Снижение температуры фотоэлектрического модуля с помощью воздушной конвекции

Аккумулятор Challenger G12-100H

Ученые проанализировали, как принудительная конвекция в фотоэлектрических системах, свободная конвекция в фотоэлектрических системах с ребристыми пластинами и принудительная конвекция в фотоэлектрических системах с ребристыми пластинами могут снизить температуру солнечных модулей в климатических условиях Ливана.

Международная исследовательская группа оценила три метода воздушного охлаждения фотоэлектрических панелей.

Они исследовали, в частности, принудительную конвекцию в фотоэлектрических установках (forced-PV), свободную конвекцию в фотоэлектрических установках с оребрёнными пластинами (free-finned-PV) и принудительную конвекцию в фотоэлектрических установках с оребрёнными пластинами (forced-finned-PV). Они провели параметрический анализ этих трёх методов с точки зрения экономии энергии, экономической выгоды и сокращения выбросов CO2.

«В этих системах в качестве теплоносителя используется воздух, но они различаются по механизму воздушного потока, — объяснили учёные. — В системе с принудительной подачей воздуха используется активный воздушный поток через вентиляторы для увеличения конвективного отвода тепла. В системе с беспланшетной подачей воздуха используется пассивный воздушный поток в качестве теплоносителя при свободной конвекции, а также пластины для увеличения площади теплообмена между пластиной и атмосферой. Наконец, в системе с принудительной подачей воздуха с беспланшетной подачей воздуха используется как увеличение площади поверхности за счёт пластин, так и активный воздушный поток через вентиляторы для усиления теплообмена».

Параметрическое исследование было проведено для монокристаллических панелей с максимальной мощностью 470 Вт и размерами 2182 мм × 1029 мм. Были рассмотрены два случая: один — для домохозяйства с 10 панелями, другой — для электростанции с 2127 фотоэлектрическими панелями. Оба случая были смоделированы в климатических условиях Ливана. Все результаты были рассчитаны с учётом коэффициента R.

Среднее увеличение эффективности для каждого решения было рассчитано на основе данных из предыдущих исследований. Среднее увеличение эффективности составило 18,31% для принудительно охлаждаемых фотоэлектрических систем, 14,4% для свободно охлаждаемых фотоэлектрических систем и 11,48% для принудительно охлаждаемых фотоэлектрических систем.

«Параметр R масштабирует теоретическую максимальную выходную мощность фотоэлектрической системы в соответствии с потреблением энергии в реальных условиях, что позволяет более реалистично оценивать значения и преимущества, связанные с охлаждением, — заявили исследователи. — Таким образом, увеличение энергии, сокращение выбросов CO2 и экономия, представленные с учётом R, дают представление об относительном повышении эффективности по сравнению с коэффициентом потребления в реальных условиях».

Анализ показал, что фотоэлектрические панели с принудительным охлаждением обеспечивают наилучшие показатели энергопотребления как для домохозяйств, так и для электростанций. «В случае с жилым домом система принудительно охлаждаемых фотоэлектрических панелей показала общую выработку энергии в 6829,10 × R кВт⋅ч, система свободно охлаждаемых фотоэлектрических панелей показала общую выработку энергии в 6603,40 × R кВт⋅ч, а система принудительно охлаждаемых фотоэлектрических панелей показала общую выработку энергии в 6434,85 × R кВт⋅ч», — отметили учёные.

Что касается наземной электростанции, то система фотоэлектрических панелей с принудительным охлаждением показала общую выработку энергии в размере 1 452 549,7 × R кВт·ч, система фотоэлектрических панелей со свободным охлаждением показала общую выработку энергии в размере 1 404 544,8 × R кВт·ч, а система фотоэлектрических панелей с принудительным охлаждением показала общую выработку энергии в размере 1 368 694,5 × R кВт·ч.

Что касается экономического анализа в случае с домохозяйством, то системы с принудительным охлаждением, без принудительного охлаждения и с принудительным охлаждением обеспечили общую годовую экономию в размере 2936,51× R, 2839,46× R и 2766,98× R соответственно. В случае с электростанцией экономия составила 624 596 × R, 603 954 × R и 588 538 × R соответственно. Срок окупаемости составил 1,41 года для фотоэлектрических панелей с принудительным охлаждением, 1,32 года для фотоэлектрических панелей со свободным охлаждением и 1,18 года для фотоэлектрических панелей с принудительным охлаждением.

«Экологический анализ в случае с жилым домом показал, что системы с принудительным охлаждением, без принудительного охлаждения и с принудительным охлаждением панелей имеют общее снижение выбросов CO2 на 3960,87×R кг, 3829,97×R кг и 3732,21×R кг соответственно», — заключили исследователи. «В то время как анализ воздействия на окружающую среду в случае с электростанцией показал, что системы с принудительным охлаждением, без принудительного охлаждения и с принудительным охлаждением панелей имеют общее сокращение выбросов CO2 на 842 478× R кг, 814 636× R кг и 793 843× R кг соответственно».

Три метода были представлены в статье «Охлаждение фотоэлектрических панелей с помощью воздушной конвекции — параметрический экологический и экономический анализ с примерами из практики», опубликованной в e-Prime — Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. Исследование было проведено учёными из Ливанского международного университета LIU, Международного университета Бейрута BIU, Кувейтского университета науки и технологий и Тяньцзиньского коммерческого университета в Китае.