วิธีลดอุณหภูมิโมดูล PV ด้วยการเจาะรูเฟรม

ทีมวิจัยที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยพลังงานไฟฟ้าตะวันออกเฉียงเหนือของจีน ได้ตรวจสอบผลกระทบของการเจาะเฟรมต่อการลดอุณหภูมิของแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพาสซีฟ

“เมื่อเทียบกับการศึกษาก่อนหน้านี้ ความแปลกใหม่หลักของการศึกษานี้คือการประเมินผลกระทบที่ครอบคลุมของการเจาะเฟรมต่อประสิทธิภาพการทำความเย็นด้วยอากาศแบบพาสซีฟ การจัดการความร้อน และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์” กลุ่มอธิบาย "มีการวิเคราะห์รายละเอียดของสนามการไหลเวียนของอากาศรอบๆ แผงเซลล์แสงอาทิตย์และสนามอุณหภูมิของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และมีการเปรียบเทียบและอภิปรายถึงผลกระทบของรูปแบบการเจาะเฟรมที่แตกต่างกันและรูปร่างรูที่แตกต่างกันต่อประสิทธิภาพทางความร้อนและไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ วัตถุประสงค์หลักของบทความนี้คือ เพื่อให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับการวิจัยเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพาสซีฟของแผงเซลล์แสงอาทิตย์"

ทีมวิจัยได้ตรวจสอบการออกแบบการเจาะเฟรมที่แตกต่างกัน 17 รูปแบบโดยใช้การจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) สามมิติ

การจำลองนั้นใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดโมโนคริสตัลไลน์ซิลิคอน (PV) ขนาด 52.8 ซม. × 32 ซม. × 1.05 ซม. แผงประกอบด้วยโครงอลูมิเนียมอัลลอยด์ (หนา 2.5 มม.) ชั้นกระจก (3.2 มม.) ชั้นเอทิลีน-ไวนิลอะซิเตท (EVA) (0.5 มม.) เซลล์ PV (0.6 มม.) และแผ่นหลัง (0.7 มม.)

โดเมนการคำนวณคือลูกบาศก์ขนาดด้านละ 0.8 ม. และมีความสูงในการติดตั้ง 0.4 ม. ความเร็วลมขาเข้าตั้งไว้ที่ 6.0 ม./วินาที ด้านรับลมและด้านใต้ของแผงวัดได้ 52.8 ซม. ส่วนด้านซ้ายและขวาเป็น 32 ซม. การแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบคือ 900 วัตต์/ตร.ม.

เพื่อตรวจสอบแบบจำลองของพวกเขา นักวิจัยได้สร้างการตั้งค่าการทดลองโดยใช้แผง PV ซิลิคอน monocrystalline ขนาดเล็กที่มีขนาด 35 ซม. × 23.5 ซม. × 1.5 ซม. แผงมีกำลังไฟพิกัด 10 W และติดตั้งที่มุมเอียง 50 องศา การทดลองดำเนินการในเมืองจี๋หลิน ทางตอนกลางของจีน และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับแบบจำลองจำลองที่แยกออกมา การวิเคราะห์แสดงให้เห็นความแตกต่างของอุณหภูมิโดยเฉลี่ยระหว่างค่าจำลองและค่าที่วัดได้เพียง 0.2267 องศา โดยมีค่าเบี่ยงเบนจุดเดียวสูงสุด-ที่ 0.4 องศา

เมื่อโมเดล CFD ได้รับการตรวจสอบแล้ว ทีมงานได้ปรับมุมเอียงเพื่อการทำความเย็นแบบพาสซีฟให้เหมาะสม โดยระบุว่า 11 องศามีประสิทธิภาพมากที่สุด การจำลองกรณีการเจาะในภายหลังทั้งหมดได้ดำเนินการด้วยความเอียงนี้ การออกแบบการเจาะ 17 แบบถูกแบ่งออกเป็นสี่หมวดหมู่ตามจำนวนด้านของโครงที่มีรูพรุน: ด้านเดียว-ด้าน สอง-ด้าน ด้านไตร- และสี่-ด้านปรุ

แต่ละกรณีมีการเจาะรูแบบวงกลมหรือสี่เหลี่ยม สำหรับแผงที่มีการเจาะรูลมและลม รูกลมมีรัศมี 3 มม. และเว้นระยะห่างกัน 58.68 มม. ทางซ้ายและขวา รูก็มีรัศมี 3 มม. เหมือนกัน แต่เว้นระยะห่างกัน 64 มม. การเจาะรูสี่เหลี่ยมมีขนาด 4 มม. × 100 มม. โดยมีระยะห่าง 107 มม. และ 5 มม. × 70 มม. มีระยะห่าง 60 มม. ขึ้นอยู่กับด้านข้าง

"เคส 2 - ที่มีรูกลมแปดรูที่มีรัศมี 3.0 มม. ที่ด้านรับลม - สามารถบรรลุอุณหภูมิแผงเซลล์แสงอาทิตย์เฉลี่ยต่ำสุด (39.37 องศา ) อุณหภูมิสูงสุดต่ำสุด (42.63 องศา ) มีการกระจายอุณหภูมิพื้นผิวที่สม่ำเสมอที่สุด กำลังขับสูงสุด (24.18 วัตต์) และประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกสูงสุด (15.9%)" นักวิจัยรายงาน

"จากมุมมองของอุณหภูมิแผง PV เฉลี่ย การออกแบบการเจาะเฟรม 13 แบบที่ได้รับการประเมินมีประสิทธิภาพดีกว่าเฟรมที่ไม่เจาะรู (กรณีที่ 1)" พวกเขากล่าวเสริม เมื่อเปรียบเทียบกับแผงที่ไม่มีรู- การออกแบบ Case 2 ช่วยลดอุณหภูมิของแผงลงได้ 5.44 องศา ภายใต้สภาวะที่ไม่มีลม- กรอบที่มีรูพรุนจะลดอุณหภูมิเฉลี่ยลง 37.8 องศา และเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกขึ้น 2.89%

การออกแบบการเจาะสามแบบเท่านั้น - กรณีที่ 3, 7 และ 8 - มีประสิทธิภาพต่ำกว่าเมื่อเทียบกับแผงที่ไม่เจาะรู- กรณีที่ 3 มีรูกลมที่ด้านใต้ลม กรณีที่ 7 มีรูสี่เหลี่ยมด้านใต้ลม และกรณีที่ 8 มีรูสี่เหลี่ยมทางด้านซ้าย "ตรงกันข้ามกับสมมติฐานทั่วไป การเจาะรูเข้าไปในเฟรมมากขึ้นไม่ได้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนของแผง PV" ทีมงานสรุป

งานของพวกเขาถูกนำเสนอใน "การประเมินผลของการเจาะเฟรมต่อการลดอุณหภูมิแผงเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพาสซีฟ" ซึ่งตีพิมพ์ใน กรณีศึกษาสาขาวิศวกรรมความร้อน นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยพลังงานไฟฟ้าตะวันออกเฉียงเหนือของจีน กลุ่มเสินกู และมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน เข้าร่วมในการศึกษานี้