Підвищення ефективності передачі енергії фотоелектричних систем за рахунок охолодження поверхонь панелей

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238700

Ключові слова:

вплив температури на фотоелектричну систему, методи охолодження, фотоелектрична сонячна енергія, теплове моделювання, пасивне повітряне охолодження

Анотація

Тепловий коефіцієнт сонячної фотоелектричної панелі – це величина, яка вказана в її специфікації і говорить про зниження продуктивності панелі при підвищенні температури. Відомо, що в пустельному кліматі температура фотоелектричних панелей досягає більше 70 градусів Цельсія. Пошук дієвих методів підвищення ефективності передачі енергії є питанням, яке привертає увагу дослідників, що також сприяє зниженню витрат на використання сонячних фотоелектричних систем з акумуляторами. Регулювання температури сонячних фотоелектричних модулів є одним з методів підвищення продуктивності таких систем за рахунок охолодження нижньої поверхні фотоелектричних панелей. В даному дослідженні спочатку розглядаються ефективні методи охолодження сонячних модулів для вибору відповідного, економічного і простого в реалізації способу. Вивчається метод активного охолодження за допомогою вентиляторів для забезпечення вентиляції під сонячним модулем. Для живлення вентиляторів використовується частина вихідної потужності при заданому високому рівні заряду батареї. Управління вмиканням/вимиканням живлення вентиляторів здійснюється за допомогою розробленого компаратора. Для демонстрації підвищення потужності і потужності, споживаної вентиляторами використовується моделювання на основі Matlab. Результати моделювання показують, що представлений підхід дозволяє домогтися значного підвищення ефективності фотоелектричних систем, що мають акумулятори. Запропонований метод продемонстрований і оцінений для фотоелектричної системи потужністю 1,62 кВт. В результаті одночасного практичного експерименту на двох однакових фотоелектричних панелях потужністю 180 Вт протягом цілого дня було встановлено, що енергія з системою охолодження становила 823,4 Вт·год, в той час як без охолодження – 676 Вт·год. Використання прийнятого підходу може сприяти підвищенню енергетичної стійкості

Біографії авторів

Hasan Shakir Majdi, Al-Mustaqbal University College

Doctor of Chemical Engineering and Petroleum Industries

Department of Chemical Engineering and Petroleum Industries

Mahmoud A. Mashkour, University of Technology

Doctor of Mechanical Engineering

Department ofMechanical Engineering

Laith Jaafer Habeeb, University of Technology

Doctor of Heat Transfer and Studies

Training and Workshop Center

Ahmad H. Sabry, Universiti Tenaga Nasional

Doctor of Control and Automation

Institute of Sustainable Energy

Посилання

  1. Wilson, G. M., Al-Jassim, M., Metzger, W. K., Glunz, S. W., Verlinden, P., Xiong, G. et. al. (2020). The 2020 photovoltaic technologies roadmap. Journal of Physics D: Applied Physics, 53 (49), 493001. doi: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab9c6a
  2. Sabry, A. H., Hasan, W. Z. W., Kadir, M. A., Radzi, M. A. M., Shafie, S. (2017). Photovoltaic-Powered Smart Home System with Direct Current-Environment. Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, 14 (9), 4158–4173. doi: https://doi.org/10.1166/jctn.2017.6882
  3. Hansen, C., Unruh, D., Zimanyi, G. T. (2020). TRIDENS: TRansport In DEfected Nanoparticle Solids Simulator for Nanoparticle Solar Cells. 2020 47th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). doi: https://doi.org/10.1109/pvsc45281.2020.9300972
  4. Lan, C. W., Yang, Y. M., Yu, A., Wu, Y. C., Hsu, B., Hsu, W. C., Yang, A. (2015). Recent Progress of Crystal Growth Technology for Multi-Crystalline Silicon Solar Ingot. Solid State Phenomena, 242, 21–29. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.242.21
  5. Ju, X., Xu, C., Hu, Y., Han, X., Wei, G., Du, X. (2017). A review on the development of photovoltaic/concentrated solar power (PV-CSP) hybrid systems. Solar Energy Materials and Solar Cells, 161, 305–327. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.12.004
  6. Bhatnagar, Y., McComb, B., Tang, J., Subramani, M., Wang, W. D., Zhang, H. et. al. (2010). Textured AZO on silicon oxy-nitride barrier films for enhanced light trapping in micromorph tandem junction solar cells. 2010 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. doi: https://doi.org/10.1109/pvsc.2010.5614547
  7. Pardo García, N., Zubi, G., Pasaoglu, G., Dufo-López, R. (2017). Photovoltaic thermal hybrid solar collector and district heating configurations for a Central European multi-family house. Energy Conversion and Management, 148, 915–924. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.05.065
  8. Anand, B., Shankar, R., Murugavelh, S., Rivera, W., Midhun Prasad, K., Nagarajan, R. (2021). A review on solar photovoltaic thermal integrated desalination technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 141, 110787. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110787
  9. Gürlich, D., Dalibard, A., Eicker, U. (2017). Photovoltaic-thermal hybrid collector performance for direct trigeneration in a European building retrofit case study. Energy and Buildings, 152, 701–717. doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.07.081
  10. Conti, P., Schito, E., Testi, D. (2019). Cost-Benefit Analysis of Hybrid Photovoltaic/Thermal Collectors in a Nearly Zero-Energy Building. Energies, 12 (8), 1582. doi: https://doi.org/10.3390/en12081582
  11. Sarafraz, M., Safaei, M., Leon, A., Tlili, I., Alkanhal, T., Tian, Z. et. al. (2019). Experimental Investigation on Thermal Performance of a PV/T-PCM (Photovoltaic/Thermal) System Cooling with a PCM and Nanofluid. Energies, 12(13), 2572. doi: https://doi.org/10.3390/en12132572
  12. Wang, Y., Rao, Z., Liu, J., Liao, S. (2020). An optimized control strategy for integrated solar and air-source heat pump water heating system with cascade storage tanks. Energy and Buildings, 210, 109766. doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.109766
  13. Delač, B., Pavković, B., Lenić, K. (2018). Design, monitoring and dynamic model development of a solar heating and cooling system. Applied Thermal Engineering, 142, 489–501. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.07.052
  14. Sun, W., Yang, Q., Fang, H., Zhang, Y., Guan, D., Lu, W. (2013). Application of heating system with active heat storage-release and heat pump in solar greenhouse. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. doi: https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819.2013.19.021
  15. Lu, H., Ma, X., Ma, M., Zhu, S. (2021). Energy price prediction using data-driven models: A decade review. Computer Science Review, 39, 100356. doi: https://doi.org/10.1016/j.cosrev.2020.100356
  16. Sahay, A., Sethi, V. K., Tiwari, A. C., Pandey, M. (2015). A review of solar photovoltaic panel cooling systems with special reference to Ground coupled central panel cooling system (GC-CPCS). Renewable and Sustainable Energy Reviews, 42, 306–312. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.10.009
  17. Alonso García, M. C., Balenzategui, J. L. (2004). Estimation of photovoltaic module yearly temperature and performance based on Nominal Operation Cell Temperature calculations. Renewable Energy, 29 (12), 1997–2010. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2004.03.010
  18. Tang, X., Quan, Z., Zhao, Y. (2010). Experimental Investigation of Solar Panel Cooling by a Novel Micro Heat Pipe Array. Energy and Power Engineering, 02 (03), 171–174. doi: https://doi.org/10.4236/epe.2010.23025
  19. Valadez, T. N., Norton, J. R., Neary, M. C. (2015). Reaction of Cp*(Cl)M(Diene) (M = Ti, Hf) with Isonitriles. Journal of the American Chemical Society, 137 (32), 10152–10155. doi: https://doi.org/10.1021/jacs.5b06654
  20. Khan, M., Ko, B., Alois Nyari, E., Park, S., Kim, H.-J. (2017). Performance Evaluation of Photovoltaic Solar System with Different Cooling Methods and a Bi-Reflector PV System (BRPVS): An Experimental Study and Comparative Analysis. Energies, 10 (6), 826. doi: https://doi.org/10.3390/en10060826
  21. Flow Simulation Improves Photovoltaic Solar Panel Performance. Whitepaper by Schuco Using Flowmetrics (2008). Schuco.
  22. Dubey, S., Tiwari, G. N. (2008). Thermal modeling of a combined system of photovoltaic thermal (PV/T) solar water heater. Solar Energy, 82 (7), 602–612. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2008.02.005
  23. Tonui, J. K., Tripanagnostopoulos, Y. (2007). Improved PV/T solar collectors with heat extraction by forced or natural air circulation. Renewable Energy, 32 (4), 623–637. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2006.03.006
  24. Sabry, A. H., Hasan, W. Z. W., Kadir, M. A., Radzi, M. A. M., Shafie, S. (2018). Wireless Monitoring Prototype for Photovoltaic Parameters. Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, 11 (1), 9. doi: https://doi.org/10.11591/ijeecs.v11.i1.pp9-17
  25. Ibrahim, M., Zinsser, B., El-Sherif, H., Hamouda, E., Georghiou, G. E., Schubert, M., Werner, J. H. (2009). Advanced Photovoltaic Test Park in Egypt for Investigating the Performance of Different Module and Cell Technologies. Conference: 24 Symposium Photovoltaische Solarenergie.
  26. Rajaee, F., Rad, M. A. V., Kasaeian, A., Mahian, O., Yan, W.-M. (2020). Experimental analysis of a photovoltaic/thermoelectric generator using cobalt oxide nanofluid and phase change material heat sink. Energy Conversion and Management, 212, 112780. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112780
  27. Abdullah, A. L., Misha, S., Tamaldin, N., Rosli, M. A. M., Sachit, F. A. (2020). Theoretical study and indoor experimental validation of performance of the new photovoltaic thermal solar collector (PVT) based water system. Case Studies in Thermal Engineering, 18, 100595. doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2020.100595
  28. PV Array. Implement PV array modules. MathWorks. Available at: https://www.mathworks.com/help/physmod/sps/powersys/ref/pvarray.html
  29. Gow, J. A., Manning, C. D. (1999). Development of a photovoltaic array model for use in power-electronics simulation studies. IEE Proceedings - Electric Power Applications, 146 (2), 193. doi: https://doi.org/10.1049/ip-epa:19990116
  30. Waluyo, Sawitri, K., Hamlar, F. (2020). Comparative computations on supplied and lost energy utilizing numerical integrations. Electrotehnica, Electronica, Automatica (EEA), 68 (2), 32–40.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-08-31

Як цитувати

Majdi, H. S., Mashkour, M. A., Habeeb, L. J., & Sabry, A. H. (2021). Підвищення ефективності передачі енергії фотоелектричних систем за рахунок охолодження поверхонь панелей. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8(112), 83–89. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238700

Номер

Том 4 № 8(112) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Hasan Shakir Majdi, Mahmoud A. Mashkour, Laith Jaafer Habeeb, Ahmad H. Sabry

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.