Πώς να μειώσετε τη θερμοκρασία της μονάδας φωτοβολταϊκών με διατρήσεις πλαισίου

Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες από το Northeast Electric Power University της Κίνας διερεύνησε την επίδραση της διάτρησης του πλαισίου στη μείωση της θερμοκρασίας των φωτοβολταϊκών πάνελ χρησιμοποιώντας παθητική ψύξη αέρα.

«Σε σύγκριση με προηγούμενες μελέτες, η κύρια καινοτομία αυτής της μελέτης είναι η συνολική αξιολόγηση της επίδρασης της διάτρησης του πλαισίου στην απόδοση παθητικής ψύξης αέρα, τη θερμική διαχείριση και την ηλεκτρική απόδοση των φωτοβολταϊκών πάνελ», εξήγησε η ομάδα. "Γίνεται λεπτομερής ανάλυση του πεδίου ροής αέρα γύρω από τα φωτοβολταϊκά πάνελ και το πεδίο θερμοκρασίας των φωτοβολταϊκών πάνελ και συγκρίνονται και συζητούνται τα αποτελέσματα διαφορετικών μοτίβων διάτρησης πλαισίου και διαφορετικών σχημάτων οπών στις θερμικές και ηλεκτρικές επιδόσεις των φωτοβολταϊκών πάνελ.

Η ερευνητική ομάδα διερεύνησε 17 διαφορετικά σχέδια διάτρησης πλαισίου χρησιμοποιώντας τρισδιάστατες προσομοιώσεις υπολογιστικής δυναμικής ρευστών (CFD).

Οι προσομοιώσεις βασίστηκαν σε ένα φωτοβολταϊκό πάνελ μονοκρυσταλλικού πυριτίου (PV) διαστάσεων 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. Το πάνελ αποτελούνταν από ένα πλαίσιο από κράμα αλουμινίου (πάχος 2,5 mm), ένα στρώμα γυαλιού (3,2 mm), ένα στρώμα αιθυλενίου-οξικού βινυλίου (EVA) (EVA) (0,5 mm), ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο (0,6 mm) και έναν πίνακα πλάτης (0,7 mm).

Ο υπολογιστικός τομέας ήταν ένας κύβος διαστάσεων 0,8 m σε κάθε πλευρά, με ύψος εγκατάστασης 0,4 m. Η ταχύτητα του ανέμου εισόδου ορίστηκε στα 6,0 m/s. Οι προσήνεμες και υπήνεμες πλευρές του πάνελ ήταν 52,8 cm, ενώ η αριστερή και η δεξιά πλευρά ήταν 32 cm. Η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία ήταν 900 W/m².

Για να επικυρώσουν το μοντέλο τους, οι ερευνητές κατασκεύασαν μια πειραματική διάταξη χρησιμοποιώντας ένα μικρότερο φωτοβολταϊκό πάνελ μονοκρυσταλλικού πυριτίου με διαστάσεις 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. Ο πίνακας είχε ονομαστική ισχύ 10 W και τοποθετήθηκε σε γωνία κλίσης 50 μοιρών. Πειράματα διεξήχθησαν στην πόλη Jilin, στην κεντρική Κίνα, και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με ένα ξεχωριστό μοντέλο προσομοίωσης. Η ανάλυση έδειξε μια μέση διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ προσομοιωμένων και μετρούμενων τιμών μόλις 0,2267 μοιρών , με μέγιστη απόκλιση ενός σημείου- 0,4 μοιρών .

Μόλις επικυρώθηκε το μοντέλο CFD, η ομάδα βελτιστοποίησε τη γωνία κλίσης για παθητική ψύξη, προσδιορίζοντας τις 11 μοίρες ως την πιο αποτελεσματική. Όλες οι επόμενες προσομοιώσεις των περιπτώσεων διάτρησης διεξήχθησαν σε αυτή την κλίση. Τα 17 σχέδια διάτρησης ομαδοποιήθηκαν σε τέσσερις κατηγορίες με βάση τον αριθμό των διάτρητων πλευρών του πλαισίου: μονή-πλευρική, διπλή-πλευρική, τρί-πλευρική και τέσσερις-πλευρικές διατρήσεις.

Κάθε θήκη είχε είτε κυκλικές είτε ορθογώνιες διατρήσεις. Για πάνελ με προσήνεμες και υπήνεμες διατρήσεις, οι κυκλικές οπές είχαν ακτίνα 3 mm και απέχουν μεταξύ τους 58,68 mm. στην αριστερή και τη δεξιά πλευρά, οι τρύπες είχαν επίσης ακτίνα 3 mm αλλά απέχουν μεταξύ τους 64 mm. Ορθογώνιες διατρήσεις διαστάσεων 4 mm × 100 mm με απόσταση 107 mm και 5 mm × 70 mm με απόσταση 60 mm, ανάλογα με την πλευρά.

"Η θήκη 2 - με οκτώ κυκλικές οπές ακτίνας 3,0 mm στην προσήνεμη πλευρά - πέτυχε τη χαμηλότερη μέση θερμοκρασία φωτοβολταϊκού πίνακα (39,37 μοίρες ), τη χαμηλότερη μέγιστη θερμοκρασία (42,63 μοίρες ), την πιο ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας επιφάνειας, την υψηλότερη ισχύ εξόδου (24,18 W) και τη μεγαλύτερη φωτοηλεκτρική μετατροπή που αναφέρθηκε.

"Από την προοπτική της μέσης θερμοκρασίας του φωτοβολταϊκού πίνακα, 13 από τα αξιολογούμενα σχέδια διάτρησης πλαισίου ξεπέρασαν τις επιδόσεις του μη-διατρητικού πλαισίου (Περίπτωση 1)", πρόσθεσαν. Σε σύγκριση με το μη διάτρητο πάνελ, ο σχεδιασμός Case 2 μείωσε τη θερμοκρασία του πάνελ κατά 5,44 βαθμούς . Σε συνθήκες χωρίς-άνεμο, το διάτρητο πλαίσιο μείωσε τη μέση θερμοκρασία κατά 37,8 μοίρες και αύξησε την απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής κατά 2,89%.

Μόνο τρία σχέδια διάτρησης - Οι θήκες 3, 7 και 8 - είχαν χαμηλότερη απόδοση σε σχέση με το μη διάτρητο πλαίσιο. Η θήκη 3 είχε κυκλικές τρύπες στην υπήνεμη πλευρά, η θήκη 7 είχε ορθογώνιες τρύπες στην υπήνεμη πλευρά και η θήκη 8 είχε ορθογώνιες τρύπες στην αριστερή πλευρά. «Σε αντίθεση με τις κοινές υποθέσεις, η διάνοιξη περισσότερων οπών στο πλαίσιο δεν βελτιώνει απαραίτητα την απόδοση ψύξης του φωτοβολταϊκού πίνακα», κατέληξε η ομάδα.

Η εργασία τους παρουσιάστηκε στο "Effect vlerësim της διάτρησης πλαισίου στη μείωση της θερμοκρασίας φωτοβολταϊκών πάνελ με παθητική ψύξη αέρα", που δημοσιεύτηκε στο Case Studies in Thermal Engineering. Στη μελέτη συμμετείχαν ερευνητές από το Northeast Electric Power University της Κίνας, τον Όμιλο Shengu και το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας.