Kuidas vähendada PV mooduli temperatuuri raami perforatsioonidega

Hiina Kirde elektrienergia ülikooli teadlaste juhitud uurimisrühm on uurinud raami perforatsiooni mõju PV-paneelide temperatuuri vähendamisele passiivse õhujahutuse abil.

"Võrreldes varasemate uuringutega on selle uuringu peamine uudsus raami perforatsiooni põhjalik mõju hindamine passiivse õhujahutuse jõudlusele, soojusjuhtimisele ja PV-paneelide elektrilisele jõudlusele, " selgitas rühm. "Välja tehakse PV-paneelide ümbritseva õhuvooluvälja ja PV-paneelide temperatuurivälja üksikasjalik analüüs ning võrreldakse ja arutatakse erinevate raami perforatsioonimustrite ja erinevate aukude kujude mõju PV-paneelide soojus- ja elektriomadustele. Selle töö põhieesmärk on anda lähtematerjal päikeseenergia paneelide passiivse õhkjahutustehnoloogia uurimiseks."

Uurimisrühm uuris 17 erinevat kaadri perforatsiooni kujundust, kasutades kolme-mõõtmelise arvutusvedeliku dünaamika (CFD) simulatsioone.

Simulatsioonid põhinesid monokristallilisel räni fotogalvaanilisel (PV) paneelil mõõtmetega 52, 8 cm × 32 cm × 1, 05 cm. Paneel koosnes alumiiniumisulamist raamist (paksus 2,5 mm), klaasikihist (3,2 mm), etüleen-vinüülatsetaadi (EVA) kihist (0,5 mm), PV-elemendist (0,6 mm) ja tagaplaadist (0,7 mm).

Arvutusalaks oli kuubik, mille mõlemal küljel oli 0,8 m ja paigalduskõrgus 0,4 m. Sissepuhketuule kiiruseks määrati 6,0 m/s. Paneeli tuule- ja tuulepoolne külg oli 52,8 cm, vasak ja parem külg aga 32 cm. Langev päikesekiirgus oli 900 W/m².

Oma mudeli kinnitamiseks ehitasid teadlased eksperimentaalse seadistuse, kasutades väiksemat monokristallilist räni PV-paneeli, mille mõõtmed olid 35 cm × 23, 5 cm × 1, 5 cm. Paneeli nimivõimsus oli 10 W ja see paigaldati 50 kraadise kaldenurga all. Katsed viidi läbi Hiina keskosas Jilin Citys ja tulemusi võrreldi eraldi simulatsioonimudeliga. Analüüs näitas, et keskmine temperatuuride erinevus simuleeritud ja mõõdetud väärtuste vahel oli kõigest 0,2267 kraadi, kusjuures maksimaalne ühe -punkti kõrvalekalle oli 0,4 kraadi.

Kui CFD mudel oli valideeritud, optimeeris meeskond passiivse jahutuse jaoks kaldenurga, määrates 11 kraadi kõige tõhusamaks. Kõik järgnevad perforatsioonijuhtumite simulatsioonid viidi läbi selle kaldega. 17 perforatsiooni kujundust rühmitati nelja kategooriasse perforeeritud raami külgede arvu alusel: ühe-külje, kahe-külje, kolme-poolse ja nelja-külgmise perforatsiooni.

Igal korpusel olid kas ümmargused või ristkülikukujulised perforatsioonid. Tuulepoolse ja tuulealuse perforatsiooniga paneelide puhul oli ringikujuliste aukude raadius 3 mm ja nende vahe oli 58,68 mm; vasakul ja paremal küljel olid augud samuti 3 mm raadiusega, kuid üksteisest 64 mm kaugusel. Ristkülikukujulised perforatsioonid mõõtmetega 4 mm × 100 mm 107 mm vahega ja 5 mm × 70 mm 60 mm vahedega, olenevalt küljelt.

"Kaheksa ümmarguse 3,0 mm raadiusega auguga ümbris 2 - tuulepoolsel küljel - saavutas madalaima keskmise PV paneeli temperatuuri (39,37 kraadi), madalaima maksimaalse temperatuuri (42,63 kraadi), kõige ühtlasema pinnatemperatuuri jaotuse, suurima väljundvõimsuse (24,18 W) ja suurima fotoelektrilise muundamise efektiivsuse 9% (15 teadlast).

"PV-paneeli keskmise temperatuuri vaatenurgast ületasid 13 hinnatud raami perforatsiooni kujundust mitte-perforeeritud raami (juhtum 1)," lisasid nad. Võrreldes -perforeerimata paneeliga, vähendas Case 2 disain paneeli temperatuuri 5,44 kraadi võrra. Tuuleta tingimustes alandas perforeeritud raam keskmist temperatuuri 37,8 kraadi võrra ja suurendas fotoelektrilise muundamise efektiivsust 2,89%.

Ainult kolm perforatsiooni kujundust - juhtumid 3, 7 ja 8 - ei toiminud -perforeerimata paneeliga võrreldes kehvemini. Juhtumil 3 olid tuulealusel küljel ringikujulised augud, juhtumil 7 olid tuulealusel küljel ristkülikukujulised augud ja juhtumil 8 olid ristkülikukujulised augud vasakul küljel. "Vastupidiselt levinud eeldustele ei paranda raami rohkemate aukude puurimine tingimata PV-paneeli jahutust," järeldas meeskond.

Nende tööd tutvustati ajakirjas Case Studies in Thermal Engineering avaldatud dokumendis "Raami perforatsiooni mõju hindamine fotogalvaanilise paneeli temperatuuri vähendamisele passiivse õhujahutusega". Uuringus osalesid teadlased Hiina kirdeelektrienergia ülikoolist, Shengu Groupist ning Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikoolist.