Распылительное охлаждение для плавающих фотоэлектрических систем
Аккумулятор Challenger G12-200H
Исследовательская группа из Германии разработала динамическую модель распылительного охлаждения для плавучих фотоэлектрических систем, которая учитывает тепловое поведение, электрические характеристики и активное охлаждение, и протестировала ее на установке мощностью 750 кВт. Моделирование в четырех климатических зонах показало, что распылительное охлаждение снижает температуру модулей на 42% и повышает выработку энергии на 3,8%, при этом эффективность сильно зависит от местных условий.
Виртуальная система охлаждения распылением с четырьмя насосно-оросительными установками, установленными на фотоэлектрической установке
Исследователи из Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена в Германии разработали новую динамическую модель распылительного охлаждения для плавучих фотоэлектрических систем (FPV).
«В этой работе рассматривается охлаждение с помощью распыления на системном уровне для плавучих солнечных электростанций. Хотя охлаждение само по себе не является чем-то новым, в данном случае речь идет об очень простой и недорогой системе распыления, которую можно реально реализовать на практике, — рассказал автор исследования Нико Оллерс. — Мы сочетаем детальное динамическое моделирование с валидацией и применяем эту концепцию в различных климатических условиях, показывая, насколько сильно производительность и оптимальная работа зависят от местоположения».
Он добавил, что помимо охлаждения, распыление воды может быть полезно для очистки, предотвращения образования снежного покрова и противопожарной защиты на плавучих платформах. «Мы также планируем провести полномасштабные долгосрочные испытания, чтобы подтвердить результаты и изучить дополнительные варианты использования и влияние на окружающую среду, в том числе на экосистему озера и испарение», — добавил он.
Созданная командой динамическая модель учитывает тепловое поведение, электрические характеристики и активное охлаждение плавучих фотоэлектрических систем. Она использует различные метеорологические данные в качестве входных параметров и рассчитывает солнечное тепловое излучение, конвективное и радиационное охлаждение, а также эффекты испарения и конденсации для определения температуры модуля. Эти данные затем передаются в электрическую модель, где эффективность снижается с повышением температуры.
При превышении заданного температурного порога метод активирует модель охлаждения распылением. Эта модель позволяет количественно оценить влияние как явного, так и скрытого тепловыделения при попадании капель воды на фотоэлектрический модуль, одновременно учитывая потребление электроэнергии водяным насосом. В конечном итоге она позволяет оценить общее энергопотребление при охлаждении в различных климатических условиях и при разных сценариях эксплуатации.
Схема системы охлаждения распылением
Чтобы проверить модель, команда сравнила ее результаты с данными измерений реальной плавучей фотоэлектрической установки на водохранилище в Везе на северо-западе Германии. Общая мощность системы составляет около 750 кВт, в ней используются модули мощностью 395 Вт с КПД 19,5%. Система распылительного охлаждения была установлена на ограниченном участке установки в центральной части, где модули расположены как с восточной, так и с западной стороны. Установка состояла из погружного насоса мощностью 2,2 кВт, подключенного к сельскохозяйственному дождевальному аппарату, работающему при давлении 2,3 бар, с длиной струи 23 м и расходом 10,4 м³/ч.
Модель показала высокую степень соответствия экспериментальным результатам: среднее абсолютное отклонение составило 0,98 °C. Затем было проведено моделирование годового цикла для четырех озер с разным климатом: озера Кинерет в Израиле, озера Гарда в Италии, озера Тахо в США и всей установки Weeze.
«На всех участках распылительное охлаждение значительно снизило температуру в модулях: среднегодовое снижение составило от 12% до 22%, а пиковая температура снизилась на 42%», — подчеркнули исследователи.
Они также обнаружили, что величина охлаждающего эффекта и, как следствие, прирост энергии сильно зависят от климатических условий. Наибольший относительный прирост энергии — 3,8 % — был получен на озере Кинерет. В более прохладных регионах, таких как озера Гарда и Тахо, относительный прирост энергии составил от 2,7 % до 3,1 %, несмотря на более низкую среднюю температуру модулей, а в регионе с умеренным климатом, в Визе, этот показатель был наименьшим — 1,9 %.
Результаты исследования были представлены в статье «Динамическое моделирование распылительного охлаждения для плавучих фотоэлектрических установок с учетом различных климатических условий», опубликованной в журнале Solar Energy.