توسط : پژوهشگران ایرانی راهکاری تازه برای خنک‌سازی ماژول‌های خورشیدی ارائه کرده‌اند که با استفاده از نوارهای پیچ‌خورده (Twisted Tape) در کانال‌های آب‌خنک، انتقال حرارت را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. مدل‌سازی‌های رایانه‌ای نشان می‌دهد که این روش می‌تواند بازده الکتریکی پنل‌ها را تا ۱۱.۸۴ درصد افزایش دهد.
به گزارش pv magazine، محققان دانشگاه تبریز ایران یک روش خنک‌سازی ماژول PV جدید توسعه داده‌اند که از نوار پیچ‌خورده در کانال‌های خنک‌شونده با آب برای افزایش انتقال حرارت استفاده می‌کند. به گفته تیم تحقیقاتی، قرار دادن نوار پیچ‌خورده درون کانال باعث ایجاد جریان چرخشی (Swirl Flow) می‌شود که مرزهای سرعت و دمایی جریان را برهم زده و ضریب انتقال حرارت را به‌طور مستقیم افزایش می‌دهد.
محققان برای طراحی دقیق، یک هندسه سه‌بعدی از پنل خورشیدی را با استفاده از نرم‌افزار SolidWorks 2020 ایجاد کرده و سپس در یک مطالعه محاسباتی، ترکیب‌های مختلف و پارامترهای گوناگون این سیستم خنک‌سازی را آزمایش کرده‌اند.
در این شبیه‌سازی، پژوهشگران یک پنل خورشیدی پنج‌لایه طراحی کردند که شامل شیشه، لایه بالایی EVA، سلول‌های پلی‌سیلیکون، لایه پایینی EVA و یک لایه تکی از تدلار (Tedlar) بود. برای اتصال کانال‌های خنک‌کننده به پشت پنل، از خمیر حرارتی استفاده شد. این کانال‌ها از آلومینیوم ساخته شده بودند و شکل آن‌ها به‌صورت مستطیلی یا دایره‌ای مدل‌سازی شد. ابعاد پنل نیز ۱۰۰۰ میلی‌متر طول، ۶۰۰ میلی‌متر عرض و ۴.۶ میلی‌متر ضخامت تعیین شد.
در نمونه مستطیلی، هر کانال دارای ارتفاع ۳۰ میلی‌متر، عرض ۳۷.۵ میلی‌متر و طول ۱۰۰۰ میلی‌متر بود و ۱۶ کانال در پشت پنل نصب شد. در حالت دایره‌ای، قطر کانال‌ها ۳۳.۳۳۴ میلی‌متر و طول آن‌ها نیز ۱۰۰۰ میلی‌متر بود و برای شبیه‌سازی ۱۸ کانال استفاده شد.
در هر دو نوع کانال، یک نوار پیچ‌خورده قرار داده شد؛ با سه مقدار گام‌پیچ یا Pitch شامل ۳۱.۲۵، ۶۲.۵ و ۱۲۵ میلی‌متر. گام‌پیچ نشان‌دهنده فاصله‌ای است که طی آن نوار یک دور کامل ۳۶۰ درجه می‌چرخد.
محققان علاوه بر تغییر گام‌پیچ، نوارهای پیچ‌خورده را با بریدگی‌های V شکل تکی و دوگانه (هرکدام با عمق ۷.۵ میلی‌متر) نیز آزمایش کردند. در ادامه، متغیرهای دیگری همچون شدت تابش خورشید در سه سطح ۵۰۰، ۸۰۰ و ۱۰۰۰ وات بر مترمربع و دمای ثابت محیطی ۲۰ درجه سانتی‌گراد در مدل اعمال شد. همچنین برای بررسی رفتار جریان آب در کانال‌ها، عدد رینولدز در مقادیر ۵۰، ۱۰۰، ۱۵۰، ۲۰۰ و ۳۰۰ تنظیم شد. مدل شبیه‌سازی نیز با نتایج یک پژوهش پیشین اعتبارسنجی شد که خطای انحراف معیار ۰.۳۳ تا ۳.۷۱ درصد را نشان داد.
پژوهشگران اعلام کردند که استفاده از نوار پیچ‌خورده، دمای سلول را از ۳۱.۷۰ درجه به ۲۷.۸۳ درجه سانتی‌گراد کاهش داده و درنتیجه راندمان الکتریکی از ۱۱.۶۸ درصد به ۱۱.۸۴ درصد افزایش یافته است. در طراحی بهینه، این خنک‌سازی معادل کاهش ۴.۸۲۳ درجه‌ای دمای سلول نسبت به کانال بدون نوار پیچ‌خورده بود.
به گفته محققان، با کاهش گام‌پیچ، دمای متوسط سلول ۱.۱۴ درجه کمتر شد و راندمان الکتریکی پنل نیز بهبود ۰.۵ درصدی را نشان داد.
پژوهشگران همچنین اعلام کردند که استفاده از نوار پیچ‌خورده با یک یا دو شکاف V هیچ اثر قابل‌توجهی بر عملکرد خنک‌سازی ایجاد نکرده است. علاوه بر این، با افزایش عدد رینولدز – که نشان‌دهنده جریان سریع‌تر و آشفته‌تر آب است – دمای متوسط سلول کاهش یافت و راندمان الکتریکی ماژول‌های خورشیدی بهبود پیدا کرد.
محققان در جمع‌بندی نتایج تأکید کردند: «کانال دایره‌ای صاف عملکرد بهتری نسبت به کانال مستطیلی صاف دارد؛ اما زمانی که از نوار پیچ‌خورده استفاده شود، کانال مستطیلی نتایج بهتری ارائه می‌دهد نسبت به زمانی که همان نوار در کانال دایره‌ای به‌کار گرفته شود.»
این مطالعه در مجله Ain Shams Engineering Journal منتشر شده است.
پیشنهادهای بیشتر:
