Cách giảm nhiệt độ mô-đun PV bằng các lỗ trên khung

Một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học từ Đại học Điện lực Đông Bắc Trung Quốc dẫn đầu đã điều tra tác động của việc đục khung trong việc giảm nhiệt độ của các tấm PV sử dụng làm mát không khí thụ động.

Nhóm giải thích: “So với các nghiên cứu trước đây, điểm mới chính của nghiên cứu này là đánh giá tác động toàn diện của việc đục khung đối với hiệu suất làm mát không khí thụ động, quản lý nhiệt và hiệu suất điện của các tấm PV”. "Chúng tôi đã tiến hành phân tích chi tiết trường luồng không khí xung quanh tấm PV và trường nhiệt độ của tấm PV, đồng thời so sánh và thảo luận ảnh hưởng của các kiểu thủng khung khác nhau và hình dạng lỗ khác nhau đến hiệu suất nhiệt và điện của tấm PV. Mục tiêu chính của bài viết này là cung cấp tài liệu tham khảo cho nghiên cứu công nghệ làm mát không khí thụ động của tấm pin mặt trời."

Nhóm nghiên cứu đã điều tra 17 thiết kế thủng khung khác nhau bằng cách sử dụng mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán (CFD) ba chiều.

Các mô phỏng dựa trên tấm quang điện silicon đơn tinh thể (PV) có kích thước 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. Tấm này bao gồm khung hợp kim nhôm (dày 2,5 mm), lớp kính (3,2 mm), lớp ethylene{6}}vinyl acetate (EVA) (0,5 mm), tế bào quang điện (0,6 mm) và tấm nền (0,7 mm).

Miền tính toán là một khối lập phương có kích thước 0,8 m mỗi cạnh và chiều cao lắp đặt là 0,4 m. Tốc độ gió vào được đặt ở mức 6,0 m/s. Các cạnh đón gió và khuất gió của tấm pin đo được là 52,8 cm, trong khi các cạnh bên trái và bên phải là 32 cm. Bức xạ mặt trời tới là 900 W/m2.

Để xác thực mô hình của họ, các nhà nghiên cứu đã xây dựng một thiết lập thử nghiệm sử dụng tấm PV silicon đơn tinh thể nhỏ hơn với kích thước 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. Bảng điều khiển có công suất định mức 10 W và được lắp đặt ở góc nghiêng 50 độ. Các thí nghiệm được tiến hành tại thành phố Cát Lâm, miền trung Trung Quốc và kết quả được so sánh với một mô hình mô phỏng riêng biệt. Phân tích cho thấy chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa giá trị mô phỏng và giá trị đo được chỉ là 0,2267 độ, với độ lệch một điểm tối đa là 0,4 độ.

Sau khi mô hình CFD được xác thực, nhóm đã tối ưu hóa góc nghiêng để làm mát thụ động, xác định 11 độ là hiệu quả nhất. Tất cả các mô phỏng tiếp theo của các trường hợp thủng được tiến hành ở độ nghiêng này. 17 thiết kế đục lỗ được nhóm thành bốn loại dựa trên số cạnh của khung được đục lỗ: đục lỗ một bên, đục lỗ hai bên, đục lỗ ba bên và đục lỗ bốn bên.

Mỗi trường hợp đều có các lỗ hình tròn hoặc hình chữ nhật. Đối với các tấm có lỗ hướng gió và hướng gió, các lỗ tròn có bán kính 3 mm và cách nhau 58,68 mm; ở bên trái và bên phải, các lỗ cũng có bán kính 3 mm nhưng cách nhau 64 mm. Các lỗ hình chữ nhật có kích thước 4 mm × 100 mm với khoảng cách 107 mm và 5 mm × 70 mm với khoảng cách 60 mm, tùy theo cạnh.

Các nhà nghiên cứu báo cáo: "Trường hợp 2 - có tám lỗ tròn bán kính 3,0 mm ở phía đón gió - đạt được nhiệt độ trung bình của tấm PV thấp nhất (39,37 độ ), nhiệt độ tối đa thấp nhất (42,63 độ ), phân bố nhiệt độ bề mặt đồng đều nhất, công suất đầu ra cao nhất (24,18 W) và hiệu suất chuyển đổi quang điện lớn nhất (15,9%)".

Họ nói thêm: "Từ góc độ nhiệt độ trung bình của tấm pin PV, 13 trong số các thiết kế khung có lỗ được đánh giá hoạt động tốt hơn khung không-có lỗ (Trường hợp 1)". So với bảng không-đục lỗ, thiết kế Vỏ 2 đã giảm nhiệt độ của bảng xuống 5,44 độ . Trong điều kiện không có gió, khung đục lỗ giảm nhiệt độ trung bình xuống 37,8 độ và tăng hiệu suất chuyển đổi quang điện lên 2,89%.

Chỉ có ba thiết kế đục lỗ - Trường hợp 3, 7 và 8 - hoạt động kém hơn so với bảng không-đục lỗ. Trường hợp 3 có các lỗ tròn ở phía dưới gió, Trường hợp 7 có lỗ hình chữ nhật ở phía dưới gió và Trường hợp 8 có lỗ hình chữ nhật ở phía bên trái. Nhóm nghiên cứu kết luận: “Trái ngược với những giả định thông thường, việc khoan thêm lỗ vào khung không nhất thiết cải thiện hiệu suất làm mát của tấm PV”.

Công trình của họ đã được trình bày trong “Đánh giá hiệu quả của việc đục lỗ khung trong việc giảm nhiệt độ của tấm quang điện bằng cách làm mát không khí thụ động”, được xuất bản trong Nghiên cứu điển hình về Kỹ thuật Nhiệt. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Điện lực Đông Bắc Trung Quốc, Tập đoàn Shengu và Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã tham gia nghiên cứu.