Саудовско-алжирская команда предложила новую фотоэлектрическую тепловую систему

Репортаж от Wedoany，30 октября исследователи из Саудовской Аравии и Алжира предложили фотоэлектрическую тепловую (PVT) систему, сочетающую ступенчатый воздушный канал с перфорированными V-образными рёбрами. За счёт оптимизации воздушного канала на тыльной стороне модуля и структуры теплоотвода обеспечивается улучшение охлаждения фотоэлектрического модуля без необходимости использования внешних энергетических устройств, таких как вентиляторы и насосы. Результаты моделирования вычислительной гидродинамики показали, что данная система позволяет снизить температуру фотоэлектрической поверхности на 9 К, а максимальная тепловая эффективность достигает 31% против 29,4% у эталонной системы.

В данной конструкции на тыльной стороне фотоэлектрического модуля предусмотрен ступенчатый воздушный канал с двумя входными и одним выходным отверстием. В канале установлены шахматно расположенные алюминиевые V-образные рёбра с перфорацией диаметром 5 мм. Ступенчатый канал служит для возмущения пограничного слоя воздуха у нагретой поверхности, а перфорированные рёбра увеличивают площадь теплообмена, способствуют перемешиванию воздуха и созданию локальной турбулентности, повышая интенсивность конвективного теплообмена между воздухом и рёбрами. Система использует естественную вентиляцию за счёт подъёмной силы воздуха и не требует дополнительных затрат энергии на циркуляцию воздуха.

Исследовательская группа создала трёхмерную численную модель в ANSYS Fluent и выполнила моделирование PVT-воздушного коллектора размером 2,4 м × 0,54 м с углом наклона 32°, используя в качестве расчётных условий данные о солнечной irradiance и температуре окружающей среды для ясного летнего дня в районе Гардая (Алжир), при этом пиковая солнечная irradiance составила 995 Вт/м². Результаты моделирования показали, что максимальная тепловая эффективность системы составляет 31% против 29,4% у эталонной системы; электрическая эффективность — 14,8% против 14,6% у эталонной системы. Пиковая тепловая мощность системы составляет около 400 Вт, электрическая мощность — около 180 Вт, а температура фотоэлектрической поверхности снижается на 9 К по сравнению с эталонным вариантом.

Также были выполнены оценки экономической эффективности и экологических преимуществ. В ясные дни ожидаемый срок окупаемости системы составляет 5,8 года, в пасмурные дни — 7,2 года; при расчёте на комплект из 10 модулей ожидается сокращение выбросов углекислого газа примерно на 3,2 тонны в год, а за 25 лет — около 80 тонн, при этом энергетический срок окупаемости составляет 0,86 года. Приведённые данные получены на основе расчётов по исследовательской модели; фактические показатели необходимо подтвердить испытаниями опытного образца и долгосрочной эксплуатацией.

Соответствующая научная статья озаглавлена «A computational investigation of a staircase-configured PVT air system with perforated V-shaped fins for passive cooling» и опубликована в журнале «Ain Shams Engineering Journal». В исследовании приняли участие сотрудники Исламского университета Медины (Саудовская Аравия), Университета Вади (Алжир) и Центра развития возобновляемой энергетики.