Científicos han propuesto una forma de combinar módulos termoeléctricos (TEM) con energía fotovoltaica en las azoteas para apoyar la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado en los edificios; diseñan un TEM integrado en la pared para calentar y enfriar habitaciones adyacentes.
Un grupo de investigadores de Australia e India ha analizado cómo se pueden combinar los módulos termoeléctricos (TEM) y la energía fotovoltaica para proporcionar calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) en los edificios.
Los módulos termoeléctricos se utilizan ampliamente para el enfriamiento electrónico de dispositivos tales como procesadores de computadoras personales, sistemas portátiles de almacenamiento de alimentos y bebidas.
Shyam Singh Chandel, investigador entrevistado por Pv magazine Group: “El enfriamiento termoeléctrico puede ser más barato de operar que muchos sistemas convencionales de tipo HVAC para aplicaciones de enfriamiento de áreas pequeñas, especialmente si lo combinamos con electricidad fotovoltaica, que es más barata que la electricidad convencional en muchas regiones del mundo.”
Los investigadores han manifestado que los TEM convencionales rara vez se han utilizado en edificios debido a su bajo coeficiente de rendimiento (COP). Sin embargo, la combinación con la energía fotovoltaica podría acercarlos a la viabilidad comercial en el sector de la construcción, especialmente si se utilizan en edificios de baja demanda energética, que aún dependen del aire acondicionado convencional.
Chandel: “En el estado actual de la técnica, un prototipo de sistema de enfriamiento termoeléctrico puede no ser más económico en lo que respecta al costo inicial, pero brindará muchas ventajas, como cero o bajo mantenimiento, fácil reparación, operación sin ruido, modularidad, enfriamiento de precisión y es ciertamente más amigable con el medio ambiente que los sistemas de enfriamiento basados en clorofluorocarbonos que afectan el medio ambiente debido a las emisiones, especialmente durante la fabricación y eliminación de tales sistemas.”
Los científicos desarrollaron un diseño novedoso para un sistema TEM alimentado por energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV). El sistema utiliza aire como fluido térmico para la energía fotovoltaica en la azotea y una pared TEM primaria para el aire acondicionado de la habitación.
“El sistema de pared TEM está integrado con la pared de material de almacenamiento de energía térmica y tiene la función principal de calentar o enfriar la habitación adyacente, almacenar el exceso de energía térmica y también puede optimizarse como un sistema de apoyo para mejorar la eficiencia de cualquier sistema de CA convencional ya instalado a tiempo.”
Los científicos han reiterado: “En el sistema de techo, el flujo de aire es succionado por convección natural desde la parte inferior del conducto de aire debajo de los módulos fotovoltaicos y quita el calor del TEM integrado y de los módulos fotovoltaicos.”
Con módulos solares semitransparentes, el sistema podría configurarse como una pared de módulo termoeléctrico transparente (pared TTEM) o una pared de módulo termoeléctrico semitransparente (pared STEM ), dependiendo de la transmisibilidad de la masa térmica. Chandel dijo que el principal desafío para el sistema es su menor eficiencia en comparación con los sistemas convencionales de refrigeración por compresión de vapor (VCR). Los sistemas termoeléctricos tienen un coeficiente de rendimiento (COP) típicamente en el rango de 0,5 a 3,0; mientras que para los sistemas VCR es de 1,2 a 6,0.
“Sin embargo, si observamos los requisitos de enfriamiento del edificio y el rango de temperatura de confort térmico, no siempre existe la necesidad de un enfriamiento de alta potencia y, en tales casos, el sistema termoeléctrico puede funcionar adecuadamente incluso con una potencia de enfriamiento más baja y para el cambio de temperatura deseado” y añade Chandel: “Combinar tales sistemas con electricidad fotovoltaica barata y un diseño optimizado con la ayuda de otras tecnologías como paneles de enfriamiento de cielo radiante, materiales de cambio de fase (PCM) y tuberías de calor también puede igualar el campo para la aplicación factible de tales sistemas en aplicaciones de construcción. Además, se necesitan nuevos avances en la investigación de materiales para módulos termoeléctricos que puedan hacer que la tecnología sea realmente competitiva con los sistemas HVAC convencionales”.
Los científicos presentaron sus hallazgos en “Perspectivas de enfriamiento termoeléctrico con energía fotovoltaica sostenible en edificios de energía cero: Una revisión”, que se publicó recientemente en el International Journal of Energy Research . El grupo de investigación incluye académicos de la Universidad Shoolini en India y la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia.
El grupo de investigadores concluye: “La novedad del estudio es que presenta una revisión integral actualizada de los estudios anteriores, el estado actual del arte y los resultados y análisis de la investigación de desarrollo futuro en vista del cambio climático global y la necesidad de edificios sostenibles de energía cero (ZEB ) tecnologías.”
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