طراحي و ساخت يك سامانه خنك‌كننده براي افزايش راندمان پنل هاي فتوولتاييك به كمك مواد تغيير فاز

Design and Setup of a Cooling System Using Phase Change Materials (PCMs) for the Efficiency Enhancement of Solar Panels

پنل‌هاي فتوولتاييك از انرژي پاك و تجديدپذير خورشيد براي توليد برق استفاده مي كنند. سه عامل اصلي تاثيرگذار بر راندمان اين سلول‌ها عبارت‌اند از: جنس سلول، شدت تابش اشعه خورشيد و دماي عملياتي پنل. افزايش دما در پنل منجر به كاهش بازدهي آن مي‌شود. به‌طور ميانگين با افزايش دماي عملياتي پنل به‌ازاي هر درجه سانتي‌گراد بيش از 25 درجه سيلسيوس، بازدهي پنل بين 3/0 تا 5/0 درصد كاهش مي‌يابد. در اين پژوهش براي اولين‌بار از ماده‌ي تغيير فاز پلي‌اتيلن گليكول 1000 به‌عنوان كنترل‌كننده‌ي دمايي پنل‌هاي فتوولتاييك استفاده شده است. هدف اين پروژه كنترل دماي يك پنل خورشيدي در حدود دماي بهينه به‌منظور افزايش راندمان توليد الكتريسيته است. آزمايشات در ميزان تشعشع W/m2 800 و در دو زاويه‌ي صفر و 15 درجه نسبت به سطح افق انجام شد. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه عملكرد ماده‌ي تغيير فاز در كاهش دماي عملياتي پنل خورشيدي و درنتيجه در افزايش راندمان آن مثبت است، به‌طوري كه دماي سلول كنترل شده با ماده‌ي تغيير فاز، به ميزان 15 كاهش يافته است؛ اين امر بازدهي سل را تا 8 درصد افزايش داده است. همچنين افزايش زاويه‌ي پنل نسبت به افق ميزان كاهش دما را افزايش داده و در افزايش راندمان نقش موثري ايفا مي‌‌كند. با توجه به نتايج به دست آمده مي‌توان اذعان داشت كه استفاده از مواد تغيير فاز يكي از روش‌هاي موثر براي كنترل دماي سلول‌هاي فتوولتاييك است.

There are three factors which affect the efficiency of the solar panels: the semi conductor material, solar radiation flux intensity, and solar panel operating temperature. Increasing the elevated operating temperature in solar photovoltaic cells induces a significant decrease in the efficiency. For photovoltaic panels, high operating temperatures cause a drop in the conversion rate of about 0.3%-0.5% per Celsius degree over the nominal cell operating temperature of 25°C. To keep the operating temperature lower, one can either improve the free cooling on the back of the panel, thanks to natural or forced convection, or try to absorb the excess heat by modifying the panel’s architecture. The latter solution includes the use of phase change material PCM situated on the back of the solar panels. This paper represents the results of an experimental investigation into using PCM for thermal management of photovoltaic devices to maintain the temperature of the panel close to the optimum temperature. Polyethylene glycol 1000 (PEG 1000) was used as a PCM. The materials were injected in the cubic ducts, and these ducts were fixed on the back of the solar panel. Experimental runs were done in radiation of 800 W/m2. Also, two angles of horizontal and 15 degree inclination were examined. Results show that the consumption of PCM improves the efficiency of solar panels in electricity production. Also, it can maintain the temperature of the panel 15?C lower in comparison to a single panel without PCM. This causes an 8% improvement in overall efficiency. Also, an increase in panel inclination has a positive effect on cooling. This is because the gushing of liquid PCM makes a forced convection in the PCM ducts. Using phase change materials seems to be an effective method for the efficiency enhancement of solar cells.