Снижение температуры фотоэлектрического модуля с помощью изоленты
Аккумулятор Challenger EVG6-225
Исследователи из Ирана изучили, как скрученная лента в каналах с водяным охлаждением может улучшить теплоотдачу в солнечных модулях. Они использовали компьютерное моделирование для анализа нового подхода с различными параметрами и обнаружили, что электрическая эффективность панелей увеличилась на 11,84 %.
Геометрия скрученной ленты
Исследователи из Тебризского университета в Иране разработали новый метод охлаждения фотоэлектрических модулей, в котором для улучшения теплопередачи используется скрученная лента в каналах с водяным охлаждением.
«Использование витой ленты внутри канала создаёт вихревой поток, который нарушает скорость и температурный режим пограничных слоёв внутри канала, тем самым напрямую увеличивая коэффициент теплопередачи», — объяснили учёные. «Трёхмерная модель фотоэлектрической панели была создана с помощью программного обеспечения SolidWorks 2020».
Группа протестировала несколько вариантов и параметров новейшего охлаждающего устройства с помощью компьютерного моделирования.
В программном обеспечении была создана фотоэлектрическая панель, состоящая из пяти слоёв: стекла, верхнего слоя из этиленвинилацетата (ЭВА), поликремниевых элементов, нижнего слоя из ЭВА и одного слоя Tedlar. С помощью термопасты к нижней поверхности фотоэлектрического модуля были прикреплены охлаждающие каналы, изготовленные из алюминия прямоугольной или круглой формы. Длина, ширина и высота фотоэлектрической панели составляли 1000 мм, 600 мм и 4,6 мм соответственно.
Прямоугольный корпус имеет высоту, ширину и длину 30 мм, 37,5 мм и 1000 мм соответственно. 16 таких корпусов были прикреплены к задней части фотоэлектрической панели. С другой стороны, круглый корпус имеет диаметр 33,334 мм и длину 1000 мм. При численном тестировании использовалось 18 каналов. Внутри каналов обоих типов находится скрученная лента с шагом 31,25 мм, 62,5 мм или 125 мм. Шаг — это расстояние, которое необходимо ленте, чтобы совершить один полный оборот на 360°.
Кроме того, лента была протестирована с одинарными и двойными V-образными надрезами глубиной 7,5 мм. Были учтены и другие переменные, в том числе изменение уровня солнечной радиации от 500 Вт/м² до 800 Вт/м² или 1000 Вт/м² при постоянной температуре окружающей среды 20 °C. Число Рейнольдса, которое показывает, насколько плавно течёт вода, было установлено на уровне 50, 100, 150, 200 и 300. Модель была проверена на основе предыдущей работы, при этом стандартное отклонение составило 0,33–3,71 %.
«Было обнаружено, что использование витой ленты снижает температуру элемента с 31,70 °C до 27,83 °C, а электрический КПД увеличивается с 11,68 % до 11,84 %. Оптимизированная конструкция снижает температуру элемента на 4,823 °C по сравнению с гладким каналом, — подчеркнули учёные. — При уменьшении шага витой ленты средняя температура элемента снижается на 1,14 °C, а электрический КПД фотоэлектрических модулей повышается на 0,5 %».
Исследователи также отметили, что при использовании одинарного или двойного V-образного разреза на скрученной ленте видимого эффекта не наблюдалось. Кроме того, с увеличением числа Рейнольдса средняя температура ячейки снижалась, а электрическая эффективность фотоэлектрических модулей повышалась. «Использование гладкого круглого канала лучше, чем использование гладкого прямоугольного канала. Использование скрученных лент внутри гладкого прямоугольного канала даёт лучшие результаты, чем использование гладкого круглого канала», — заключили учёные.
Новая технология охлаждения была представлена в статье «Численное исследование влияния нового метода охлаждения с использованием скрученной ленты с водой на производительность фотоэлектрических элементов», опубликованной в Ain Shams Engineering Journal.