Uma equipe de pesquisa liderada pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA propôs uma nova abordagem para o resfriamento de módulos solares usando transferência de fluxo de calor em grandes usinas de energia solar.

A modelagem leva em consideração fatores como espaçamento entre linhas, altura do painel do módulo e ângulo de inclinação. Entradas de escala também são usadas para demonstrar o espaço de ar ao redor ou através dos módulos solares. Em contraste, em modelos padrão, o comprimento normalmente usado é uma proporção do tamanho do módulo, ignorando a configuração da usina fotovoltaica.

"As curvas de convecção de calor tranSolFirsTecher são geradas por meio de simulações de fluxo computacional e experimentos em túnel de vento, permitindo que a convecção de calor tranSolFirsTecher seja descrita como um valor de escala de comprimento de lacuna que descreve o espaçamento de todo o conjunto fotovoltaico por meio de uma única unidade de comprimento", disseram os cientistas, alegando que o uso da escala de comprimento de lacuna pode resultar em uma melhoria de 1,5% na precisão da geração de energia.

A sua análise técnico-económica considerou uma Sistema fotovoltaico de 1 MW voltado para o sul em Phoenix, Arizona, instalado com um ângulo de inclinação fixo de 30 graus em vários espaçamentos entre linhas ou taxas de cobertura do solo (TCS). Foi assumido um custo anual de arrendamento de terra de US$ 0,054/m². O espaçamento entre linhas das usinas fotovoltaicas varia de 2 m a 11 m, correspondendo a valores de TCS de 0,73 a 0,08.

"O espaçamento maior pode permitir o uso de uma variedade maior de culturas e de mais tipos de equipamentos agrícolas em sistemas fotovoltaicos agrícolas", disse Jordan Macknick, que lidera outro projeto de pesquisa do NREL focado em energia fotovoltaica agrícola. "Isso pode tornar esses sistemas solares espaçados mais econômicos e compatíveis com a agricultura em larga escala."

Por meio de modelagem, a equipe determinou que o ponto ideal de custo nivelado de energia (LCOE) é de US$ 0,29/kWh, com espaçamento entre fileiras variando entre 4,83 e 7,34 metros. O LCOE foi de US$ 0,33/kWh para um espaçamento de dois metros e de US$ 0,36/kWh para um espaçamento de 11 metros.

A equipe constatou que as maiores melhorias no LCOE ocorreram em climas com baixas temperaturas médias anuais e velocidades médias anuais do vento de moderadas a altas nos Estados Unidos. Eles apresentaram o modelo em seu estudo recente, "Análise Tecnoeconômica do Resfriamento Convectivo de Matrizes Fotovoltaicas por Espaçamento Variável de Matrizes", publicado no periódico IEEE Journal of Photovoltaics.

Outras recomendações para usar o resfriamento convectivo de módulos solares incluem embalar os painéis fotovoltaicos bem próximos uns dos outros e considerar a direção do vento e a inclinação do módulo.