خنک کردن سلول های خورشیدی، به طور طبیعی

29 نوامبر 2022 -توسط موسسه فیزیک آمریکا -داده های دنیای واقعی از تجهیزات مانیتورینگ در مرکز فدرال دنور برای بررسی اینکه چگونه فاصله بین صفحات خورشیدی می تواند به خنک شدن آنها کمک کند، مورد استفاده قرار گرفت. اعتبار: اسمیت و همکاران

یک روز روشن، آفتابی و بدون ابر ممکن است محیطی بهینه برای سلول های خورشیدی به نظر برسد. اما آفتاب بیش از حد و گرمای بیش از حد، در واقع می تواند کارایی فتوولتائیک ها را کاهش دهد.

با افزایش دمای عملیاتی 1 درجه سانتیگراد، سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون سنتی حدود 0.5 درصد کارایی خود را از دست خواهند داد. در یک نیروگاه فتوولتائیک معمولی، که در آن ماژول ها تقریباً 25 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای محیط کار می کنند، تلفات انرژی می تواند به 12٪ برسد.

این امر مستلزم اقدامات خنک کننده موثر برای مزارع خورشیدی است. در مجله انرژی های تجدیدپذیر و پایدار، محققان دانشگاه ایالتی پورتلند، دانشگاه یوتا و آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر به بررسی چگونگی بهره برداری از هندسه مزارع خورشیدی برای بهبود مکانیسم های خنک کننده طبیعی پرداختند.

برخی از روش‌های خنک‌کننده مدرن، باد یا آب را مجبور می‌کنند تا با سطوح پنل خورشیدی تعامل داشته باشند، در حالی که برخی دیگر از مواد خاصی با حساسیت حرارتی کمتر استفاده می‌کنند. با این حال، این تکنیک ها به منابع قابل توجهی برای کار کردن نیاز دارند. در مقابل، یک مزرعه خورشیدی با پانل‌های با فاصله بهینه در جهت صحیح می‌تواند خود را از طریق همرفت با استفاده از باد اطراف خنک کند.

این تیم مدل‌هایی را بهبود بخشیدند که بر اساس عواملی مانند مواد، شرایط محیطی و دمای پانل، میزان انرژی تولید شده توسط یک نیروگاه خورشیدی را محاسبه می‌کنند. آنها به طور خاص بر روی هندسه مزارع خورشیدی یا میزان “شکافی” بین پانل ها تمرکز کردند.

سارا اسمیت، نویسنده از دانشگاه ایالتی پورتلند، می‌گوید: «فرضیه ما این بود که دقیق‌ترین تخمین جابجایی نیروگاه خورشیدی، و در نهایت بازده تولید، باید مزرعه را به‌عنوان یک کل و همه تغییرات پیکربندی ممکن را در نظر بگیرد.»

از نظر طراحی، به ندرت پیش می‌آید که هر دو نیروگاه خورشیدی دارای تنظیمات یکسان باشند. هر یک به طور منحصر به فرد برای بهینه سازی تابش خورشیدی و مطابقت با محیط اطراف خود طراحی شده است. به عنوان مثال، شیب صفحات خورشیدی با عرض جغرافیایی تغییر می کند و ارتفاع آنها با پوشش گیاهی متفاوت است. فاصله ردیف ها اغلب به میزان زمین در دسترس بستگی دارد.

اسمیت می‌گوید: «این بدان معناست که جریان باد حذف‌کننده گرما نیز در سرتاسر هر نیروگاه خورشیدی بر اساس آرایش آن به‌طور متفاوتی حرکت می‌کند، و در نهایت نحوه حذف موثر گرما از سطوح ماژول را تغییر می‌دهد».

محققان آزمایش‌های تونل باد و شبیه‌سازی‌های با وضوح بالا را انجام دادند و داده‌های دنیای واقعی را برای تأیید مدل خود جمع‌آوری کردند. آنها گرمایش و سرمایش فتوولتائیک را با تغییرات در ارتفاع ماژول، فاصله ردیف، زاویه و باد بررسی کردند. افزایش ارتفاع سلول‌های خورشیدی و افزایش فاصله بین ردیف‌های پانل، توان خروجی را بین ۲ تا ۳ درصد افزایش داد.

اسمیت گفت: «این همبستگی بین هندسه و کارایی گام بزرگی به سوی پیش‌بینی سرمایش همرفتی برای مزارع خورشیدی بر اساس ترتیبات ذاتا منحصر به فرد آنها است. “این راه را برای تولید انرژی دقیق تر و مدل های پیش بینی هزینه در صنعت هموار می کند.”

مقاله “مشاهده همرفت به عنوان یک پدیده مزرعه خورشیدی، پیش بینی های انرژی مدرن برای فتوولتائیک های خورشیدی را گسترش می دهد” توسط سارا ای. اسمیت، بروک جی استانیسلاوسکی، بایرون کی انج، نسیم علی، تیموتی جی سیلورمن، مارک کالاف، و رائول بایوآن کال نوشته شده است. و در مجله انرژی های تجدیدپذیر و پایدار در 29 نوامبر 2022 ظاهر می شود.