Ступенчатый воздушный канал и перфорированные ребра улучшают пассивное охлаждение в PVT

Исследователи предложили фотоэлектрический воздушный коллектор, в котором ступенчатый канал сочетается с перфорированными V-образными ребрами для улучшения теплоотвода. Моделирование показало, что такая конструкция снижает температуру поверхности фотоэлементов на 9 °C и достигает максимального теплового КПД в 31%.

Иллюстрация фотоэлектрического коллектора (PVT) с перфорированными охлаждающими ребрами.

Исследователи из Саудовской Аравии и Алжира предложили новую систему пассивного охлаждения для фотоэлектрических тепловых систем (PVT), которая сочетает в себе ступенчатый воздушный канал с перфорированными ребрами, расположенными за солнечной панелью. Воздушный канал в форме лестницы предназначен для разрушения изолирующего воздушного слоя, который образуется вдоль нагретой поверхности. В отличие от них, перфорированные V-образные ребра предназначены для увеличения площади теплообмена и улучшения перемешивания воздуха.

«Система работает в полностью пассивном режиме естественной вентиляции, при этом воздушный поток создается за счет выталкивающей силы без использования дополнительных вентиляторов, насосов или каких-либо внешних источников энергии для циркуляции воздуха», — заявили ученые. «Эта пассивная конструкция исключает паразитное потребление энергии и обеспечивает бесперебойную работу, что делает ее особенно подходящей для использования в засушливых регионах с высокой интенсивностью солнечного излучения».

Исследователи использовали программу ANSYS Fluent для моделирования воздушного коллектора PVT в форме лестницы размером 2,4 м × 0,54 м, наклоненного под углом 32 градуса. Он имел ступенчатый воздушный канал за фотоэлектрическим модулем, два воздухозаборника, один воздухоотвод и V-образные алюминиевые ребра с перфорацией диаметром 5 мм. Каждое ребро имело длину 0,17 м, высоту 0,02 м и толщину 0,0045 м. CFD-модель имитировала воздушный поток и теплообмен.

Команда использовала данные о солнечной радиации и температуре окружающей среды для ясного летнего дня в Гардае, Алжир, где максимальная интенсивность солнечного излучения составляла 995 Вт/м², а температура варьировалась от 306 К до 318 К. После тестирования пяти вычислительных сеток была выбрана одна, состоящая примерно из 5,51 миллиона элементов. Исследователи рассчитали тепловую мощность на основе скорости воздушного потока и разницы температур на входе и выходе, а также оценили электрическую мощность с помощью фотоэлектрической модели, учитывающей зависимость от температуры. Они сравнили проект с эталонной фотоэлектрической системой.

«Максимальный термический КПД системы составил 31 % (по сравнению с 29,4 % у эталонной системы), а электрический КПД — 14,8 % (по сравнению с 14,6 %), при этом пиковая тепловая мощность составила 400 Вт, а электрическая — 180 Вт, что обусловлено улучшенным рассеиванием тепла и турбулентностью, — показали результаты. — Благодаря пассивному естественному охлаждению температура поверхности фотоэлектрических элементов снизилась на 9 К».

Результаты исследования показывают, что срок окупаемости составляет 5,8 года при ясной погоде и 7,2 года при облачной. Система из 10 панелей ежегодно снижает выбросы CO2 на 3,2 тонны, что в сумме составляет 80 тонн за 25 лет, а срок энергетической окупаемости составляет 0,86 года.

Статья «Компьютерное исследование системы пассивного охлаждения PVT с лестничной конфигурацией и перфорированными V-образными ребрами» была опубликована в журнале Ain Shams Engineering Journal. В исследовании приняли участие ученые из Исламского университета Медины в Саудовской Аравии, Университета Эль-Уэд в Алжире и Центра развития возобновляемых источников энергии.

Challenger G12-200H https://invertory.ru/product/akkumuljator-challenger-g12-200h/