Исследователи разработали фотоэлектрический тепловой коллектор с волнистыми медными охлаждающими трубками

Исследователи из Ирана обнаружили, что волнистые медные охлаждающие трубки могут повысить электрическую и тепловую эффективность фотоэлектрических тепловых коллекторов. Наилучшая конфигурация показала электрическую эффективность 13,65 % и тепловую эффективность около 24 %.

Исследователи из Университета Рази в Иране изучили, как геометрия медных охлаждающих трубок влияет на электрические и тепловые характеристики фотоэлектрических тепловых коллекторов (ФТК). Они хотели выяснить, могут ли волнистые трубки улучшить отвод тепла и повысить общую эффективность системы по сравнению с обычными прямыми трубками. Для этого они экспериментально оценили три конфигурации трубок при разной скорости потока воды.

«В этом исследовании представлено экспериментальное изучение характеристик системы PVT с водяным охлаждением и волнообразными медными каналами с целью количественной оценки влияния геометрии каналов и скорости потока на тепловую и электрическую эффективность», — сообщили исследователи. «Примечательно, что в отличие от многих небольших исследований, это исследование проводилось на коммерчески доступном фотоэлектрическом модуле».

Исследователи создали PVT-коллектор с водяным охлаждением, используя фотоэлектрический модуль мощностью 180 Вт размером 68 см × 148 см с алюминиевой абсорбирующей пластиной, прикрепленной к его задней стороне. Они изготовили три охлаждающих узла с медными трубками: один с прямыми трубками и два с механически изогнутыми волнистыми трубками с шагом 200 мм и 300 мм соответственно и высотой волны 50 мм. Для улучшения теплового контакта между трубками и абсорбирующей пластиной использовалась силиконовая термопаста, а для фиксации узлов — медные полоски и теплопроводящий клей.

В мае 2025 года команда провела испытания на открытом воздухе в Керманшахе, на западе Ирана, при средней температуре окружающей среды 27 °C и солнечной радиации 1038 Вт/м2. Каждая конфигурация тестировалась при расходе воды от 200 до 800 мл/мин, при этом температура воды на входе поддерживалась на уровне 20 °C. Для сравнения исследователи также протестировали неохлаждаемый фотоэлектрический модуль. Каждый тест длился около 30 минут, пока не стабилизировались рабочие условия.

«Внедрение жидкостного охлаждения позволило эффективно снизить температуру панели», — заявили ученые. «В оптимальной конфигурации с трубкой W-200 при скорости потока 800 мл⋅мин 1 температура абсорбирующей пластины снизилась примерно до 49 °C по сравнению с 64 °C в неохлаждаемой системе, то есть примерно на 15 °C. Аналогичным образом была значительно снижена температура неохлаждаемой поверхности панели, которая достигала максимума в 67 °C».

Исследователи также обнаружили, что конфигурация W-200 с шагом 200 мм обеспечивает самый высокий электрический КПД — 13,65 % при расходе воды 800 мл/мин по сравнению с 12,63 % у неохлаждаемого модуля. Это на 1,02 процентных пункта выше.

В конфигурации W-200 также был зафиксирован самый высокий перепад давления, достигающий примерно 1200 Па при скорости потока 400 мл/мин, по сравнению с примерно 750 Па в конфигурации с прямой трубкой при той же скорости потока.

«Трубка W-200 продемонстрировала наиболее эффективную теплоотдачу среди всех протестированных образцов, достигнув максимального теплового КПД около 24 % при скорости потока 800 мл/мин по сравнению с 18 % у прямой трубки», — заявили ученые. “Следовательно, оптимальная конфигурация W-200 обеспечила максимальный общий КПД, превышающий 37%, что существенно превосходит прямую трубу на ∼ 31%”.

Исследователи представили свои результаты в “Экспериментальном анализе тепловых характеристик фотоэлектрически – теплового гибридного солнечного коллектора (PVT) с волнообразным каналом”, опубликованном в Energy Nexus.

Аккумулятор Challenger A12-100А https://invertory.ru/product/challenger-a12-100a/