Hoe u de temperatuur van een PV-module kunt verlagen met frameperforaties

Een onderzoeksteam onder leiding van wetenschappers van de Chinese Northeast Electric Power University heeft de impact van frameperforatie op het verlagen van de temperatuur van PV-panelen onderzocht met behulp van passieve luchtkoeling.

"Vergeleken met eerdere studies is de belangrijkste nieuwigheid van deze studie de uitgebreide effectevaluatie van frameperforatie op de passieve luchtkoelingsprestaties, het thermisch beheer en de elektrische prestaties van PV-panelen", legt de groep uit. "Er wordt een gedetailleerde analyse uitgevoerd van het luchtstroomveld rond PV-panelen en het temperatuurveld van PV-panelen, en de effecten van verschillende frameperforatiepatronen en verschillende gatvormen op de thermische en elektrische prestaties van PV-panelen worden vergeleken en besproken. Het hoofddoel van dit artikel is om een ​​referentie te bieden voor passief luchtkoelingstechnologieonderzoek van zonnepanelen."

Het onderzoeksteam onderzocht 17 verschillende frameperforatieontwerpen met behulp van drie-dimensionale computationele vloeistofdynamica (CFD)-simulaties.

De simulaties waren gebaseerd op een monokristallijn silicium fotovoltaïsch (PV) paneel van 52,8 cm x 32 cm x 1,05 cm. Het paneel bestond uit een frame van een aluminiumlegering (2,5 mm dik), een glaslaag (3,2 mm), een ethyleen-vinylacetaat (EVA) laag (0,5 mm), een PV-cel (0,6 mm) en een achterbord (0,7 mm).

Het rekendomein was een kubus van 0,8 m aan elke kant, met een installatiehoogte van 0,4 m. De inlaatwindsnelheid werd vastgesteld op 6,0 m/s. De loef- en lijzijde van het paneel waren 52,8 cm lang, terwijl de linker- en rechterzijde 32 cm waren. De invallende zonnestraling bedroeg 900 W/m².

Om hun model te valideren, bouwden de onderzoekers een experimentele opstelling met behulp van een kleiner monokristallijn silicium PV-paneel met afmetingen van 35 cm x 23,5 cm x 1,5 cm. Het paneel had een nominaal vermogen van 10 W en werd onder een kantelhoek van 50 graden geïnstalleerd. Er werden experimenten uitgevoerd in Jilin City, centraal China, en de resultaten werden vergeleken met een afzonderlijk simulatiemodel. Analyse toonde een gemiddeld temperatuurverschil aan tussen gesimuleerde en gemeten waarden van slechts 0,2267 graden, met een maximale afwijking van één-punt van 0,4 graad.

Nadat het CFD-model was gevalideerd, optimaliseerde het team de kantelhoek voor passieve koeling, waarbij 11 graden als het meest effectief werd geïdentificeerd. Alle daaropvolgende simulaties van de perforatiegevallen werden onder deze helling uitgevoerd. De 17 perforatieontwerpen zijn gegroepeerd in vier categorieën op basis van het aantal geperforeerde framezijden: enkele-zijdige, dubbele-zijdige, drie-zijdige en vier-zijdige perforaties.

Elke doos had ronde of rechthoekige perforaties. Voor panelen met perforaties aan de loef- en lijzijde hadden ronde gaten een straal van 3 mm en een onderlinge afstand van 58,68 mm; aan de linker- en rechterkant hadden de gaten ook een straal van 3 mm, maar een onderlinge afstand van 64 mm. Rechthoekige perforaties meten 4 mm x 100 mm met een tussenruimte van 107 mm, en 5 mm x 70 mm met een tussenruimte van 60 mm, afhankelijk van de zijkant.

"Behuizing 2 - met acht cirkelvormige gaten met een straal van 3,0 mm aan de loefzijde - bereikte de laagste gemiddelde PV-paneeltemperatuur (39,37 graden), de laagste maximumtemperatuur (42,63 graden), de meest uniforme verdeling van de oppervlaktetemperatuur, het hoogste uitgangsvermogen (24,18 W) en de grootste foto-elektrische conversie-efficiëntie (15,9%)", rapporteerden de onderzoekers.

"Vanuit het perspectief van de gemiddelde PV-paneeltemperatuur presteerden 13 van de geëvalueerde ontwerpen met frameperforatie beter dan het niet-geperforeerde frame (geval 1)", voegde ze eraan toe. Vergeleken met het niet-geperforeerde paneel verlaagde het Case 2-ontwerp de temperatuur van het paneel met 5,44 graden. Als er geen-wind was, verlaagde het geperforeerde frame de gemiddelde temperatuur met 37,8 graden en verhoogde de foto-elektrische conversie-efficiëntie met 2,89%.

Slechts drie perforatieontwerpen - Gevallen 3, 7 en 8 - presteerden ondermaats vergeleken met het niet- geperforeerde paneel. Geval 3 had ronde gaten aan de lijzijde, Geval 7 had rechthoekige gaten aan de lijzijde en Geval 8 had rechthoekige gaten aan de linkerkant. "In tegenstelling tot wat vaak wordt aangenomen, verbetert het boren van meer gaten in het frame niet noodzakelijkerwijs de koelprestaties van PV-panelen", concludeerde het team.

Hun werk werd gepresenteerd in "Effectevaluatie van frameperforatie op het verlagen van de temperatuur van fotovoltaïsche panelen met passieve luchtkoeling", gepubliceerd in Case Studies in Thermal Engineering. Onderzoekers van de Chinese Northeast Electric Power University, Shengu Group en de University of Science and Technology of China namen deel aan het onderzoek.