Изследователи от мексиканския университет в Сонора (UNISON) и Националния технологичен институт на Мексико са провели числено изследване на топлинните характеристики на едноканална охладителна система за фотоволтаични модули.
При симулацията си те са използвали различни видове нанофлуиди, като алуминиев оксид (Al₂O₃), меден(II) оксид (CuO) и цинков оксид (ZnO). Освен това те са оборудвали системата с прегради, които представляват структури, поставени във вътрешността на охладителния канал, за да подобрят отвеждането на топлината.
„Системата включва девет прегради на равни разстояния, които действат като дефлектори. Преградите са наклонени на 45 градуса с височина 1 см. Те благоприятстват контакта на охлаждащите флуиди със задната част на панела, като увеличават ефективния коефициент на топлоотдаване“, обясняват от групата.
Моделът включва петте слоя, които съставляват фотоволтаичен панел с 13% ефективност – стъкло, етиленвинилацетат (EVA), соларна клетка, tedlar и термопаста, както и предложения алуминиев канал с височина 3 cm, през който циркулира охлаждащата течност. „Този охлаждащ флуид може да бъде или нанофлуид, или чиста вода“, обясняват учените.
Численият модел е конструиран с помощта на софтуера Ansys Fluent v20, базиран на метода на крайните обеми. Моделът на фотоволтаичната система и потокът на нанофлуиди в режим на ламинарен поток са валидирани спрямо предишни документирани резултати, което показва „надеждна основа за моделиране на фотоволтаични системи и тяхното взаимодействие с нанофлуиди“.
Във всички случаи металните оксиди са били суспендирани във вода, с променящи се обемни концентрации съответно от 0, 0,01, 0,05 и 0,1. Те са използвали диапазон от числа на Рейнолдс (Re), които са мярка, използвана за определяне дали потокът на флуида е гладък или хаотичен, вариращ от 18 до 42. Приета е температура на входа на флуида от 34 С.
Учените установили, че нанофлуидът, съставен от CuO, е най-ефективен, като подобрява ефективността с 5,67 % в сравнение с чистата вода в най-ниския диапазон на Re. „Концентрацията от 0,1 обемни части в нанофлуида води до по-ефективно намаляване на температурата на фотоволтаичната клетка, което достига до 15 % при увеличаване на числото на Рейнолдс от 18 до 42. Увеличаването на Re от 18 до 42 повишава електрическата ефективност с 4 %“, обясняват още те.
Освен това групата установява също, че електрическата ефективност се подобрява с 1,40 % при увеличаване на концентрацията на нанофлуида от 0 на 0,1 и че увеличаването на радиацията от 200 W/m2 на 1000 W/m2 намалява ефективността с 6,5 % за чистата вода и с 5,5 % за нанофлуида. „Преградите подобряват преноса на топлина в определени зони на каналите, което води до повишаване на електрическата ефективност с 2 % поради пренасочване и ускоряване на флуидния поток“, заключават те.
Охлаждащата система е представена в „Числено изследване на топлинните характеристики на едноканална охлаждаща фотоволтаична система, използваща прегради и различни нанофлуиди“, публикувано в Heliyon.
