Nuevos desarrollos en sistemas híbridos fotovoltaicos-térmicos (PVT) con almacenamiento térmico: diseño, modelado y validación experimental

Abstract

La presente tesis doctoral se centra en el diseño, caracterización experimental y modelado numérico (CFD) de un colector híbrido fotovoltaico-térmico (PVT) con almacenamiento de calor latente mediante materiales de cambio de fase (PCM). Para superar la baja conductividad térmica de los PCMs convencionales, se caracterizó e integró un material compuesto de grafito expandido (EG-PCM), obteniendo una conductividad térmica 35 veces superior a la original. Se fabricó un prototipo PVT-PCM y se ensayó en condiciones reales de operación al aire libre, evaluando su rendimiento termoeléctrico frente a un panel PVT de referencia. Adicionalmente, se desarrolló un modelo digital mediante CFD validado con los resultados experimentales. Los resultados demostraron que el sistema PVT-PCM permite una gestión térmica desacoplada sin penalizar la conversión eléctrica, alcanzando una eficiencia diaria en condiciones reales de funcionamiento de hasta el 48% (11,4% eléctrica y 37,3% térmica), demostrando su viabilidad técnica para aplicaciones en edificios de bajo consumo

The present doctoral thesis focuses on the design, experimental characterization and numerical modelling (CFD) of a hybrid photovoltaic-thermal collector (PVT) with latent heat storage using phase change materials (PCM). To overcome the low thermal conductivity of conventional PCMs, an expanded graphite composite material (EG-PCM) was characterized and integrated, obtaining a thermal conductivity 35 times higher than the original. A PVT-PCM prototype was manufactured and tested under real outdoor operating conditions, evaluating its thermoelectric performance against a reference PVT panel. Additionally, a digital model was developed using CFD validated with the experimental results. The results showed that the PVT-PCM system allows decoupled thermal management without penalizing electrical conversion, achieving a daily efficiency in real operating conditions of up to 48% (11.4% electrical and 37.3% thermal), demonstrating its technical feasibility for applications in buildings with nearly zero energy consumption