Kuinka alentaa PV-moduulin lämpötilaa kehyksen rei'ityksillä

Kiinan Northeast Electric Power Universityn tutkijoiden johtama tutkimusryhmä on tutkinut rungon rei'ityksen vaikutusta aurinkopaneelien lämpötilan alentamiseen passiivisen ilmajäähdytyksen avulla.

"Verrattuna aikaisempiin tutkimuksiin tämän tutkimuksen tärkein uutuus on rungon rei'ityksen kattava vaikutusarviointi passiivisen ilmanjäähdytyksen suorituskykyyn, lämmönhallintaan ja PV-paneelien sähköiseen suorituskykyyn", ryhmä selitti. "Suoritetaan yksityiskohtainen analyysi aurinkopaneelien ympärillä olevasta ilmavirtauskentästä ja aurinkopaneelien lämpötilakentästä sekä verrataan ja keskustellaan erilaisten runkojen rei'ityskuvioiden ja erilaisten reikämuotojen vaikutuksista aurinkopaneelien lämpö- ja sähkösuorituskykyyn. Tämän artikkelin päätavoitteena on tarjota referenssi aurinkopaneelien passiivisen ilmanjäähdytysteknologian tutkimukseen."

Tutkimusryhmä tutki 17 erilaista kehyksen rei'itysmallia käyttämällä kolmiulotteisia laskennallisia nestedynamiikan (CFD) simulaatioita.

Simulaatiot perustuivat monokiteiseen piin aurinkosähköpaneeliin (PV), jonka mitat ovat 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. Paneeli koostui alumiiniseoksesta (2,5 mm paksu), lasikerroksesta (3,2 mm), etyleeni-vinyyliasetaattikerroksesta (EVA) (0,5 mm), PV-kennosta (0,6 mm) ja taustalevystä (0,7 mm).

Laskennallinen alue oli 0,8 m molemmin puolin kuutio, jonka asennuskorkeus oli 0,4 m. Tulotuulen nopeudeksi asetettiin 6,0 m/s. Paneelin tuulen ja suojan puoleiset puolet olivat 52,8 cm, vasen ja oikea puoli 32 cm. Tuleva auringon säteilyvoimakkuus oli 900 W/m².

Mallinsa validoimiseksi tutkijat rakensivat kokeellisen asennuksen käyttämällä pienempää monokiteistä piitä olevaa PV-paneelia, jonka mitat olivat 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. Paneelin nimellisteho oli 10 W ja se asennettiin 50 asteen kallistuskulmaan. Kokeet suoritettiin Jilin Cityssä Keski-Kiinassa ja tuloksia verrattiin erilliseen simulaatiomalliin. Analyysi osoitti, että keskimääräinen lämpötilaero simuloitujen ja mitattujen arvojen välillä oli vain 0,2267 astetta ja maksimi yhden pisteen poikkeama 0,4 astetta.

Kun CFD-malli oli validoitu, tiimi optimoi kallistuskulman passiivista jäähdytystä varten ja määritti 11 astetta tehokkaimmaksi. Kaikki myöhemmät rei'itystapausten simulaatiot suoritettiin tällä kallistuksella. 17 rei'itysmallia ryhmiteltiin neljään luokkaan rei'itetyn rungon sivujen lukumäärän perusteella: yksi-sivu, kaksi-sivu, kolmi-puoli ja neljä-sivurei'itystä.

Jokaisessa kotelossa oli joko pyöreitä tai suorakaiteen muotoisia rei'ityksiä. Paneeleissa, joissa on tuulensuuntainen ja tuulensuuntainen rei'itys, pyöreiden reikien säde oli 3 mm ja niiden väli oli 58,68 mm; vasemmalla ja oikealla puolella reiät olivat myös säteeltään 3 mm, mutta 64 mm:n etäisyydellä toisistaan. Suorakaiteen muotoiset reiät mitattuna 4 mm × 100 mm 107 mm etäisyydellä ja 5 mm × 70 mm 60 mm etäisyydellä sivusta riippuen.

"Kahdeksalla pyöreällä 3,0 mm:n säteellä olevaa reikää tuulen puolella - sisältävä kotelo - saavutti alimman keskimääräisen PV-paneelin lämpötilan (39,37 astetta), alimman maksimilämpötilan (42,63 astetta), tasaisimman pintalämpötilan jakautumisen, suurimman lähtötehon (24,18 W) ja suurimman valosähköisen muunnostehokkuuden (15 %).

"PVC-paneelin keskimääräisen lämpötilan näkökulmasta 13 arvioiduista rungon rei'itysmalleista suoriutui tehokkaammin kuin -rei'ittämätön kehys (tapaus 1), he lisäsivät. Rei'ittämättömään -paneeliin verrattuna Case 2 -malli alensi paneelin lämpötilaa 5,44 astetta. Tuulettomissa olosuhteissa rei'itetty kehys laski keskilämpötilaa 37,8 astetta ja lisäsi valosähköistä muunnostehokkuutta 2,89 %.

Vain kolme rei'itettyä mallia - tapaukset 3, 7 ja 8 - suoriutuivat huonommin kuin -rei'ittämätön paneeli. Tapauksessa 3 oli pyöreitä reikiä suojan puolella, tapauksessa 7 oli suorakaiteen muotoisia reikiä suojan puolella ja tapauksessa 8 oli suorakaiteen muotoisia reikiä vasemmalla puolella. "Päinvastoin kuin yleisiä oletuksia, useampien reikien poraaminen runkoon ei välttämättä paranna PV-paneelin jäähdytystehoa", ryhmä päätteli.

Heidän työnsä esiteltiin Case Studies in Thermal Engineering -julkaisussa julkaistussa artikkelissa "Effect assessment of frame rei'itys on alenting photovoltaic paneelin lämpötila passiivisella ilmajäähdytyksellä". Tutkimukseen osallistuivat tutkijat Kiinan Northeast Electric Power Universitystä, Shengu Groupista ja Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta.