Szaúd-arábiai tudósok teszteltek több napelem panelekhez való hűtési technikát, és azt találták, hogy a szélsőséges időjárási körülmények között az aktív technikák jobban beválnak, mint a passzívak. A leghatékonyabb egy négy hűtőcsőből álló rendszer, amelyet egy folyadékkonténerként működő tartályban lévő folyadékba merítenek és összeépítenek a napelem panel hátsó részével.
A kísérleti összeállítás a hűtési technológiák teszteléséhez.
Image: Imam Abdulrahman Bin Faisal Egyetem
Az Imam Abdulrahman Bin Faisal Egyetem tudósainak egy csoportja Szaúd-Arábiában végezte el több napelemek hűtésére szolgáló technológia értékelését úgy, hogy a rendszereket az ország szélsőségesen mostoha feltételei között vizsgálták.
A kutatók elemzésében szerepeltek passzív hűtési rendszerek, amelyeknek alapját egy hőelnyelő vagy egy fázisváltó anyagokba (phase change materials, PCMs) ágyazott hőelnyelő képezte, valamint ún. micro-flat hűtőcsövekkel működő aktív hűtések is, részben a folyadékba merítve, részben folyadékba merítés nélkül.
A passzív technológiák értékelését két különböző konfigurációban végezték: egy 11%-os hatékonyságú, 15W kimenő teljesítményű polikristályos napelem modullal, amelyet hat alumínium hőelnyelővel láttak el a panel hátlapján; és ugyanezt a panelt a TPM350-el feltöltött magas hővezető képességű tartályokon elhelyezett hőelnyelőkkel. A TPM350 egy olyan fázisváltó anyag, amely magas hővezetési képességet biztosít, és az olvadáspontja 50 Celsius fok. Az összes konfigurációnál dél felé tájolva és 25 fokban megdöntve helyezték el a napelem paneleket. A mérések figyelembe vették a kimenő teljesítményt, a modulok felszíni hőmérsékletét és az energiaátalakítási hatékonyságát.
Az aktív fűtésnek két formáját vizsgálták: az egyik rendszerben négy hűtőcsőből álló sort hűtöttek áramló vízzel, és ezt a panel hátlapján helyezték el; a másikban négy hűtőcsövet merítenek egy folyadékkonténerként működő tartályban lévő folyadékba, és ezt kapcsolják össze a napelem panel hátlapjával. „Ez a technológia hűtési céllal érdekes, mert a a hőenergia átviteléhez a folyadék buborékáramát és a hűtőcsövekben a párologtatásos hűtést használja fel” – magyarázták a tudósok a második rendszerre utalva, és megjegyezték, hogy három különböző típusú folyadékot teszteltek, motorolajat, etilén-glikolt és normál vizet.
A két passzív technológia teljesítményét nem találták elégségesnek ahhoz, hogy megfelelő hűtést biztosítsanak. Az egyszerű hőelnyelőkkel működő technológia átlagosan 10 Celsius fokkal volt képes mérsékelni a hőmérsékletet; a fázisváltó anyagon alapuló csak az első két óra alatt tudott megfelelő hűtést biztosítani. „Amikor végbement az olvadás, a fázisváltó anyag hatástalanná vált, ami a panel hőmérsékletének meredek megugrását idézte elő, a fázisváltó anyag hővezetési ellenállása miatt magasabb lett az értéke, mint a hűtetlen panelnek” – állította a szaúdi csapat, és hozzátették, hogy magasabb olvadáspontú fázisváltó anyagot kellene alkalmazni.
Az aktív rendszert illetően a négy vízbe merített hűtőcsöves rendszer volt a leghatékonyabb, amely akár 53%-kal is képes volt csökkenteni a panel hőmérsékletét; ezt követte az etilén-glikolba mártott 48%-os csökkentéssel; a motorolajba merítettek mindössze 25%-kal csökkentették a modulok hőmérsékletét. A legalacsonyabb százalékos értéket – 21%-t – az áramló vízzel hűtött négy hűtőcső esetében kaptak. „Ha a paneleket aktívan hűtöttük normál vízbe mártott hűtőcsövekkel, akkor alacsonyabb panel hőmérsékletet és magasabb üresjárati feszültséget mértünk” – hangsúlyozták a tudósok. „Ebben a konfigurációban a feszültség növekedése 13% volt a más hűtés nélküli panel konfigurációkhoz képest.”
A kutatás megállapításait az „ Innovatív technológiák a szolár panelek egységes hőmérsékletének biztosításához hűtőcsövekkel és folyadékba mártással a Szaúd-Arábiai Királyság szélsőséges éghajlatán (Innovative technique for achieving uniform temperatures across solar panels using heat pipes and liquid immersion cooling in the harsh climate in the Kingdom of Saudi Arabia)” című tanulmány foglalja magában, amelyet az Alexandria Engineering Journal folyóiratban tettek közzé.
Forrás: pv-magazine
