Jak snížit teplotu FV modulu pomocí perforace rámu

Výzkumný tým vedený vědci z čínské Northeast Electric Power University zkoumal vliv perforace rámu na snížení teploty FV panelů pomocí pasivního chlazení vzduchem.

"Ve srovnání s předchozími studiemi je hlavní novinkou této studie komplexní hodnocení vlivu perforace rámu na výkon pasivního chlazení vzduchu, tepelný management a elektrický výkon FV panelů," vysvětlila skupina. "Je provedena podrobná analýza pole proudění vzduchu kolem PV panelů a teplotního pole PV panelů a jsou porovnány a diskutovány účinky různých vzorů perforace rámu a různých tvarů otvorů na tepelný a elektrický výkon PV panelů. Hlavním cílem tohoto článku je poskytnout reference pro výzkum technologie pasivního chlazení vzduchem u solárních PV panelů."

Výzkumný tým zkoumal 17 různých návrhů perforace rámu pomocí trojrozměrných simulací výpočetní dynamiky tekutin (CFD).

Simulace byly založeny na monokrystalickém křemíkovém fotovoltaickém (PV) panelu o rozměrech 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. Panel se skládal z rámu z hliníkové slitiny (tloušťka 2,5 mm), skleněné vrstvy (3,2 mm), vrstvy ethylen{6}}vinylacetátu (EVA) (0,5 mm), fotovoltaického článku (0,6 mm) a zadní desky (0,7 mm).

Výpočtovou doménou byla krychle o rozměrech 0,8 m na každé straně s instalační výškou 0,4 m. Rychlost vstupního větru byla nastavena na 6,0 m/s. Návětrná a závětrná strana panelu měřila 52,8 cm, zatímco levá a pravá strana měly 32 cm. Dopadající sluneční záření bylo 900 W/m².

Pro ověření svého modelu vědci postavili experimentální nastavení pomocí menšího monokrystalického křemíkového PV panelu o rozměrech 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. Panel měl jmenovitý výkon 10 W a byl instalován pod úhlem náklonu 50 stupňů. Experimenty byly provedeny v Jilin City ve střední Číně a výsledky byly porovnány se samostatným simulačním modelem. Analýza ukázala průměrný teplotní rozdíl mezi simulovanými a naměřenými hodnotami pouhých 0,2267 stupně s maximální odchylkou jednoho-bodu 0,4 stupně.

Jakmile byl model CFD ověřen, tým optimalizoval úhel náklonu pro pasivní chlazení, přičemž jako nejúčinnější určil 11 stupňů. Všechny následné simulace případů perforace byly prováděny při tomto sklonu. 17 designů perforace bylo seskupeno do čtyř kategorií podle počtu stran perforovaného rámu: jednostranná-strana, oboustranná-strana, tří-strana a čtyři-strana perforace.

Každé pouzdro mělo buď kruhové nebo obdélníkové perforace. U panelů s návětrnou a závětrnou perforací měly kruhové otvory poloměr 3 mm a byly od sebe vzdáleny 58,68 mm; na levé a pravé straně byly otvory také o poloměru 3 mm, ale byly od sebe vzdáleny 64 mm. Obdélníkové perforace měří 4 mm × 100 mm s roztečí 107 mm a 5 mm × 70 mm s roztečí 60 mm, v závislosti na straně.

„Případ 2 - s osmi kruhovými otvory o poloměru 3,0 mm na návětrné straně - dosáhl nejnižší průměrné teploty fotovoltaického panelu (39,37 stupně), nejnižší maximální teploty (42,63 stupně), nejrovnoměrnějšího rozložení povrchové teploty, nejvyššího výstupního výkonu (24,18 W) a nejvyšší účinnosti fotoelektrické konverze (15,9 %),“ uvedli vědci.

„Z hlediska průměrné teploty FV panelů 13 z hodnocených návrhů perforace rámu překonalo ne-perforovaný rám (případ 1),“ dodali. Ve srovnání s -perforovaným panelem design Case 2 snížil teplotu panelu o 5,44 stupně. Za bezvětří snížil perforovaný rám průměrnou teplotu o 37,8 stupně a zvýšil účinnost fotoelektrické konverze o 2,89 %.

Pouze tři designy perforace - Případy 3, 7 a 8 - měly nižší výkon ve srovnání s -neděrovaným panelem. Případ 3 měl kruhové otvory na závětrné straně, Případ 7 měl obdélníkové otvory na závětrné straně a Případ 8 měl obdélníkové otvory na levé straně. "Na rozdíl od běžných předpokladů, vrtání více otvorů do rámu nemusí nutně zlepšit výkon chlazení FV panelů," uzavřel tým.

Jejich práce byla prezentována v „Efektu hodnocení perforace rámu na snížení teploty fotovoltaických panelů s pasivním chlazením vzduchem“, publikované v Case Studies in Thermal Engineering. Na studii se podíleli výzkumníci z čínské Northeast Electric Power University, Shengu Group a University of Science and Technology of China.