Análisis de esfuerzos termomecánicos a un panel fotovoltaico utilizando un sistema de enfriamiento pasivo

Abstract

El presente trabajo tuvo como principal objetivo calcular esfuerzos termomecánicos en las conexiones internas de un panel fotovoltaico, generado por el funcionamiento de los sistemas de enfriamiento pasivos mediante el Método del Elemento Finito, bajo la normativa de la guía IEC 6121. Con el objetivo de simular el fenómeno de transferencia de calor, y de conocer la distribución de temperatura en cada una de las partes del panel se realizó un modelo tridimensional y un análisis de transferencia de calor. Para lo anterior se consideraron condiciones de frontera como la temperatura ambiente, la radiación solar recibida y las pérdidas de calor por radiación. Para el análisis estructural las condiciones de frontera que se establecieron fue considerar la aceleración gravitacional en el centro del panel, y la base se restringió para moverse a lo largo del eje axial. Los resultados revelan un decremento de la temperatura máxima operacional de 3 °C cuando el espesor del encapsulante EVA disminuye de 0. 5 a 0.2 mm y un decremento de hasta 21 °C con el uso de disipadores triangulares de aluminio (5 cm x 7cm x 30cm y 1 mm de espesor). Es decir, con la geometría triangular se presenta un 26.7 % de disminución de temperatura comparada con la geometría de aletas rectangulares propuestas por otros autores. Con respecto a los esfuerzos, éstos permanecieron estables en configuraciones convencionales y con sistemas de enfriamiento rectangulares; por otro lado, aquellos diseños con aletas triangulares presentaron un incremento en un 50% sus esfuerzos principales máximos. Como resultado del análisis estructural se obtuvo el campo de esfuerzos resultantes y con ello se estableció la magnitud del esfuerzo máximo.