En el mundo de las energías renovables, los módulos fotovoltaicos (PV) destacan como actores clave en el cambio hacia la sostenibilidad. Sin embargo, su rendimiento enfrenta un desafío significativo debido a la humedad en condiciones del mundo real. Comprender esta interacción es crucial para optimizar la longevidad y eficiencia de los paneles solares. En el presente estudio [1], se adopta un enfoque innovador al utilizar configuraciones idénticas en diferentes ubicaciones alrededor del mundo, ofreciendo una comparación única de diversos climas. Los módulos vienen equipados con sensores miniatura dentro ellos. Las configuraciones utilizadas proporcionan perspectivas del comportamiento real de la humedad. Ver figura de la cabecera, donde se muestran Mini módulos expuestos a condiciones exteriores [1].
Lo que distingue a este estudio es el uso estratégico de COMSOL para simulaciones exhaustivas de la entrada de humedad, utilizando el modelo de difusión de Fick y la segunda ley de difusión de Fick. Para mejorar la precisión, se crearon dos geometrías bidimensionales distintas.
La primera geometría, una sección transversal vertical del módulo, introdujo múltiples condiciones de contorno (BC). Una BC de Dirichlet en la interfaz aire-cubierta se calculó a partir de las condiciones del aire medidas a través de la solubilidad de la cubierta, utilizando la ley de Henry de sorción. Se asumió la constante presión parcial de vapor de agua entre el sensor de aire y la interfaz aire-cubierta. El valor de la humedad relativa (RH) en esa interfaz se recalculó utilizando la ecuación de Arden-Buck. Dos BC adicionales en la interfaz cubierta-encapsulante enfatizaron la continuidad del flujo y describieron el estado de equilibrio basado en la ley de Henry.
La segunda geometría simulada abordó la difusión horizontal frente a la celda, corrigiendo discrepancias observadas en simulaciones que dependen únicamente de la primera geometría. Esto también facilitó la integración de grietas en la celda. Las condiciones de contorno de Dirichlet en el borde de la celda incorporaron mediciones del sensor, con datos faltantes completados utilizando resultados de la simulación inicial. La temperatura del módulo, anclada a mediciones del sensor más cercano al centro de la celda, enriqueció la simulación con condiciones ambientales del mundo real.
Como conclusión, este trabajo presentó un novedoso modelo de simulación bidimensional en dos etapas, donde la investigación combinó la difusión de Fick en secciones transversales verticales y horizontales con condiciones de contorno cuidadosamente establecidas. Este enfoque innovador proporcionó una representación más precisa de la difusión de humedad frente a la celda fotovoltaica. Al comparar los resultados de la simulación con las mediciones, el estudio demostró que este enfoque logra un equilibrio entre la precisión de la simulación y la eficiencia computacional, destacando el papel clave de COMSOL Multiphysics en el avance de nuestra comprensión de la dinámica de la humedad en los módulos fotovoltaicos.
Referencias
[1] S. Mitterhofer et al., "Measurement and Simulation of Moisture Ingress in PV Modules in Various Climates," in IEEE Journal of Photovoltaics, doi: 10.1109/JPHOTOV.2023.3323808.
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