Hogyan csökkenthető a PV-modul hőmérséklete a keret perforációjával

A kínai Northeast Electric Power University tudósai által vezetett kutatócsoport azt vizsgálta, hogy a keret perforációja milyen hatással van a PV panelek hőmérsékletének csökkentésére passzív léghűtés segítségével.

"A korábbi tanulmányokhoz képest ennek a tanulmánynak a fő újdonsága a keret perforációjának átfogó hatásvizsgálata a passzív levegőhűtési teljesítményre, a hőkezelésre és a PV panelek elektromos teljesítményére" - magyarázta a csoport. "A napelemes panelek körüli légáramlási mező és a napelemes panelek hőmérsékleti mezőjének részletes elemzése, valamint a különböző keret-perforációs minták és a különböző lyukformák hatása a napelemes panelek hő- és elektromos teljesítményére összehasonlításra és megvitatásra kerül. Ennek a cikknek a fő célja, hogy referenciaként szolgáljon a napelemes napelemek passzív léghűtési technológiai kutatásához."

A kutatócsoport 17 különböző keretperforációs tervet vizsgált meg háromdimenziós számítási folyadékdinamikai (CFD) szimulációk segítségével.

A szimulációk egy 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm méretű monokristályos szilícium fotovoltaikus (PV) panelen alapultak. A panel alumíniumötvözet keretből (2,5 mm vastag), üvegrétegből (3,2 mm), etilén-vinil-acetát (EVA) rétegből (0,5 mm), PV cellából (0,6 mm) és hátlapból (0,7 mm) állt.

A számítási tartomány egy mindkét oldalon 0,8 m méretű kocka volt, 0,4 m beépítési magassággal. A bejövő szél sebességét 6,0 m/s-ban határozták meg. A panel szél felőli és hátszél oldala 52,8 cm, míg a bal és jobb oldala 32 cm volt. A beeső napsugárzás 900 W/m² volt.

Modelljük validálásához a kutatók kísérleti elrendezést építettek fel egy kisebb, 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm méretű monokristályos szilícium PV panel segítségével. A panel névleges teljesítménye 10 W volt, és 50 fokos dőlésszöggel szerelték fel. A kísérleteket a közép-kínai Jilin Cityben végezték, és az eredményeket egy külön szimulációs modellel hasonlították össze. Az elemzés azt mutatta, hogy a szimulált és a mért értékek közötti átlagos hőmérséklet-különbség mindössze 0,2267 fok, a maximális egypontos eltérés pedig 0,4 fok.

A CFD-modell validálása után a csapat passzív hűtésre optimalizálta a dőlésszöget, és a 11 fokot jelölte meg a leghatékonyabbnak. A perforációs esetek minden későbbi szimulációját ezzel a dőléssel végezték. A 17 perforált mintát négy kategóriába soroltuk a perforált keretoldalak száma alapján: egy-oldal, kettős-oldal, három-oldal és négy-oldali perforáció.

Mindegyik tokon kör vagy téglalap alakú perforáció volt. A szél felőli és hátszél perforációjú panelek esetében a kör alakú lyukak sugara 3 mm volt, és egymástól 58,68 mm távolságra voltak; a bal és a jobb oldalon a lyukak szintén 3 mm-es sugarúak voltak, de egymástól 64 mm-re helyezkedtek el. A téglalap alakú perforációk oldaltól függően 4 mm × 100 mm méretűek 107 mm-es, és 5 mm × 70 mm-es 60 mm-es osztásközzel.

"A szél felőli oldalon nyolc körkörös, 3,0 mm sugarú furattal rendelkező 2 - tok - elérte a legalacsonyabb átlagos PV panel hőmérsékletet (39,37 fok), a legalacsonyabb maximális hőmérsékletet (42,63 fok), a legegyenletesebb felületi hőmérséklet-eloszlást, a legnagyobb kimeneti teljesítményt (24,18 W) és a legnagyobb fotoelektromos konverziós hatékonyságot (9%)" (15 kutató).

"Az átlagos PV panelhőmérséklet szempontjából a kiértékelt keretperforációs tervek közül 13 jobb teljesítményt nyújtott a nem{1}}perforált kerethez (1. eset)" - tették hozzá. A nem-perforált panelhez képest a Case 2 kialakítása 5,44 fokkal csökkentette a panel hőmérsékletét. Szélmentes körülmények között a perforált keret 37,8 fokkal csökkentette az átlaghőmérsékletet, és 2,89%-kal növelte a fotoelektromos konverziós hatékonyságot.

Csak három perforált minta - (3., 7. és 8 - eset) teljesített gyengébb a nem-perforált panelhez képest. A 3-as esetben kör alakú lyukak voltak a hátulsó oldalon, a 7-es esetnél négyszögletes lyukak voltak a hátsó oldalon, a 8-as esetben pedig téglalap alakú lyukak a bal oldalon. "A közkeletű feltételezésekkel ellentétben, ha több lyukat fúrnak a keretbe, az nem feltétlenül javítja a napelemes panel hűtési teljesítményét" - állapította meg a csapat.

Munkájukat a Case Studies in Thermal Engineering című folyóiratban mutatták be "A keret perforációjának hatásvizsgálata a fotovoltaikus panel hőmérsékletének csökkentésére passzív léghűtéssel". A kutatásban a kínai Northeast Electric Power Egyetem, a Shengu Group és a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem kutatói vettek részt.