توسط : محققان مجارستانی سیستمی طراحی کرده‌اند که از ترکیب دو روش خنک‌سازی با هوا و آب برای افزایش کارایی پنل خورشیدی استفاده می‌کند. در این سیستم، یک پنل خورشیدی پلی‌کریستال ۶۰ واتی به‌کار گرفته شده که ۱۵۲ سوراخ در قاب آن تعبیه شده تا امکان جریان یافتن هوا برای خنک‌سازی فراهم شود. در پشت پنل نیز لوله‌ها و پره‌هایی از جنس آلیاژ مس با رسانایی حرارتی بالا قرار گرفته‌اند که وظیفه خنک‌سازی با آب را بر عهده دارند.
به گزارش pv magazine، محققان روش نوینی برای خنک‌سازی پنل‌های خورشیدی با بهره‌گیری هم‌زمان از هوا و آب توسعه داده‌اند. در این فناوری، برای خنک‌سازی با هوا از یک قاب مشبک دارای سوراخ‌های متعدد و یک فن استفاده شده و برای خنک‌سازی با آب، از پره‌های هرمی‌شکل و لوله مارپیچی (serpentine) بهره گرفته شده است.
محققان توضیح می‌دهند: «این طراحی با استفاده از قاب پنل خورشیدی که به‌طور راهبردی دارای سوراخ‌هایی در موقعیت‌های خاص است که با افزایش جریان هوا، رویکردی ویژه برای خنک‌سازی ارائه می‌دهد. با مدیریت و بازیابی مؤثر انرژی گرمایی، این سیستم می‌تواند تنظیم دمای پنل و بازده کلی سیستم خورشیدی را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.»
راهکاری نوین برای کاهش دمای پنل‌های خورشیدی
در این آزمایش، یک پنل خورشیدی پلی‌کریستال ۶۰ واتی به‌کار گرفته شد. در بخش خنک‌سازی با هوا، ۱۵۲ سوراخ روی قاب جانبی پنل ایجاد شد تا هوا از آن‌ها وارد شود. همچنین یک سوراخ در پشت پنل برای خروج هوا تعبیه شد که یک فن روی آن نصب گردید و سرعت جریان هوا نیز روی ۱٫۱ متر بر ثانیه تنظیم شد. در بخش خنک‌سازی با آب نیز یک لوله مارپیچی به پشت پنل وصل شد و ۱۱ پره فلزی بین لوله و سطح پنل قرار گرفت تا انتقال گرما به‌شکل مؤثرتری انجام شود.
تیم پژوهشی برای ساخت پره‌ها و لوله‌ها، از آلیاژ مس با رسانایی گرمایی بالا استفاده کرد تا راندمان انتقال گرما بهینه شود. همچنین، این اجزا با استفاده از چسبی با رسانایی حرارتی بالا به سطح پنل متصل شدند تا تماس مستقیم برقرار شده و انتقال حرارت با راندمان بیشتری صورت گیرد. برای شکل‌دادن به کانال هوا، یک صفحه چوبی به قاب پنل متصل شد و دو لایه عایق نیز به سامانه افزوده شدند.
در طراحی این سامانه، هوای گرم خروجی به‌عنوان منبع پشتیبان گرمایش فضای داخلی خانه در نظر گرفته شد و آب گرم خروجی نیز در یک مخزن ذخیره گردید. علاوه بر این سامانه (PV-d)، دو سامانه دیگر نیز برای مقایسه ساخته شدند:
۱. سامانه مرجع با پنل ۶۰ واتی بدون خنک‌سازی (PV-r)
۲. سامانه با پنل و فقط خنک‌سازی با هوا (PV-a)
تمام سیستم‌های آزمایشی در شهر گودولو (Gödöllő)، در مرکز مجارستان نصب شدند. پنل‌ها روی یک قاب آلومینیومی شیب‌دار با زاویه ۴۳ درجه و جهت‌گیری به‌سمت جنوب قرار گرفتند و زاویه سمت -۱۹ درجه بود. عملکرد این سامانه‌ها در طول دو روز متوالی با شرایط آسمان صاف در ماه مه ۲۰۲۴ ثبت و بررسی شد.
افزایش راندمان با خنک‌سازی دوگانه مبتنی بر آب و هوا
نتایج نشان داد که سامانه PV-d از نظر عملکرد الکتریکی به‌مراتب برتر عمل کرده است؛ به‌طوری‌که در شدت تابش ۱۰۱۸.۷۶ وات بر مترمربع، توان خروجی آن به ۴۲.۸۷ وات رسید. درحالی‌که سامانه مرجع بدون خنک‌کننده (PV-r) تنها ۳۰ وات تولید کرد. بدین ترتیب، سامانه دوگانه PV-d افزایشی معادل ۴۲.۴ درصد در توان خروجی نسبت به سامانه مرجع داشته است. همچنین بازده حرارتی سامانه PV-d به‌طور چشمگیری افزایش یافت و در شدت تابش مشابه، در مقایسه با سامانه خنک‌شونده با هوا، حدود ۴۸.۵ درصد عملکرد بهتری از خود نشان داد.
علاوه‌براین، محققان دریافتند که سامانه PV-d توانسته به‌طور میانگین دمای پنل را حدود ۵.۴ درجه سانتیگراد نسبت به سامانه خنک‌شونده با هوا (PV-a) و ۱۲.۵ درجه سانتیگراد نسبت به سامانه مرجع PV-r کاهش دهد.
این سامانه همچنین میانگین بازده اکسرژی برابر با ۲۷.۷ درصد را نشان داد؛ درحالی‌که این مقدار برای سامانه PV-a حدود ۱۶.۲ درصد و برای سامانه مرجع PV-r تنها ۶ درصد بوده بود.
این پژوهش در مجله Energy Conversion and Management: X منتشر شده است.
همچنین، به‌تازگی محققان ماده کامپوزیتی جدیدی ساخته‌اند که با روش خنک‌سازی غیرفعال، پنل‌های خورشیدی را خنک نگه می‌دارد و طول عمر آن‌ها را بیش از ۲۰۰ درصد و عملکرد پنل را تا ۱۳ درصد افزایش می‌دهد.
