توسط : دانشمندان می‌گویند سوراخ‌دار کردن قاب پنل‌های خورشیدی می‌تواند به خنک‌سازی طبیعی و کاهش دمای عملکرد پنل‌ها کمک کند. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد تعداد سوراخ‌ها باید با دقت تنظیم شود و افزایش تعداد آن‌ها لزوماً به معنای عملکرد بهتر نیست.
تیمی از پژوهشگران دانشگاه نیروی برق شمال شرق چین (Northeast Electric Power University) تأثیر سوراخ‌دار کردن قاب پنل‌های فتوولتائیک را بر کاهش دما از طریق خنک‌سازی غیرفعال بررسی کرده است.
به گفته این گروه: «در مقایسه با مطالعات پیشین، نوآوری اصلی این پژوهش در ارزیابی جامع تأثیر سوراخ‌های قاب بر عملکرد خنک‌سازی غیرفعال، مدیریت حرارتی و عملکرد الکتریکی پنل‌های فتوولتائیک نهفته است. تحلیل دقیقی از میدان جریان هوا در اطراف پنل‌ها و میدان دمایی آن‌ها انجام شده و اثر الگوهای مختلف سوراخ‌کاری و اشکال متفاوت سوراخ‌ها بر ویژگی‌های حرارتی و الکتریکی پنل‌ها مقایسه و بررسی شده است. هدف اصلی این مقاله، ارائه مرجعی برای تحقیقات آتی در زمینه فناوری خنک‌سازی غیرفعال در پنل‌های خورشیدی است.»
چگونه دمای دمای پنل خورشیدی را با سوراخ کردن قاب کاهش دهیم؟
تیم پژوهشی ۱۷ طرح متفاوت از قاب‌های سوراخ‌دار را با استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی سه‌بعدی (CFD) مورد بررسی قرار داد. در این شبیه‌سازی‌ها از یک پنل خورشیدی سیلیکونی تک‌کریستالی با ابعاد ۵۲.۸ در ۳۲ در ۱.۰۵ سانتی‌متر استفاده شد. ساختار پنل شامل قاب آلومینیومی به ضخامت ۲.۵ میلی‌متر، لایه شیشه‌ای ۳.۲ میلی‌متری، لایه EVA به ضخامت ۰.۵ میلی‌متر، سلول فتوولتائیک ۰.۶ میلی‌متر و تخته پشتی ۰.۷ میلی‌متر بود.
دامنه محاسباتی شبیه‌سازی یک مکعب به ضلع ۰.۸ متر بود که پنل در ارتفاع ۰.۴ متر از زمین نصب شد. سرعت باد ورودی ۶ متر بر ثانیه، شدت تابش خورشیدی ۹۰۰ وات بر مترمربع و طول اضلاع بادگیر و پشتی پنل ۵۲.۸ سانتی‌متر و اضلاع کناری ۳۲ سانتی‌متر در نظر گرفته شد.
برای اعتبارسنجی مدل، پژوهشگران یک سامانه آزمایشی با استفاده از پنل خورشیدی سیلیکونی تک‌کریستالی کوچک‌تر با ابعاد ۳۵ در ۲۳.۵ در ۱.۵ سانتی‌متر و توان نامی ۱۰ وات طراحی کردند. این پنل با زاویه شیب ۵۰ درجه در شهر جی‌لین (در مرکز چین) نصب شد.
داده‌های آزمایشی با نتایج شبیه‌سازی مقایسه گردید و تحلیل‌ها نشان داد میانگین اختلاف دمایی بین مقادیر اندازه‌گیری‌شده و شبیه‌سازی‌شده تنها ۰.۲۲۶۷ درجه سلسیوس بوده و بیشترین انحراف در یک نقطه ۰.۴ درجه سلسیوس گزارش شد.
پس از تأیید مدل CFD، پژوهشگران زاویه شیب بهینه برای سرمایش غیرفعال را تعیین کردند که ۱۱ درجه بهترین عملکرد را نشان داد. تمامی شبیه‌سازی‌های مربوط به قاب‌های سوراخ‌دار در این زاویه انجام شد.
هفده طرح سوراخ‌کاری در چهار گروه اصلی طبقه‌بندی شدند:
۱. قاب سوراخ‌دار از یک سمت،
۲. از دو سمت،
۳. از سه سمت،
و ۴. از چهار سمت.
در هر حالت، سوراخ‌ها به دو شکل دایره‌ای یا مستطیلی طراحی شدند. در قاب‌هایی که در سمت بادگیر و پشت‌به‌باد سوراخ‌دار بودند، سوراخ‌های دایره‌ای دارای شعاع ۳ میلی‌متر و فاصله‌گذاری ۵۸.۶۸ میلی‌متر بودند. همچنین، در طرفین چپ و راست نیز شعاع سوراخ‌ها ۳ میلی‌متر و فاصله میان آن‌ها ۶۴ میلی‌متر تعیین شد. سوراخ‌های مستطیلی با ابعاد ۴×۱۰۰ میلی‌متر و فاصله ۱۰۷ میلی‌متر، یا ۵×۷۰ میلی‌متر و فاصله ۶۰ میلی‌متر طراحی شدند که بسته به سمت قاب متفاوت بود.
به گفته پژوهشگران، در میان تمام حالت‌ها، طرح شماره ۲ شامل هشت سوراخ دایره‌ای با شعاع ۳ میلی‌متر در سمت بادگیر پنل بهترین عملکرد را داشت. در این طرح، میانگین دمای پنل ۳۹.۳۷ درجه سلسیوس، بیشینه دما ۴۲.۶۳ درجه سلسیوس، و پخش یکنواخت دمای سطحی به‌دست آمد. همچنین این حالت بیشترین توان خروجی (۲۴.۱۸ وات) و بیشترین بازده تبدیل فتوولتائیک (۱۵.۹ درصد) را نشان داد.
پژوهشگران در ادامه افزودند: «از نظر میانگین دمای پنل خورشیدی، ۱۳ طرح از میان ۱۷ طرح سوراخ‌کاری قاب عملکرد بهتری نسبت به قاب بدون سوراخ (نمونه ۱) داشتند.» در مقایسه با پنل بدون سوراخ، طرح شماره ۲ دمای پنل را به میزان ۵.۴۴ درجه سلسیوس کاهش داد. در شرایط بدون باد نیز، استفاده از قاب سوراخ‌دار باعث کاهش میانگین دمای پنل به میزان ۳۷.۸ درجه سلسیوس و افزایش بازده تبدیل فتوولتائیک به میزان ۲.۸۹ درصد شد.
تنها سه طرح سوراخ‌کاری— موارد ۳، ۷ و ۸— عملکردی ضعیف‌تر از پنل بدون سوراخ داشتند. در طرح ۳ از سوراخ‌های دایره‌ای در سمت پشت‌به‌باد استفاده شده بود، در طرح ۷ سوراخ‌های مستطیلی در همان سمت، و در طرح ۸ سوراخ‌های مستطیلی در سمت چپ قاب قرار داشتند.
به گفته گروه پژوهشی، «برخلاف تصور رایج، افزایش تعداد سوراخ‌ها در قاب لزوماً باعث بهبود سرمایش پنل‌های خورشیدی نمی‌شود.»
نتایج این تحقیق در مجله Case Studies in Thermal Engineering منتشر شده است.
بیشتر بخوانید: کاهش دمای پنل‌های خورشیدی تا ۸ درجه با یک لایه آب ساکن
