Diseño radiativo determinista basado en matrices mediante una nueva formulación general de exergía y eficiencia exergética para colectores solares híbridos

Abstract

Este artículo aporta dos contribuciones principales: una nueva formulación general de la exergía de la radiación y de la eficiencia exergética de paneles fotovoltaicos (PV) como absorbedores de superficie gris; y el desarrollo de un método analítico de diseño radiativo de colectores solares híbridos mediante el uso de formalismo matricial. El nuevo modelo GS (Gray Surface) de eficiencia exergética, aplicable a superficies grises, es propuesto y comparado con los modelos clásicos (en el primer estudio de caso), y con un valor de 0.939 revela una diferencia de hasta el 1% en comparación con el modelo de Petela–Landsberg–Press (0.932) o el modelo de Jeter–Carnot (0.949). La nueva metodología permite determinar las pérdidas de radiación térmica a través de las paredes laterales. El segundo estudio de caso incluye una estimación de estas pérdidas del 2.63% para el diseño analizado. Se realizó un análisis de sensibilidad del espesor frente a la eficiencia exergética, mostrando que cada incremento de 10 mm en el espesor del colector provoca una disminución del 1.6% en la potencia (trabajo) extraída, mientras que la eficiencia exergética radiativa disminuye un 0.75%. Al incluir, en futuras investigaciones, el efecto de la transferencia de calor por convección, la metodología propuesta podría constituirse en una referencia teórica que pueda compararse con otros dos enfoques de investigación: numéricos (CFD) y empíricos.