フレームの穴を使用して PV モジュールの温度を下げる方法

中国の東北電力大学の科学者が率いる研究チームは、受動的空冷を使用した太陽光発電パネルの温度低下に対するフレームの穴の影響を調査しました。

「以前の研究と比較して、この研究の主な新規性は、太陽電池パネルの受動的空冷性能、熱管理、および電気的性能に対するフレーム穿孔の包括的な影響評価である」と研究グループは説明した。 「PV パネルの周囲の空気流場と PV パネルの温度場の詳細な分析が行われ、異なるフレームの穿孔パターンと異なる穴の形状が PV パネルの熱的および電気的性能に及ぼす影響が比較および議論されます。この論文の主な目的は、太陽光発電パネルの受動空冷技術の研究に参考を提供することです。」

研究チームは、3 次元数値流体力学 (CFD) シミュレーションを使用して、17 の異なるフレーム穿孔設計を調査しました。-

シミュレーションは、52.8 cm × 32 cm × 1.05 cm の単結晶シリコン太陽光発電 (PV) パネルに基づいています。パネルは、アルミニウム合金フレーム (厚さ 2.5 mm)、ガラス層 (3.2 mm)、エチレン-酢酸ビニル (EVA) 層 (0.5 mm)、太陽電池 (0.6 mm)、およびバックボード (0.7 mm) で構成されていました。

計算領域は、各辺が 0.8 m、設置高さが 0.4 m の立方体でした。入口風速は6.0m/sに設定した。パネルの風上側と風下側は 52.8 cm、左側と右側は 32 cm でした。入射太陽放射照度は 900 W/m² でした。

モデルを検証するために、研究者らは、寸法 35 cm × 23.5 cm × 1.5 cm の小型の単結晶シリコン PV パネルを使用した実験装置を構築しました。パネルの定格電力は 10 W で、50 度の傾斜角で設置されました。実験は中国中部の吉林市で行われ、結果は別のシミュレーションモデルと比較されました。分析の結果、シミュレーション値と測定値の平均温度差はわずか 0.2267 度、単一点の最大偏差は 0.4 度であることがわかりました。-

CFD モデルが検証されると、チームは受動的冷却の傾斜角を最適化し、11 度が最も効果的であると特定しました。その後の穿孔ケースのシミュレーションはすべてこの傾斜で実行されました。 17 個の穿孔デザインは、穿孔フレームの側面の数に基づいて、片面-面、両面-面、三面-面、および四面-面の穿孔の 4 つのカテゴリにグループ化されました。

各ケースには円形または長方形のミシン目が付いていました。風上と風下の穴のあるパネルの場合、円形の穴の半径は 3 mm、間隔は 58.68 mm でした。左側と右側の穴も半径 3 mm で、間隔は 64 mm でした。長方形のミシン目は、側面に応じて、4 mm × 100 mm、107 mm 間隔、5 mm × 70 mm、60 mm 間隔で測定されました。

「風上側に半径 3.0 mm の円形穴が 8 つあるケース 2 - - は、最低平均 PV パネル温度 (39.37 度 )、最低最高温度 (42.63 度 )、最も均一な表面温度分布、最高出力 (24.18 W)、および最高の光電変換効率 (15.9%) を達成しました」と研究者らは報告しています。

「PV パネルの平均温度の観点から見ると、評価されたフレーム穿孔設計のうち 13 個が、穿孔のないフレーム (ケース 1) を上回っていました。」と彼らは付け加えました。- -穴のないパネルと比較して、ケース 2 の設計ではパネルの温度が 5.44 度低下しました。無風の条件下では、穴あきフレームにより平均温度が 37.8 度低下し、光電変換効率が 2.89% 向上しました。

3 つの穴あきデザイン - ケース 3、7、および 8 - のみが、穴なしパネルと比較してパフォーマンスを下回っていました。- Case 3 は風下側に円形の穴があり、Case 7 は風下側に長方形の穴があり、Case 8 は左側に長方形の穴があります。 「一般的な想定に反して、フレームにさらに多くの穴を開けても、必ずしも PV パネルの冷却性能が向上するとは限りません」と研究チームは結論づけています。

彼らの研究は、『Case Studies in Thermal Engineering』に掲載された「受動的空冷による太陽光発電パネルの温度低下に対するフレーム穿孔の効果評価」に発表されました。中国の東北電力大学、神谷集団、中国科学技術大学の研究者がこの研究に参加した。