Ученые создали фотоэлектрическую тепловую панель с четырьмя различными технологиями охлаждения

Аккумулятор Trojan T105

Исследователи с Ближнего Востока смоделировали новый фотоэлектрический тепловой модуль, который включает в себя термоэлектрический генератор над слоем поглотителя, коническую спиральную ленту в охлаждающей трубке и феррожидкость. Сообщается, что эти технологии позволили повысить эффективность фотоэлектрических и тепловых модулей на 2,12% и 23,34% соответственно.

Ученые из Саудовской Аравии и Ирака предложили новый фотоэлектрический термический (PVT) модуль, объединяющий несколько методов охлаждения.

В частности, в новом методе используется термоэлектрический генератор (ТЭГ), коническая спиральная лента в охлаждающей трубке и ферромагнитная жидкость, управляемая магнитным полем. Модуль был смоделирован численно с помощью программного обеспечения Ansys Fluent.

Термоэлектрические генераторы могут преобразовывать тепло в электричество с помощью «эффекта Зеебека», который возникает, когда разница температур между двумя разными полупроводниками приводит к разнице напряжений между двумя веществами. Эти устройства обычно используются в промышленности для преобразования избыточного тепла в электричество. Однако их высокая стоимость и ограниченная производительность до сих пор препятствовали их более широкому распространению.

В отличие от традиционного использования TEG-модулей с фотоэлектрическими элементами, которые размещаются на задней стороне панели, в этом исследовании предлагается размещать их над слоем абсорбера. Охлаждающая трубка, расположенная на задней стороне PVT-модуля, оснащена конической лентой для увеличения площади соприкосновения со струей. Это поле со смесью воды (H2O) и магнетита (Fe3O4), обеспечивающей как теплопередачу, так и магнитную восприимчивость.

«Новизна настоящего исследования заключается в комплексном сочетании множества инновационных показателей, каждый из которых направлен на решение конкретных задач оптимизации фотоэлектрических модулей, — заявили исследователи. — Такой многоаспектный подход отличает наше исследование от существующих работ и восполняет пробелы в современном понимании передовых фотоэлектрических технологий».

Исследовательская группа использовала магнитогидродинамику (МГД) для управления движением феррожидкости в трубке, что позволило дополнительно оптимизировать процесс. Число Хартмана (Ha), определяющее отношение электромагнитной силы к силе вязкости, использовалось в качестве безразмерного коэффициента, представляющего магнитную силу в направлении y, которая, по словам учёных, играет ключевую роль в оценке влияния магнитных сил на устройство.

Моделирование показало, что значения фотоэлектрической эффективности, эффективности ТЭГ и тепловой эффективности увеличились примерно на 2,12%, 74,29% и 23,34% соответственно при увеличении скорости на входе. Однако увеличение Ha приводит к снижению температуры фотоэлектрической панели и повышению равномерности температуры фотоэлектрической панели примерно на 5,56%.

«При увеличении скорости на входе усиленное взаимодействие наножидкости с верхней стенкой приводит к снижению температуры панели, повышая равномерность контура примерно на 51,2% и 58,19% при значениях Ha, равных 0 и 90 соответственно, — подчеркнули исследователи. — И наоборот, при увеличении Ha при скорости на входе, равной 0,09, равномерность температуры фотоэлектрической панели снижается примерно на 5,56%».

Анализ также показал, что увеличение рассеивания пыли снижает эффективность фотоэлектрических элементов на 26,93%, эффективность термоэлектрических элементов — на 17,45%, а тепловую эффективность — на 9,78%. «Более того, при увеличении Ha значения эффективности термоэлектрических элементов и тепловой эффективности снижаются примерно на 8,21% и 2,91% в отсутствие пыли. Уменьшение толщины пограничного слоя при увеличении скорости на входе способствует повышению скорости охлаждения», — добавили исследователи.

Ученые также обнаружили, что сочетание четырех различных методов охлаждения представляет собой новый подход к оптимизации производительности фотоэлектрических модулей. «В будущих исследованиях можно было бы дополнительно изучить применение спектрального фильтра из феррожидкости. Кроме того, использование пористых материалов для увеличения скорости охлаждения в зоне трубки представляет собой еще одно направление для исследований», — заключили они.

Новая конструкция PVT-панели была описана в статье «Повышение эффективности PVT-модуля с помощью спиральной ленты и магнитного охлаждения при осаждении пыли», опубликованной в «Практических примерах в области теплотехники».

В исследовании приняли участие учёные из Северного пограничного университета Саудовской Аравии, Университета Хаиль, Университета принцессы Нуры бинт Абдулрахман, Университета короля Абдулазиза, Университета принца Саттама бин Абдул-Азиза, а также Университета Варит Аль-Анбия и Университетского колледжа Аль-Сафва в Ираке.