Çerçeve Delikleriyle PV Modül Sıcaklığı Nasıl Azaltılır

Çin'in Kuzeydoğu Elektrik Enerjisi Üniversitesi'nden bilim adamlarının liderliğindeki bir araştırma ekibi, çerçeve delinmesinin pasif hava soğutması kullanarak PV panellerin sıcaklığının azaltılması üzerindeki etkisini araştırdı.

Grup, "Önceki çalışmalarla karşılaştırıldığında, bu çalışmanın ana yeniliği, çerçeve deliklerinin pasif hava soğutma performansı, termal yönetim ve PV panellerin elektrik performansı üzerindeki kapsamlı etkisinin değerlendirilmesidir" dedi. "PV panellerin etrafındaki hava akışı alanının ve PV panellerin sıcaklık alanının ayrıntılı analizi yapılmış ve farklı çerçeve delik şekillerinin ve farklı delik şekillerinin PV panellerin termal ve elektrik performansları üzerindeki etkileri karşılaştırılıp tartışılmıştır. Bu makalenin ana amacı, güneş PV panellerinin pasif hava soğutma teknolojisi araştırmaları için bir referans sağlamaktır."

Araştırma ekibi, üç-boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) simülasyonlarını kullanarak 17 farklı çerçeve delme tasarımını araştırdı.

Simülasyonlar, 52,8 cm x 32 cm x 1,05 cm ölçülerinde monokristalin silikon fotovoltaik (PV) panele dayanıyordu. Panel, bir alüminyum alaşımlı çerçeve (2,5 mm kalınlık), bir cam katman (3,2 mm), bir etilen-vinil asetat (EVA) katman (0,5 mm), bir PV hücre (0,6 mm) ve bir arka panelden (0,7 mm) oluşuyordu.

Hesaplama alanı, her iki tarafı da 0,8 m olan ve kurulum yüksekliği 0,4 m olan bir küptü. Giriş rüzgar hızı 6,0 m/s olarak ayarlandı. Panelin rüzgar ve rüzgar altı tarafları 52,8 cm, sol ve sağ tarafları ise 32 cm ölçülerindeydi. Olaydaki güneş ışınımı 900 W/m² idi.

Modellerini doğrulamak için araştırmacılar, 35 cm x 23,5 cm x 1,5 cm boyutlarında daha küçük bir monokristalin silikon PV panel kullanarak bir deney düzeneği kurdular. Panelin nominal gücü 10 W'tı ve 50 derecelik bir eğim açısıyla monte edildi. Çin'in orta kesimindeki Jilin Şehrinde deneyler yapıldı ve sonuçlar ayrı bir simülasyon modeliyle karşılaştırıldı. Analiz, simüle edilen ve ölçülen değerler arasında yalnızca 0,2267 derecelik ortalama sıcaklık farkı olduğunu ve maksimum tek-nokta sapmanın 0,4 derece olduğunu gösterdi.

CFD modeli doğrulandıktan sonra ekip, pasif soğutma için eğim açısını optimize ederek 11 dereceyi en etkili açı olarak belirledi. Perforasyon vakalarının sonraki tüm simülasyonları bu eğimde gerçekleştirildi. 17 delikli tasarım, delikli çerçeve kenarlarının sayısına göre dört kategoriye ayrıldı: tek-taraflı, çift-taraflı, üç-taraflı ve dört-taraflı delikler.

Her kasada dairesel veya dikdörtgen delikler bulunuyordu. Rüzgâr yönüne ve rüzgâr yönüne doğru delikli paneller için dairesel deliklerin yarıçapı 3 mm idi ve birbirlerinden 58,68 mm aralıklarla yerleştirilmişti; sol ve sağ taraflarda da deliklerin yarıçapı 3 mm idi ancak aralıkları 64 mm idi. Kenarına bağlı olarak 4 mm × 100 mm, 107 mm aralıkla ve 5 mm × 70 mm, 60 mm aralıkla ölçülen dikdörtgen delikler.

Araştırmacılar, "Rüzgar tarafında 3,0 mm yarıçaplı sekiz dairesel delik bulunan 2 - kasası, - en düşük ortalama PV panel sıcaklığına (39,37 derece), en düşük maksimum sıcaklığa (42,63 derece), en düzgün yüzey sıcaklığı dağılımına, en yüksek çıkış gücüne (24,18 W) ve en büyük fotoelektrik dönüşüm verimliliğine (%15,9) ulaştı" dedi.

"Ortalama PV panel sıcaklığı açısından bakıldığında, değerlendirilen çerçeve delikli tasarımlarından 13'ü deliksiz çerçeveden (Durum 1) daha iyi performans gösterdi (Durum 1)" diye eklediler. Deliksiz panelle karşılaştırıldığında- Durum 2 tasarımı, panelin sıcaklığını 5,44 derece düşürdü. Rüzgarsız koşullar altında, delikli çerçeve ortalama sıcaklığı 37,8 derece düşürdü ve fotoelektrik dönüşüm verimliliğini %2,89 artırdı.

Yalnızca üç delikli tasarım - Durum 3, 7 ve 8 - delikli olmayan panele göre- daha düşük performans gösterdi. Durum 3'ün rüzgar altı tarafında dairesel delikler vardı, Durum 7'nin rüzgar altı tarafında dikdörtgen delikler vardı ve Durum 8'in sol tarafında dikdörtgen delikler vardı. Ekip, "Genel varsayımların aksine, çerçeveye daha fazla delik açmak, PV panelinin soğutma performansını mutlaka iyileştirmez" sonucuna vardı.

Çalışmaları, Case Studies in Thermal Engineering dergisinde yayınlanan "Pasif hava soğutmayla fotovoltaik panel sıcaklığının azaltılmasında çerçeve perforasyonunun etkisi değerlendirmesi" başlıklı makalede sunuldu. Araştırmaya Çin'in Kuzeydoğu Elektrik Enerjisi Üniversitesi, Shengu Grubu ve Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar katıldı.