Как да намалим температурата на фотоволтаичния модул с перфорации на рамката

Изследователски екип, ръководен от учени от Китайския североизточен електрически енергиен университет, изследва влиянието на перфорацията на рамката върху намаляването на температурата на фотоволтаичните панели, използвайки пасивно въздушно охлаждане.

„В сравнение с предишни проучвания, основната новост на това проучване е цялостната оценка на ефекта от перфорацията на рамката върху ефективността на пасивното въздушно охлаждане, управлението на топлината и електрическата ефективност на фотоволтаичните панели“, обясниха от групата. „Извършва се подробен анализ на полето на въздушния поток около фотоволтаичните панели и температурното поле на фотоволтаичните панели и се сравняват и обсъждат ефектите от различните модели на перфорация на рамката и различните форми на отворите върху топлинните и електрически характеристики на фотоволтаичните панели. Основната цел на тази статия е да предостави справка за изследване на технологията за пасивно въздушно охлаждане на слънчеви фотоволтаични панели.“

Изследователският екип изследва 17 различни дизайна на перфорация на рамка, използвайки три-измерни симулации на изчислителна динамика на флуидите (CFD).

Симулациите се основават на монокристален силициев фотоволтаичен (PV) панел с размери 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. Панелът се състоеше от рамка от алуминиева сплав (2,5 mm дебелина), стъклен слой (3,2 mm), слой от етилен-винил ацетат (EVA) (0,5 mm), фотоволтаична клетка (0,6 mm) и табло (0,7 mm).

Изчислителната област беше куб с размери 0,8 m от всяка страна, с височина на монтаж 0,4 m. Скоростта на входящия вятър беше зададена на 6,0 m/s. Наветрената и подветрената страна на панела са с размери 52,8 cm, докато лявата и дясната страна са 32 cm. Падащото слънчево излъчване е 900 W/m².

За да валидират своя модел, изследователите изградиха експериментална настройка, използвайки по-малък монокристален силициев фотоволтаичен панел с размери 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. Панелът е с номинална мощност 10 W и е монтиран под ъгъл от 50 градуса. Експериментите са проведени в град Джилин, централен Китай, и резултатите са сравнени с отделен симулационен модел. Анализът показа средна температурна разлика между симулирани и измерени стойности от само 0,2267 градуса, с максимално едно-точково отклонение от 0,4 градуса.

След като CFD моделът беше валидиран, екипът оптимизира ъгъла на наклон за пасивно охлаждане, идентифицирайки 11 градуса като най-ефективен. Всички последващи симулации на случаите на перфорация бяха проведени при този наклон. 17-те дизайна на перфорация бяха групирани в четири категории въз основа на броя на перфорираните страни на рамката: едно-страна, двойна-страна, три-страна и четири-страна перфорации.

Във всеки корпус имаше кръгли или правоъгълни перфорации. За панели с наветрени и подветрени перфорации, кръглите отвори имат радиус от 3 mm и са разположени на 58,68 mm един от друг; от лявата и дясната страна дупките също бяха с радиус 3 mm, но на разстояние 64 mm. Правоъгълни перфорации с размери 4 mm × 100 mm с разстояние 107 mm и 5 mm × 70 mm с разстояние 60 mm, в зависимост от страната.

„Корпусът 2 - с осем кръгли отвора с радиус 3,0 mm от наветрената страна - постигна най-ниската средна температура на фотоволтаичния панел (39,37 градуса), най-ниската максимална температура (42,63 градуса), най-равномерното разпределение на температурата на повърхността, най-високата изходна мощност (24,18 W) и най-голямата ефективност на фотоелектрическо преобразуване (15,9%),“ съобщават изследователите.

„От гледна точка на средната температура на фотоволтаичния панел, 13 от оценените дизайни с перфорация на рамката превъзхождат не-перфорираната рамка (Случай 1)“, добавиха те. В сравнение с не-перфорирания панел, дизайнът на Case 2 намали температурата на панела с 5,44 градуса. При условия без{8}}ветрови условия перфорираната рамка намали средната температура с 37,8 градуса и повиши ефективността на фотоелектричното преобразуване с 2,89%.

Само три дизайна на перфорация - Случаи 3, 7 и 8 - са с по-ниска ефективност в сравнение с не-перфорирания панел. Случай 3 включваше кръгли отвори от подветрената страна, Случай 7 имаше правоъгълни отвори от подветрената страна, а Случай 8 имаше правоъгълни отвори от лявата страна. „Противно на общоприетите предположения, пробиването на повече дупки в рамката не подобрява непременно ефективността на охлаждане на PV панела“, заключава екипът.

Тяхната работа беше представена в „Оценка на ефекта от перфорацията на рамката върху намаляването на температурата на фотоволтаичния панел с пасивно въздушно охлаждане“, публикувана в Case Studies in Thermal Engineering. Изследователи от Китайския североизточен електроенергиен университет, Shengu Group и Китайския университет за наука и технологии взеха участие в проучването.