondicionado central.
Tiene una estructura de soporte colocada a una distancia predefinida frente al ventilador para contener uno o más paneles solares, así como paneles inclinados en ángulos y acimutes específicos para maximizar la exposición de sus superficies traseras al flujo de aire de enfriamiento.
El ventilador se calibra para entregar aire a una temperatura predefinida. Crédito: https://patents.google.com/patent/us12341471b2/en
El ventilador se calibra para administrar aire a una temperatura predefinida, optimizando el efecto de enfriamiento y mejorando la eficiencia general del sistema.
Los inventores concluyen: “Una metodología de enfriamiento de panel solar efectiva y una política de mantenimiento son esenciales para mejorar la eficiencia y confiabilidad del sistema de energía”.
El profesor Ghenai y su equipo actualmente están avanzando en investigación innovadora en tecnologías de energía limpia. Su trabajo incluye la cosecha de aire de residuos desde los sistemas HVAC hasta las turbinas eólicas para la generación de electricidad renovable, el desarrollo de sistemas híbridos de turbinas eólicas solares/turbinas eólicas, creando nuevos métodos para la eliminación de polvo y la limpieza de energía solar fotovoltaica en regiones áridas, y diseñando soluciones para mejorar la producción de hidrógeno verde.
Más información:
patentes.google.com/patent/us12341471b2/en
Proporcionado por la Universidad de Sharjah
Cita: El nuevo sistema de enfriamiento Patente promete un aumento significativo en la eficiencia del panel solar (2025, 6 de agosto) Recuperado el 6 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-cooling-patent-significante-boost-solar.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
