Cum să reduceți temperatura modulului fotovoltaic cu perforații ale cadrului

O echipă de cercetare condusă de oameni de știință de la Universitatea de Energie Electrică de Nord-Est din China a investigat impactul perforației cadrului asupra reducerii temperaturii panourilor fotovoltaice folosind răcirea pasivă cu aer.

„În comparație cu studiile anterioare, principala noutate a acestui studiu este evaluarea cuprinzătoare a efectului perforației cadrului asupra performanței pasive de răcire cu aer, managementului termic și performanței electrice a panourilor fotovoltaice”, a explicat grupul. „Se efectuează o analiză detaliată a câmpului de aer din jurul panourilor fotovoltaice și a câmpului de temperatură al panourilor fotovoltaice și sunt comparate și discutate efectele diferitelor modele de perforare a cadrului și diferitelor forme de găuri asupra performanțelor termice și electrice ale panourilor fotovoltaice. Obiectivul principal al acestei lucrări este de a oferi o referință pentru cercetarea tehnologiei de răcire pasivă cu aer a panourilor solare fotovoltaice.

Echipa de cercetare a investigat 17 modele diferite de perforare a cadrului utilizând simulări tri-dimensionale de dinamică computațională a fluidelor (CFD).

Simulările s-au bazat pe un panou fotovoltaic de siliciu monocristalin (PV) care măsoară 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. Panoul a constat dintr-un cadru din aliaj de aluminiu (2,5 mm grosime), un strat de sticlă (3,2 mm), un strat de etilenă-acetat de vinil (EVA) (0,5 mm), o celulă PV (0,6 mm) și un panou (0,7 mm).

Domeniul de calcul a fost un cub de 0,8 m pe fiecare parte, cu o înălțime de instalare de 0,4 m. Viteza vântului la intrare a fost stabilită la 6,0 m/s. Laturile din vânt și sub vânt ale panoului măsurau 52,8 cm, în timp ce laturile stânga și dreapta aveau 32 cm. Iradierea solară incidentă a fost de 900 W/m².

Pentru a-și valida modelul, cercetătorii au construit o configurație experimentală folosind un panou fotovoltaic de siliciu monocristalin mai mic, cu dimensiuni de 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. Panoul avea o putere nominală de 10 W și a fost instalat la un unghi de înclinare de 50 de grade. Experimentele au fost efectuate în orașul Jilin, China centrală, iar rezultatele au fost comparate cu un model de simulare separat. Analiza a arătat o diferență medie de temperatură între valorile simulate și măsurate de doar 0,2267 grade , cu o abatere maximă de un-punct de 0,4 grade .

Odată validat modelul CFD, echipa a optimizat unghiul de înclinare pentru răcirea pasivă, identificând 11 grade ca fiind cel mai eficient. Toate simulările ulterioare ale cazurilor de perforare au fost efectuate la această înclinare. Cele 17 modele de perforare au fost grupate în patru categorii în funcție de numărul de laturi perforate ale cadrului: perforații cu o singură-față,-duble, trei-laturi și patru-laturi.

Fiecare carcasă prezenta perforații circulare sau dreptunghiulare. Pentru panourile cu perforații sub vânt și sub vânt, găurile circulare aveau o rază de 3 mm și erau distanțate la 58,68 mm; pe partea stângă și dreaptă, găurile aveau, de asemenea, o rază de 3 mm, dar distanțate la 64 mm. Perforațiile dreptunghiulare au măsurat 4 mm × 100 mm cu o distanță de 107 mm și 5 mm × 70 mm cu o distanță de 60 mm, în funcție de latură.

„Carcasa 2 - cu opt găuri circulare cu o rază de 3,0 mm pe partea spre vânt - a atins cea mai scăzută temperatură medie a panoului fotovoltaic (39,37 grade), cea mai scăzută temperatură maximă (42,63 grade), cea mai uniformă distribuție a temperaturii la suprafață, cea mai mare putere de ieșire (24,18 W) și cea mai mare eficiență de conversie fotoelectrică raportată de cercetători.

„Din perspectiva temperaturii medii a panoului fotovoltaic, 13 dintre modelele de perforare a cadrului evaluate au depășit cadrul ne-perforat (Cazul 1)”, au adăugat ei. În comparație cu panoul ne-perforat, designul Case 2 a redus temperatura panoului cu 5,44 grade . În condiții fără-vânt, cadrul perforat a scăzut temperatura medie cu 37,8 grade și a crescut eficiența conversiei fotoelectrice cu 2,89%.

Doar trei modele de perforare - Cazurile 3, 7 și 8 - au avut performanțe slabe față de panoul ne-perforat. Cazul 3 avea găuri circulare pe partea sub vânt, Cazul 7 avea găuri dreptunghiulare pe partea sub vânt, iar Cazul 8 avea găuri dreptunghiulare pe partea stângă. „Spre deosebire de ipotezele comune, forarea mai multor găuri în cadru nu îmbunătățește neapărat performanța de răcire a panourilor fotovoltaice”, a concluzionat echipa.

Lucrarea lor a fost prezentată în „Evaluarea efectului perforației cadrului asupra reducerii temperaturii panoului fotovoltaic cu răcire pasivă cu aer”, publicat în Studii de caz în inginerie termică. La studiu au participat cercetători de la Universitatea de Energie Electrică de Nord-Est din China, Grupul Shengu și Universitatea de Știință și Tehnologie din China.