Повышение эффективности солнечной батареи с помощью теплообменника
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2023-1-23-27Ключевые слова:
теплопередача, теплообменник, охлаждение, фотоэлектрические системы, солнечные батареиАннотация
Одной из проблем, возникающих при выработке возобновляемой энергии с использованием солнечных батарей в Ираке (Багдаде), являются высокие температуры наружного воздуха. Из-за свойств кристаллического кремния, используемого в производстве солнечных элементов, на электрические характеристики солнечных панелей сильно влияет температура рабочей поверхности кремниевых солнечных элементов, что приводит к уменьшению энергии, вырабатываемой этими элементами, из-за высокой их температуры. Кроме того, чтобы контролировать снижение нагрева, солнечные панели необходимо охлаждать с помощью теплообменника, в котором в качестве хладагента используется вода. Метод теплообменника потенциально может повысить эффективность солнечной батареи за счет использования отработанного тепла, образующегося во время фотоэлектрического процесса. Это тепло может быть уловлено и использовано для предварительного нагрева воды, которая затем проходит через теплообменник, передающий тепло наружу. Это может повысить общую эффективность солнечного элемента. В настоящем исследовании медный теплообменник использовался для охлаждения солнечного элемента и изучения влияния этого метода охлаждения на температуру и эффективность работы фотоэлектрического модуля. В качестве источника света и тепла использовалась галогеновая лампа. Результаты показали увеличение температуры солнечного элемента, при этом напряжение холостого хода уменьшалось, но при использовании теплообменника температура элемента росла медленно, поэтому напряжение холостого хода уменьшалось. Это происходило гораздо медленнее по сравнению с первым случаем за тот же период, вследствие чего КПД фотопреобразователя не падает, поэтому фотоэлемент работает с более высоким КПД и дает более высокую выработку электрической энергии.Библиографические ссылки
Bayrak Fatih, Hakan F. Oztop, and Fatih Selimefendigil. Experimental study for the application of different cooling techniques in photovoltaic (PV) panels. Energy Conversion and Management 212 (2020): 112789. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.112789.
Ruoping Yan, XiaohuiYu, FuweiLu, Huajun W. Study of operation performance for a solar photovoltaic system assisted cooling by ground heat exchangers in arid climate, China. Renewable Energy 155, 2020, pp. 102-110. DOI: 10.1016/j.renene.2020.03.109.
Elminshawy Nabil A.S., El Ghandour M., Gad H.M., El-Damhogi D.G., Kamal El-Nahhas, Mohammad F. Addas. The performance of a buried heat exchanger system for PV panel cooling under elevated air temperatures. Geothermics 82, 2019, pp. 7-15. DOI: 10.1016/j.geothermics.2019.05.012.
Martínez-Merino Paloma, Patrice Estellé, Rodrigo Alcántara, Iván Carrillo-Berdugo, Javier Navas. Thermal performance of nanofluids based on tungsten disulphide nanosheets as heat transfer fluids in parabolic trough solar collectors. Solar Energy Materials and Solar Cells 247, 2022, pp. 111937. DOI: 10.1016/j.solmat.2022.111937.
Nižetić Sandro, Duje Čoko, Yadav A., Filip Grubišić-Čabo. Water spray cooling technique applied on a photovoltaic panel: The performance response. Energy conversion and management 108, 2016, pp. 287-296.
El Kharaz Hafid, Kaoutar Khallaki, Saddik Kadiri M., Khadija Choukairy. Performance's improvement methods of PV solar panel by different cooling systems: A Review of Experimental and Numerical studies. In AIP Conference Proceedings, vol. 2345, no. 1. AIP Publishing LLC, 2021, p. 020039.
Salem M.R., Elsayed M.M., Abd-Elaziz A.A., Elshazly K.M. Performance enhancement of the photovoltaic cells using Al2O3/PCM mixture and/or water cooling-techniques. Renewable Energy 138, 2019, pp. 876-890. DOI: 10.1016/j.renene.2019.02.032.
Chen Shaojie, Jun Yang. Loop thermosyphon performance study for solar cells cooling. Energy Conversionand Management 121, 2016, pp. 297-304.
Huang Xuanqi, Wei Li, Houqiang Fu, Dongying Li, Chaomin Zhang, Hong Chen, Yi Fang et al. High-temperature polarization-free III-nitride solar cells with self-cooling effects. ACS Photonics 6, no. 8, 2019, pp. 2096-2103. DOI: 10.1021/acsphotonics.9b00655.
Khan Shoukat Alim, Yusuf Bicer, Sami G. Al-Ghamdi, MuammerKoç. Performance evaluation of self-cooling concentrating photovoltaics systems using nucleate boiling heat transfer. RenewableEnergy 160, 2020, pp. 1081-1095.
Al-Amri Fahad, Taher S. Maatallah, Omar F. Al-Amri, Sajid Ali, Sadaqat Ali, Ijlal Shahrukh Ateeq, Richu Zachariah, Tarek S. Kayed. 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. Alexandria Engineering Journal 61, 2022, no. 2, pp. 1413-1424. DOI: 10.1016/j.aej.2021.06.046.
Shukla A., Karunesh Kant, Atul Sharma, Pascal Henry Biwole. Cooling methodologies of photovoltaic module for enhancing electrical efficiency: A review. Solar Energy Materials and Solar Cells 160, 2017, pp. 275-286.
Ghadikolaei Saeed SiahChehreh. Solar photovoltaic cells performance improvement by cooling technology: An overall review.International Journal of Hydrogen Energy 46, 2021, no. 18, pp. 10939-10972. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.12.164.
Nabil Tamer, Tamer M. Mansour. Augmenting the performance of photovoltaic panel by decreasing its temperature using various cooling techniques. Results in Engineering, vol. 15, 2022. DOI: 10.1016/j.rineng.2022. 100564.
Siddiqui M.U., Siddiqui O.K., Al-Sarkhi A., Arif A.F.M., Zubair S.M. A novel heat exchanger design procedure for photovoltaic panel cooling application: An analytical and experimental evaluation. Applied Energy 2019, no. 239, pp. 41-56.
Jay Prakash Bijarniya, Jahar Sarkar, Pralay Maiti. Review on passive daytime radiative cooling: Fundamentals, recent researches, challenges and opportunities. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2020, 133, pp. 110263. DOI: 10.1016/j.rser.2020.110263.
Sargunanathan S., Elango A., Tharves Mohideen S. Performance enhancement of solar photovoltaic cells using effective cooling methods: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 64, 2016, pp. 382-393.
Al-Hossainy, Ahmed F., Mohamed R. Eid. Structure, DFT calculations and heat transfer enhancement in [ZnO/PG + H2O] C hybrid nanofluid flow as a potential solar cell coolant application in a double-tube.Journal of Materials Science: Materials in Electronics 31, 2020, no. 18, pp. 15243-15257.
Davies, Philip A., and Guillermo Zaragoza. Ideal performance of a self-cooling greenhouse. Applied Thermal Engineering 149, 2019, pp. 502-511 DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.12.056.
Baloch Ahmer A.B., Haitham M.S.Bahaidarah, PalanichamyGandhidasan, Fahad A. Al-Sulaiman. Experimental and numerical performance analysis of a converging channel heat exchanger for PV cooling. Energy conversion and management, 2015, no. 103, pp. 14-27.
Rathour Rajat Satender, Vishal Chauhan, Kartik Agarwal, Shubham Sharma, Gopal Nandan. Cooling of solar photovoltaic cell: using novel technique. Advances in Fluid and Thermal Engineering, pp. 521-529. Springer, Singapore, 2019. DOI: 10.1007/978-981-13-6416-7_48.
Zhao, Bin, Kegui Lu, Mingke Hu, Jie Liu, Lijun Wu, Chengfeng Xu, Qingdong Xuan, and Gang Pei. "Radiative cooling of solar cells with micro-grating photonic cooler". Renewable Energy 191, 2022, pp. 662-668. DOI: 10.1016/j.renene.2022.04.063.
Nadda Rahul, Anil Kumar, Rajesh Maithani. Efficiency improvement of solar photovoltaic/solar air collectors by using impingement jets: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, 93, pp. 331-353.
Hussien Hashim A., Ali H. Numan, Abdulmunem R. Abdulmunem. Improving of the photovoltaic/thermal system performance using water cooling technique. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 78, no. 1, p. 012020. IOP Publishing, 2015.
Zubeer Swar A., Mohammed H. A., Mustafa Ilkan. A review of photovoltaic cells cooling techniques. E3S web of conferences, vol. 22, p. 00205. EDP Sciences, 2017. DOI: 10.1051/e3sconf/20172200205.
Li, Wei, Yu Shi, Kaifeng Chen, Linxiao Zhu, and Shanhui Fan. A comprehensive photonic approach for solar cell cooling. Acs Photonics 4, no. 4, 2017, pp. 774-782. DOI: 10.1021/acsphotonics.7b00089.
Reda M., Spinnler M., Al-Kayiem H., Sattelmayer T. Assessment of condensation and thermal control in a photovoltaic panel by PV/T and ground heat exchanger. Solar Energy, 2021, no. 221, pp. 502-511. DOI: 10.1016/j.solener.2021.05.004.
Jakhar S., Soni M., Gakkhar N. Parametric modeling and simulation of photovoltaic panels with earth water heat exchanger cooling. Geothermalenergy, 2016, no. 4 (1), pp. 1-12. DOI: 10.1186/s40517-016-0054-8.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
