Плоские тепловые трубки снижают пиковые температуры до 32 °C в ходе испытаний фотоэлектрических систем охлаждения

Международная исследовательская группа протестировала пять конструкций плоских тепловых трубок для охлаждения фотоэлектрических модулей и добилась снижения пиковой температуры поверхности на 8–32 °C. По оценкам исследователей, активное водяное охлаждение может увеличить годовую выработку электроэнергии на 2,2–3,6 % в условиях Эр-Рияда, Саудовская Аравия.

Иллюстрация плоской тепловой трубки для фотоэлектрических модулей Изображение: сгенерировано ИИ

Международная группа исследователей разработала и экспериментально протестировала пять прототипов плоских тепловых трубок для активного охлаждения фотоэлектрических модулей. Эти тепловые трубки предназначены для отвода тепла с задней поверхности и подачи его в компактный радиатор с активным охлаждением.

«В отличие от традиционных решений, которые в основном направлены на отвод большого количества тепла, в предлагаемой концепции используются плоские тепловые трубки в качестве распределителей тепла для выравнивания температуры и устранения локальных перегревов», — заявили исследователи. «Тепло собирается на большой площади модуля и передается в область локального охлаждения, что снижает температурные градиенты и локальные пиковые температуры».

Исследователи создали пять прототипов плоских тепловых трубок размером 1650 мм × 1000 мм, каждая из которых состоит из пластин из нержавеющей стали с полостями высотой около 2 мм, заполненными дистиллированной водой. Внутренняя сетка, проволочные вставки и опоры в виде ограждений способствовали возвращению жидкости и укрепляли конструкцию, а эпоксидный клей герметизировал вакуумные камеры.

Пять конфигураций различались внутренней структурой, толщиной пластин и содержанием воды. В «Модели 1500» использовалась гофрированная сетка для распределения капиллярной жидкости и проволочные вставки для сохранения расстояния между пластинами. В «Сэндвич лайт» использовались два слоя сетки с опорами в виде решеток, которые образовывали каналы для пара, а в «Сэндвич» — такая же конструкция, но с более толстыми пластинами толщиной 1 мм вместо 0,5 мм. В «Гибриде 1» чередовались гофрированная сетка и решетки, что позволяло сбалансировать возврат жидкости и перенос пара. В модели Hybrid 2 эта конструкция была сохранена, но объем воды был уменьшен вдвое — с 0,9 до 0,45 литра. Во всех остальных моделях использовалось 0,9 литра воды.

На автоматизированной установке использовались 32 нагревательные элемента для имитации неравномерного нагрева фотоэлектрических панелей при температуре от 50 до 100 °C. Прототипы тестировались при естественной конвекции при температуре 30° и 45°, а также при локальном водяном охлаждении при температуре 45° в сравнении с образцами без тепловых трубок. С помощью датчиков и инфракрасной визуализации оценивались теплопередача и равномерность температуры. Измеренное снижение температуры позволило использовать упрощенную модель фотоэлектрических панелей с данными о погоде в Эр-Рияде для оценки ежегодного прироста выработки электроэнергии.

«Экспериментальные данные показали лишь незначительные различия в тепловых характеристиках пяти моделей плоских тепловых трубок при исследуемых условиях эксплуатации», — заявили ученые. «В ходе испытаний наблюдалось снижение пиковой температуры поверхности примерно на 8-32 °C в зависимости от конфигурации прототипа и температуры нагревательной пластины».

Согласно полученным результатам, при применении системы активного водяного охлаждения в реальных условиях в Эр-Рияде, Саудовская Аравия, выработка энергии увеличилась на 2,2–3,6 %, в основном за счет системы активного охлаждения. Однако, по оценкам, гомогенизация температуры в плоских тепловых трубках может обеспечить теоретический прирост производительности до 4,5 %.

«Оценка показала потенциальное увеличение годового производства электроэнергии при заданных условиях», — заключили исследователи. «Результаты показывают, что плоские тепловые трубки являются эффективными распределителями тепла для фотоэлектрических систем, особенно для снижения температурных градиентов и предотвращения образования горячих точек».

Статья «Экспериментальная оценка плоских тепловых трубок с интегрированным активным охлаждением для снижения тепловых нагрузок в фотоэлектрических системах» опубликована в журнале Renewable Energy. В исследовании приняли участие ученые из Технологического университета Лаппеенранты и Лахти в Финляндии, Университета Фридриха-Александра в Эрлангене — Нюрнберге в Германии и компании Samirock из Саудовской Аравии.

Challenger EVG12-110 https://invertory.ru/product/akb-challenger-evg12-110/