Kā samazināt PV moduļa temperatūru ar rāmja perforācijām

Zinātnieku komanda no Ķīnas Ziemeļaustrumu elektroenerģijas universitātes ir pētījusi rāmja perforācijas ietekmi uz PV paneļu temperatūras samazināšanu, izmantojot pasīvo gaisa dzesēšanu.

"Salīdzinot ar iepriekšējiem pētījumiem, šī pētījuma galvenais jaunums ir visaptverošs rāmja perforācijas ietekmes novērtējums uz pasīvās gaisa dzesēšanas veiktspēju, siltuma pārvaldību un PV paneļu elektrisko veiktspēju," skaidroja grupa. "Tiek veikta detalizēta gaisa plūsmas lauka ap PV paneļiem un PV paneļu temperatūras lauka analīze, kā arī tiek salīdzināta un apspriesta dažādu rāmju perforācijas modeļu un dažādu caurumu formu ietekme uz PV paneļu termiskajām un elektriskajām īpašībām. Šī raksta galvenais mērķis ir sniegt atsauci saules PV paneļu pasīvās gaisa dzesēšanas tehnoloģiju izpētei."

Pētnieku grupa pētīja 17 dažādus kadru perforācijas modeļus, izmantojot trīsdimensiju skaitļošanas šķidruma dinamikas (CFD) simulācijas.

Simulācijas tika balstītas uz monokristāliskā silīcija fotoelektrisko (PV) paneli, kura izmēri ir 52, 8 cm × 32 cm × 1, 05 cm. Panelis sastāvēja no alumīnija sakausējuma rāmja (2,5 mm biezs), stikla slāņa (3,2 mm), etilēna -vinilacetāta (EVA) slāņa (0,5 mm), PV elementa (0,6 mm) un aizmugures (0,7 mm).

Aprēķinu domēns bija kubs, kura izmērs bija 0, 8 m katrā pusē, un uzstādīšanas augstums bija 0, 4 m. Ieplūdes vēja ātrums tika noteikts 6,0 m/s. Paneļa pretvēja un aizvēja malas bija 52,8 cm, bet kreisā un labā puse bija 32 cm. Krītošais saules starojums bija 900 W/m².

Lai apstiprinātu savu modeli, pētnieki izveidoja eksperimentālu iestatījumu, izmantojot mazāku monokristāliskā silīcija PV paneli ar izmēriem 35 cm × 23, 5 cm × 1, 5 cm. Paneļa nominālā jauda bija 10 W, un tas tika uzstādīts 50 grādu slīpuma leņķī. Eksperimenti tika veikti Jilin City, Ķīnas centrālajā daļā, un rezultāti tika salīdzināti ar atsevišķu simulācijas modeli. Analīze parādīja, ka vidējā temperatūras starpība starp simulētajām un izmērītajām vērtībām ir tikai 0,2267 grādi, un maksimālā viena -punkta novirze bija 0,4 grādi.

Kad CFD modelis tika apstiprināts, komanda optimizēja slīpuma leņķi pasīvai dzesēšanai, nosakot 11 grādus kā visefektīvāko. Visas turpmākās perforācijas gadījumu simulācijas tika veiktas ar šo slīpumu. 17 perforācijas modeļi tika sagrupēti četrās kategorijās, pamatojoties uz perforēto rāmja malu skaitu: viena-puse, dubultā-puse, trīspuse- un četras-sānu perforācijas.

Katrā korpusā bija vai nu apļveida, vai taisnstūrveida perforācijas. Paneļiem ar pretvēja un aizvēja perforāciju apļveida caurumu rādiuss bija 3 mm, un tie bija izvietoti 58,68 mm attālumā viens no otra; kreisajā un labajā pusē caurumi bija arī 3 mm rādiusā, bet 64 mm attālumā viens no otra. Taisnstūra perforācijas izmēri ir 4 mm × 100 mm ar 107 mm atstarpi un 5 mm × 70 mm ar 60 mm atstarpi atkarībā no sāniem.

"Komplektā 2 - ar astoņiem apļveida caurumiem ar 3,0 mm rādiusu vēja pusē - tika sasniegta zemākā vidējā PV paneļa temperatūra (39,37 grādi), zemākā maksimālā temperatūra (42,63 grādi), vienmērīgākais virsmas temperatūras sadalījums, vislielākā izejas jauda (24,18 W) un vislielākā fotoelektriskās pārveides efektivitāte (15 %).

"No PV paneļu vidējās temperatūras viedokļa 13 no novērtētajiem rāmja perforācijas modeļiem bija labāki par ne{1}}perforētu rāmi (1. gadījums)," viņi piebilda. Salīdzinot ar ne-perforēto paneli, Case 2 dizains paneļa temperatūru samazināja par 5,44 grādiem. Bezvēja apstākļos perforētais rāmis pazemināja vidējo temperatūru par 37,8 grādiem un palielināja fotoelektriskās konversijas efektivitāti par 2,89%.

Tikai trīs perforācijas modeļi - 3., 7. un 8 - bija zemāki nekā ne-perforētajam panelim. 3. gadījumam bija apļveida caurumi aizvēja pusē, 7. gadījumam bija taisnstūrveida caurumi aizvēja pusē, bet 8. gadījuma kreisajā pusē bija taisnstūra caurumi. "Pretēji izplatītajiem pieņēmumiem, vairāku caurumu urbšana rāmī ne vienmēr uzlabo PV paneļa dzesēšanas veiktspēju," secināja komanda.

Viņu darbs tika prezentēts "Rāmja perforācijas ietekmes novērtējums uz fotoelektrisko paneļu temperatūras samazināšanu ar pasīvo gaisa dzesēšanu", kas publicēts Case Studies in Thermal Engineering. Pētījumā piedalījās pētnieki no Ķīnas Ziemeļaustrumu elektriskās enerģijas universitātes, Shengu Group un Ķīnas Zinātnes un tehnoloģijas universitātes.