Ako znížiť teplotu FV modulu pomocou perforácií rámu

Výskumný tím vedený vedcami z čínskej Northeast Electric Power University skúmal vplyv perforácie rámu na zníženie teploty FV panelov pomocou pasívneho chladenia vzduchom.

„V porovnaní s predchádzajúcimi štúdiami je hlavnou novinkou tejto štúdie komplexné hodnotenie vplyvu perforácie rámu na výkon pasívneho vzduchového chladenia, tepelný manažment a elektrický výkon FV panelov,“ vysvetlila skupina. "Vykonáva sa podrobná analýza poľa prúdenia vzduchu okolo PV panelov a teplotného poľa PV panelov a porovnávajú sa a diskutujú účinky rôznych vzorov perforácie rámu a rôznych tvarov otvorov na tepelný a elektrický výkon PV panelov. Hlavným cieľom tohto článku je poskytnúť referenciu pre výskum technológie pasívneho vzduchového chladenia solárnych PV panelov."

Výskumný tím skúmal 17 rôznych návrhov perforácie rámu pomocou trojrozmerných simulácií výpočtovej dynamiky tekutín (CFD).

Simulácie boli založené na monokryštalickom kremíkovom fotovoltaickom (PV) paneli s rozmermi 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. Panel pozostával z rámu z hliníkovej zliatiny (hrúbka 2,5 mm), sklenenej vrstvy (3,2 mm), vrstvy etylén-vinylacetátu (EVA) (0,5 mm), PV článku (0,6 mm) a zadnej dosky (0,7 mm).

Výpočtovou doménou bola kocka s rozmermi 0,8 m na každej strane, s výškou inštalácie 0,4 m. Vstupná rýchlosť vetra bola nastavená na 6,0 m/s. Náveterná a záveterná strana panelu merala 52,8 cm, ľavá a pravá strana 32 cm. Dopadajúce slnečné žiarenie bolo 900 W/m².

Na overenie svojho modelu výskumníci vytvorili experimentálne nastavenie s použitím menšieho monokryštalického kremíkového PV panela s rozmermi 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. Panel mal menovitý výkon 10 W a bol inštalovaný pod uhlom sklonu 50 stupňov. Experimenty sa uskutočnili v meste Jilin v strednej Číne a výsledky sa porovnali so samostatným simulačným modelom. Analýza ukázala priemerný teplotný rozdiel medzi simulovanými a nameranými hodnotami len 0,2267 stupňa s maximálnou odchýlkou ​​jedného-bodu 0,4 stupňa .

Po overení modelu CFD tím optimalizoval uhol sklonu pre pasívne chladenie, pričom ako najefektívnejší označil 11 stupňov. Všetky následné simulácie prípadov perforácie sa uskutočnili pri tomto sklone. 17 dizajnov perforácie bolo zoskupených do štyroch kategórií na základe počtu strán perforovaného rámu: jednostranná-strana, obojstranná-strana, trojstranná-strana a štyri-strany perforácie.

Každé puzdro malo buď kruhové alebo obdĺžnikové perforácie. Pre panely s náveternou a záveternou perforáciou mali kruhové otvory polomer 3 mm a boli od seba vzdialené 58,68 mm; na ľavej a pravej strane mali otvory tiež polomer 3 mm, ale boli od seba vzdialené 64 mm. Obdĺžnikové perforácie merali 4 mm × 100 mm s rozstupom 107 mm a 5 mm × 70 mm s rozstupom 60 mm, v závislosti od strany.

„Prípad 2 - s ôsmimi kruhovými otvormi s polomerom 3,0 mm na náveternej strane - dosiahol najnižšiu priemernú teplotu FV panela (39,37 stupňa), najnižšiu maximálnu teplotu (42,63 stupňa), najrovnomernejšie rozloženie povrchovej teploty, najvyšší výstupný výkon (24,18 W) a najväčšiu účinnosť fotoelektrickej konverzie (15,9 %),“ uviedli vedci.

„Z hľadiska priemernej teploty PV panelov 13 z hodnotených dizajnov perforácie rámu prekonalo ne-perforovaný rám (Prípad 1),“ dodali. V porovnaní s -perforovaným panelom dizajn Case 2 znížil teplotu panelu o 5,44 stupňa . Za bezvetria znížil perforovaný rám priemernú teplotu o 37,8 stupňa a zvýšil účinnosť fotoelektrickej konverzie o 2,89 %.

Iba tri dizajny perforácie - Prípady 3, 7 a 8 - mali nižšiu výkonnosť v porovnaní s -perforovaným panelom. Prípad 3 mal kruhové otvory na záveternej strane, Prípad 7 mal obdĺžnikové otvory na záveternej strane a Prípad 8 mal obdĺžnikové otvory na ľavej strane. "Na rozdiel od bežných predpokladov, vŕtanie viacerých otvorov do rámu nemusí nevyhnutne zlepšiť výkon chladenia PV panelov," uzavrel tím.

Ich práca bola prezentovaná v časti „Hodnotenie efektu perforácie rámu na zníženie teploty fotovoltaického panelu s pasívnym chladením vzduchom“, publikovanej v Case Studies in Thermal Engineering. Štúdie sa zúčastnili výskumníci z čínskej Northeast Electric Power University, Shengu Group a University of Science and Technology of China.