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 do módulo solar usando a transferência de fluxo de calor em grandes usinas de energia solar.

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

"As curvas de transferência de convecção de calor são geradas por meio de simulações computacionais de fluxo e experimentos em túneis de vento, permitindo que a transferência de convecção de calor seja descrita como um valor de escala de comprimento de lacuna que descreve o espaçamento de todo o painel fotovoltaico através de uma única unidade de comprimento", disseram os cientistas, afirmando que usar a escala de comprimento da lacuna pode resultar em uma melhoria de 1,5% na precisão da geração de energia.

Sua análise técnico-econômica considerou um 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 de fileiras ou taxas de cobertura do solo (GCR). Foi assumido um custo anual de arrendamento de terra de $ 0,054/m2. O espaçamento entre linhas de usinas fotovoltaicas varia de 2 m a 11 m, correspondendo a valores de GCR de 0,73 a 0,08.

"O aumento do espaçamento pode permitir uma maior variedade de culturas e mais tipos de equipamentos agrícolas a serem usados ​​em sistemas fotovoltaicos agrícolas", disse Jordan Macknick, que lidera outro projeto de pesquisa do NREL focado em fotovoltaico 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 linhas variando entre 4,83 e 7,34 metros. O LCOE foi de US$ 0,33/kWh para um espaçamento de dois metros e US$ 0,36/kWh para um espaçamento de 11 metros.

A equipe descobriu que as maiores melhorias no LCOE ocorreram em climas com baixas temperaturas médias anuais e velocidades de vento médias anuais 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 IEEE Journal of Photovoltaics.

Outras recomendações para o uso do resfriamento convectivo do módulo solar incluem colocar os painéis fotovoltaicos juntos e considerar a direção do vento e a inclinação do módulo.