Како смањити температуру фотонапонског модула са перфорацијама оквира

Истраживачки тим предвођен научницима са кинеског Нортхеаст Елецтриц Повер Университи истраживао је утицај перфорације оквира на смањење температуре фотонапонских панела коришћењем пасивног ваздушног хлађења.

„У поређењу са претходним студијама, главна новина ове студије је свеобухватна процена ефеката перфорације оквира на перформансе пасивног ваздушног хлађења, управљање топлотом и електричне перформансе ПВ панела“, објаснила је група. „Спроведена је детаљна анализа поља струјања ваздуха око ПВ панела и температурног поља ПВ панела, а упоређени су и размотрени ефекти различитих образаца перфорације оквира и различитих облика рупа на термичке и електричне перформансе ПВ панела. Главни циљ овог рада је да пружи референцу за истраживање технологије пасивног ваздушног хлађења соларних ПВ панела.

Истраживачки тим је истражио 17 различитих дизајна перфорације оквира користећи симулације тродимензионалне рачунарске динамике флуида (ЦФД).

Симулације су засноване на фотонапонском панелу од монокристалног силикона (ПВ) димензија 52,8 цм × 32 цм × 1,05 цм. Панел се састојао од оквира од алуминијумске легуре (дебљине 2,5 мм), слоја стакла (3,2 мм), слоја етилен-винил ацетата (ЕВА) (0,5 мм), фотонапонске ћелије (0,6 мм) и табле (0,7 мм).

Рачунски домен је била коцка димензија 0,8 м са сваке стране, са висином уградње од 0,4 м. Брзина улазног ветра је подешена на 6,0 м/с. Заветна и заветрина страна панела имале су 52,8 цм, а лева и десна 32 цм. Упадно сунчево зрачење било је 900 В/м².

Да би потврдили свој модел, истраживачи су направили експерименталну поставку користећи мањи монокристални силиконски ПВ панел димензија 35 цм × 23,5 цм × 1,5 цм. Панел је имао називну снагу од 10 В и постављен је под углом од 50 степени. Експерименти су спроведени у граду Јилин, централна Кина, а резултати су упоређени са посебним симулационим моделом. Анализа је показала да просечна температурна разлика између симулираних и измерених вредности износи само 0,2267 степени, уз максимално одступање у једној-тачки од 0,4 степена.

Када је ЦФД модел потврђен, тим је оптимизовао угао нагиба за пасивно хлађење, идентификујући 11 степени као најефикаснији. Све наредне симулације случајева перфорације су спроведене на овом нагибу. 17 дизајна перфорације су груписани у четири категорије на основу броја перфорираних страна оквира: једно-бочне, двостране-стране, тростране-и четири-бочне перфорације.

Сваки случај је имао кружне или правоугаоне перфорације. За панеле са перфорацијом према ветру и заветрини, кружне рупе су имале радијус од 3 мм и биле су размакнуте 58,68 мм; на левој и десној страни, рупе су такође биле полупречника 3 мм, али размакнуте 64 мм. Правоугаоне перфорације су димензија 4 мм × 100 мм са размаком од 107 мм и 5 мм × 70 мм са размаком од 60 мм, у зависности од стране.

„Случај 2 - са осам кружних рупа пречника 3,0 мм на ветровитој страни - постигао је најнижу просечну температуру ПВ панела (39,37 степени), најнижу максималну температуру (42,63 степена), најуједначенију дистрибуцију површинске температуре, највећу излазну снагу (24,18 В) и највећу ефикасност фотоелектричне конверзије коју су пријавили15.9% (1).

„Из перспективе просечне температуре фотонапонских панела, 13 процењених дизајна перфорације оквира надмашило је не-перфорирани оквир (Случај 1)“, додали су. У поређењу са не-перфорираним панелом, дизајн случаја 2 смањио је температуру панела за 5,44 степена. У условима без-ветра, перфорирани оквир је смањио просечну температуру за 37,8 степени и повећао ефикасност фотоелектричне конверзије за 2,89%.

Само три дизајна перфорације - Случајеви 3, 7 и 8 - имају лошији учинак у односу на не-неперфорирану плочу. Случај 3 је имао кружне рупе на страни у заветрини, Случај 7 је имао правоугаоне рупе на страни у заветрини, а Случај 8 је имао правоугаоне рупе на левој страни. „Супротно уобичајеним претпоставкама, бушење више рупа у оквиру не мора нужно да побољша перформансе хлађења ПВ панела“, закључио је тим.

Њихов рад је представљен у "Процена ефеката перфорације оквира на смањење температуре фотонапонских панела са пасивним ваздушним хлађењем", објављеном у Студијама случаја у термотехници. У студији су учествовали истраживачи са кинеског Универзитета Нортхеаст Елецтриц Повер, Схенгу Гроуп и Универзитета науке и технологије Кине.