Охлаждение методом электрораспыления может повысить производительность фотоэлектрических панелей при минимальном расходе воды
Аккумулятор FIAMM 12FGH50
Исследователи из Турции оптимизировали электрораспылительное охлаждение фотоэлектрических панелей, добившись оптимальной выходной мощности при минимальном расходе воды и компактной, энергоэффективной установке. В ходе исследования были определены идеальные параметры: интенсивность излучения, скорость потока, напряжение и расстояние до сопла.
Исследовательская группа из турецкого Университета Артвин Чорух изучила оптимальные параметры охлаждения фотоэлектрических панелей с помощью электрораспыления.
Эта технология охлаждения, продемонстрированная той же командой в предыдущем исследовании, использует высокое напряжение для превращения жидкости в мелкие заряженные капли, которые эффективно отводят тепло от поверхности. То есть, когда электрическое поле разбивает жидкость на мельчайшие капли, она распределяется более равномерно, при этом требуется меньше воды.
«Наш подход обеспечивает высокую эффективность охлаждения при минимальном расходе воды. По сравнению с традиционным распылительным охлаждением, он требует в 100 раз меньше охлаждающей жидкости, но при этом обеспечивает эффективное терморегулирование, — рассказал автор исследования Фатин Сёнмез. — Наша система отличается низким энергопотреблением и простотой установки, не требует механических насосов или сложных систем циркуляции, что делает ее энергоэффективной и компактной альтернативой».
Однако Сёнмез подчеркнул, что необходимость в высоковольтном источнике повышает сложность первоначальной настройки и требует соблюдения мер безопасности, что потенциально может сказаться на стоимости реализации. «Наше комплексное исследование по оптимизации позволило определить наиболее важные параметры и их оптимальные значения для охлаждения фотоэлектрических панелей с помощью электрораспыления. Подобных исследований в литературе ранее не встречалось», — добавил он.
В ходе исследования использовался метод поверхности отклика (МПО) — статистический подход, при котором проводится ограниченное количество экспериментов для создания непрерывной математической модели с учетом всех переменных. Переменные измерялись в контролируемых лабораторных условиях с использованием галогенной лампы-проектора мощностью 500 Вт в качестве источника света, расположенного на расстоянии 350 мм от фотоэлектрической панели. Фотоэлектрическая панель мощностью 530 Вт была расположена под углом 90° к горизонтали.
Каждая переменная измерялась на трех уровнях: интенсивность излучения составляла 800 Вт/м2, 900 Вт/м2 или 1000 Вт/м2; расход охлаждающей жидкости — 20 мл/ч, 60 мл/ч или 100 мл/ч; электрическое напряжение между соплом и фотоэлектрической панелью — 17 кВ, 19 кВ или 21 кВ; расстояние между соплом и фотоэлектрической панелью — 3 см, 5 см или 7 см.
В ходе анализа ученые определили оптимальные рабочие параметры для фотоэлектрической панели: интенсивность излучения 1000 Вт/м², скорость потока 94,34 мл/ч, напряжение 17 кВ и расстояние от сопла до панели 5,5 см. В этих условиях мощность панели составила 657,18 Вт. Два последующих проверочных запуска показали результаты 665,42 Вт и 672,89 Вт, что подтвердило надежность оптимизированных параметров.
«Мы обнаружили, что увеличение расстояния между соплом и фотоэлектрической панелью положительно влияет на максимальную выходную мощность только до тех пор, пока оно не достигнет примерно 5 см, после чего начинает оказывать негативное влияние из-за снижения силы трения между соплом и панелью, — говорит Сёнмез. — Мы также наблюдали точку насыщения при изменении скорости потока охлаждающей жидкости: увеличение скорости потока повышало выходную мощность примерно до 90 мл/ч, но дальнейшее увеличение не оказывало дополнительного влияния на количество поглощаемого тепла».
По словам исследователей, самым неожиданным результатом стало то, что электрическое напряжение между соплом и фотоэлектрической панелью не повлияло на итоговый параметр выходной мощности. «Мы планируем продолжить исследования, изучая эффективность электрораспылительного охлаждения на панелях промышленного масштаба в реальных условиях на открытом воздухе и при разной интенсивности солнечного излучения в течение дня», — заключил он.
Результаты исследования были представлены в статье «Определение оптимальных параметров фотоэлектрической панели с электрораспылительным охлаждением», опубликованной в Ain Shams Engineering Journal.