Охлаждение фотоэлектрических модулей морской водой
Аккумулятор FIAMM FG 20721
Исследовательская группа из Индии разработала метод пассивного охлаждения солнечных панелей с помощью тонкого неподвижного слоя морской воды, который наносится на поверхность модуля. Тесты показали, что если толстый слой воды резко снижает выработку энергии, то тонкий слой толщиной 5 мм снижает температуру модуля и увеличивает ежедневную выработку энергии на 8,86 %.
Экспериментальная установка
Исследовательская группа под руководством Индийского института нефти и энергетики (IIPE) разработала новую систему пассивного испарительного охлаждения солнечных панелей, в которой используется неподвижный слой морской воды над горизонтально ориентированным модулем.
«Полное или частичное погружение фотоэлектрических модулей в воду для охлаждения может привести к ухудшению качества и коррозии корпусов модулей, что потребует дополнительной защиты распределительной коробки модуля», — сообщил автор исследования Х. Шарон в интервью. «Поэтому мы предлагаем концепцию, при которой морская вода будет оставаться неподвижной над модулем, а погружение корпусов и распределительной коробки будет исключено. Кроме того, исключается циркуляция воды. Эта концепция безопасна, экономична и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду».
Этот метод охлаждения был экспериментально протестирован в сравнении с эталонным неохлаждаемым модулем при различной толщине слоя морской воды.
Для своего исследования группа использовала поликристаллический модуль мощностью 10 Вт и площадью 0,105 м2. По внутреннему периметру модуля с помощью силиконового клея были размещены четыре прозрачные полоски из оконного стекла толщиной 0,003 м и высотой 0,03 м, между которыми оставалось пространство для морской воды. Солёность морской воды составляла 30,00 промилле, а уровень pH — 8,04. Толщина слоя морской воды составляла 30 мм, 5 мм или 4 мм.
«Эксперименты проводились на террасе Индийского института прикладного образования в Вишакхапатнаме, Индия, в течение четырёх дней подряд в октябре 2023 года, — сообщила команда. — В этой работе не использовались насосы, а морскую воду вручную выливали на модуль Cool PV непосредственно перед началом каждого эксперимента. В конце каждого эксперимента не испарившуюся воду сливали, а на следующий день эксперимент возобновляли с новой порцией морской воды. Каждый эксперимент длился с 10:00 до 15:00, все основные показатели регистрировались вручную каждые 30 минут и использовались для анализа.
Графическая аннотация
На 1-й день тестирования модуля с 30 мм морской воды средняя интенсивность солнечного излучения составляла 602,0 Вт/м2, а температура окружающей среды - 30,8 C. На 2-й день слой имел толщину 4 мм, в то время как средняя интенсивность солнечного излучения составляла 555,0 Вт/м2, а температура окружающей среды - 30,5 C. На 3-й и 4-й дни толщина составляла 5 мм, излучение составляло 781,0 Вт/м2 и 631,0 Вт/м2, а температуры были 31,8°C и 31,5°C соответственно.
Было обнаружено, что фотоэлектрический модуль Cool с первоначальным слоем морской воды толщиной 30,0 мм вырабатывает на 42,2 % меньше энергии в день, чем эталонный модуль, поскольку толстый слой воды значительно снижает светопропускание. Напротив, модуль с слоем морской воды толщиной 5,0 мм вырабатывает примерно на 2,57–8,86 % больше энергии в день, чем эталонный модуль.
Установка фотоэлектрического модуля Cool
Ученые также обнаружили, что среднесуточная рабочая температура Cool PV на 7,6 °C, 8,0 °C и 8,0–10,0 °C ниже, чем у эталонного модуля, при толщине 40 мм, 4 мм и 5 мм соответственно. Кроме того, на модуле Cool PV наблюдалось отложение соли в виде слоя морской воды толщиной 4,0 мм из-за высыхания, вызванного быстрым испарением, а также относительно низкой относительной влажностью и высокой скоростью ветра. В результате его суточная выработка энергии снизилась на 12,14 % по сравнению с эталонным модулем.
«В ближайшем будущем мы планируем провести дополнительные экспериментальные исследования в различных климатических условиях с разной глубиной и концентрацией соли в морской воде, чтобы лучше понять, как фотоэлектрический модуль регулирует температуру и работает круглый год», — заключила Шэрон.
Технология пассивного охлаждения была описана в статье «Охлаждение фотоэлектрических модулей с помощью неподвижного слоя морской воды — экспериментальное исследование», опубликованной в Нестандартных ресурсах. В исследовании приняли участие учёные из Индийского института нефти и энергетики (IIPE), индийского Университета Андхра и испанского Университета Хаэна.