Kako smanjiti temperaturu PV modula perforacijama okvira

Istraživački tim predvođen naučnicima sa kineskog Northeast Electric Power University istraživao je uticaj perforacije okvira na smanjenje temperature PV panela koristeći pasivno hlađenje vazduha.

"U poređenju sa prethodnim studijama, glavna novina ove studije je sveobuhvatna procena uticaja perforacije okvira na performanse pasivnog vazdušnog hlađenja, upravljanje toplotom i električne performanse PV panela", objasnila je grupa. "Sprovedena je detaljna analiza polja strujanja zraka oko PV panela i temperaturnog polja PV panela, te su upoređeni i razmotreni efekti različitih obrazaca perforacije okvira i različitih oblika rupa na toplinske i električne performanse PV panela. Glavni cilj ovog rada je pružiti referencu za istraživanje tehnologije pasivnog zračnog hlađenja solarnih PV panela."

Istraživački tim je istražio 17 različitih dizajna perforacije okvira koristeći simulacije trodimenzionalne računske dinamike fluida (CFD).

Simulacije su zasnovane na fotonaponskom (PV) panelu od monokristalnog silicijuma dimenzija 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. Panel se sastojao od okvira od legure aluminijuma (debljine 2,5 mm), sloja stakla (3,2 mm), sloja etilen-vinil acetata (EVA) (0,5 mm), PV ćelije (0,6 mm) i table (0,7 mm).

Računski domen je bio kocka dimenzija 0,8 m sa svake strane, sa visinom ugradnje od 0,4 m. Brzina ulaznog vjetra postavljena je na 6,0 m/s. Zavjetrena i zavjetrinska strana panela imale su 52,8 cm, a lijeva i desna 32 cm. Incidentno sunčevo zračenje bilo je 900 W/m².

Da bi potvrdili svoj model, istraživači su napravili eksperimentalnu postavku koristeći manji monokristalni silikonski PV panel dimenzija 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. Panel je imao nazivnu snagu od 10 W i postavljen je pod uglom nagiba od 50 stepeni. Eksperimenti su sprovedeni u gradu Jilin, centralna Kina, a rezultati su upoređeni sa posebnim simulacionim modelom. Analiza je pokazala prosječnu temperaturnu razliku između simuliranih i izmjerenih vrijednosti od samo 0,2267 stepeni, uz maksimalno odstupanje u jednoj-tački od 0,4 stepena.

Kada je CFD model potvrđen, tim je optimizovao ugao nagiba za pasivno hlađenje, identifikujući 11 stepeni kao najefikasniji. Sve naknadne simulacije slučajeva perforacije provedene su na ovom nagibu. 17 dizajna perforacija grupisano je u četiri kategorije na osnovu broja perforiranih strana okvira: jedno-bočne, dvostrane-strane, trostrane{6}}i četiri-strane perforacije.

Svaka kutija je imala kružne ili pravokutne perforacije. Za panele s perforacijom prema vjetru i zavjetrini, kružne rupe su imale radijus od 3 mm i međusobno razmaknute 58,68 mm; na lijevoj i desnoj strani rupe su također imale polumjer 3 mm, ali razmaknute 64 mm. Pravokutne perforacije su dimenzija 4 mm × 100 mm sa razmakom od 107 mm i 5 mm × 70 mm sa razmakom od 60 mm, ovisno o strani.

"Slučaj 2 - sa osam kružnih rupa polumjera 3,0 mm na vjetrovitoj strani - postigao je najnižu prosječnu temperaturu PV panela (39,37 stepeni), najnižu maksimalnu temperaturu (42,63 stepena), najjednostavniju distribuciju površinske temperature, najveću izlaznu snagu (24,18 W) i najveću efikasnost fotoelektrične konverzije koju su prijavili 15.9% istraživača.

"Iz perspektive prosječne temperature PV panela, 13 procijenjenih dizajna perforacije okvira nadmašilo je ne-perforirani okvir (Slučaj 1)", dodali su. U poređenju sa ne-perforiranim panelom, dizajn Case 2 smanjio je temperaturu panela za 5,44 stepena. U uslovima bez-vjetara, perforirani okvir je smanjio prosječnu temperaturu za 37,8 stepeni i povećao efikasnost fotoelektrične konverzije za 2,89%.

Samo tri dizajna perforacije - Slučajevi 3, 7 i 8 - imaju lošiji učinak u odnosu na ne-perforiranu ploču. Slučaj 3 je imao kružne rupe na strani u zavjetrini, Slučaj 7 je imao pravokutne rupe na strani u zavjetrini, a Slučaj 8 je imao pravokutne rupe na lijevoj strani. "Suprotno uobičajenim pretpostavkama, bušenje više rupa u okviru ne mora nužno poboljšati performanse hlađenja PV panela", zaključio je tim.

Njihov rad je predstavljen u "Procjeni efekta perforacije okvira na smanjenje temperature fotonaponskog panela sa pasivnim hlađenjem zraka", objavljenom u Studijama slučaja u termalnom inženjerstvu. U istraživanju su učestvovali istraživači sa kineskog Northeast Electric Power University, Shengu Group i Univerziteta nauke i tehnologije Kine.