Исследователи повышают равномерность нагрева в ламинаторах фотоэлектрических модулей

Ученые объединили алюминиевое магнитное экранирование с зональным контролем тока, чтобы уменьшить неравномерный нагрев в ламинаторе фотоэлектрических модулей с индукционным питанием. В полномасштабном прототипе разница температур в 13 контролируемых точках составила примерно 3,1 °C.

Исследовательская группа из Хэбэйского педагогического университета науки и технологий в Китае разработала электромагнитно-термическую стратегию для повышения равномерности нагрева в ламинаторах для фотоэлектрических модулей. Неравномерный нагрев может привести к недостаточному отверждению герметика в более холодных зонах и повреждению герметика или фотоэлементов в более горячих зонах. Новый подход сочетает в себе ступенчатое алюминиевое магнитное экранирование, токи, подаваемые в определенные зоны, и контроль тока в зависимости от температуры для более равномерного распределения тепла по нагревательной пластине.

«Для решения двойных проблем, связанных с распределением пространственного магнитного поля и переходными тепловыми реакциями крупномасштабной встроенной системы индукционного нагрева с перфорацией, в этой статье предлагается комплексное решение для совместной электромагнитно-тепловой оптимизации на основе мультифизического эквивалентного моделирования», — пояснила команда. «Была создана эквивалентная конечно-элементная модель для снижения вычислительных затрат при крупномасштабном сопряжении в Multiphysics, точность которой была подтверждена с помощью физического прототипа».

Исследователи использовали COMSOL для моделирования электромагнитного нагрева и теплопередачи в стальной пластине размером 4750 мм × 2900 мм × 45 мм, состоящей из шести зон со встроенными медными катушками. В упрощенной двухзонной модели учитывались зависящие от температуры свойства материала, теплопроводность, а также конвективные и радиационные потери.

Они выбрали ток возбуждения 38 А и частоту 15 кГц, а затем оптимизировали ступенчатое алюминиевое экранирование, чтобы предотвратить локальный перегрев. Наконец, они отрегулировали ток в двух зонах до 37 А и 38 А и внедрили функцию управления, которая снижает ток при повышении температуры до 150 °C.

«При исходных электрических параметрах максимальная разница температур на рабочей поверхности составила примерно 29 °C», — показали результаты исследования. “После применения непрерывного ступенчатого экранирования и компенсации асимметричного экранирования максимальная разница температур была снижена примерно до 12 ° C, что указывает на то, что предлагаемый метод экранирования эффективно ослабил утечку граничного магнитного потока и локальное накопление тепла, тем самым улучшив равномерность температуры”.

Для экспериментальной проверки команда создала полномасштабный прототип с 13 поверхностными термопарами и расчетной погрешностью измерения ±0,30 °C при температуре около 150 °C. Они сравнили базовые измерения с результатами моделирования, прежде чем тестировать оптимизированное экранирование и токи для конкретных зон. ПИД-регулятор регулировал нагрев прототипа, а записи температуры отслеживали перерегулирование, время стабилизации и равномерность нагрева в контролируемых точках.

«Полномасштабные испытания прототипа показали, что измеренная температура во всех 13 точках мониторинга находилась в диапазоне 148–152 °C, а максимальная разница в измеренной температуре составила примерно 3,1 °C, что свидетельствует о существенном улучшении температурной однородности в контролируемых точках», — сообщила команда.

Статья «Электромагнитно-термическая совместная оптимизация крупномасштабной индукционной нагревательной пластины для ламинаторов фотоэлектрических модулей» опубликована в журнале Case Studies in Thermal Engineering. Исследователи из Хэбэйского педагогического университета науки и технологий и Хэбэйского центра технологических инноваций в области оборудования для производства фотоэлектрических модулей.

Challenger A12-65 https://invertory.ru/product/akkumuljator-challenger-a12-65/