Nová metoda, kterou vyvinula americko-saúdská výzkumná skupina, využívá dvě 45° nakloněná zrcadla na dvou stranách fotovoltaického modulu. Na zadní straně spektrální selektivní reflektor umožňuje nasměrování tepelného záření k obloze. A zároveň tak zabraňuje zahřívání zadní části modulu rozptýleným slunečním zářením.
Mezinárodní výzkumný tým vyvinul novou metodu sálavého chlazení pro vertikální solární panely. Ta využívá zrcadla ve tvaru V přizpůsobená pro tepelný management na obou stranách FV panelů.
Radiační ochlazování nastává, když povrch předmětu absorbuje méně záření z atmosféry a více vyzařuje. Výsledkem je, že povrch ztrácí teplo a lze dosáhnout chladicího efektu bez potřeby napájení.
,,Radiativní chlazení usnadňuje rozptyl tepla z pozemského těla do vesmíru a okolního prostředí prostřednictvím tepelného záření,“ vysvětlili akademici. ,,Tato strategie chlazení je zvláště vhodná pro horké FV panely,. Zejména proto, protože mohou plně využít atmosférické průhledné okno v rozsahu 8–13 mm, a dokonce i dále. A to proto, protože jejich provozní teploty jsou výrazně vyšší než okolní teplota.“
Spektrální selektivní reflektor
Nová metoda chlazení se nazývá v-PV a využívá dvě 45° nakloněná zrcadla na dvou stranách fotovoltaického modulu. V přední velikosti bylo použito hliníkové zrcadlo, které nechává dopadající sluneční světlo odrážet na modulu. Přičemž tepelné záření z přední strany může směřovat k obloze. Na zadní straně panelu byl instalován spektrální selektivní reflektor. Ten umožňuje směrování tepelného záření k obloze a zároveň brání zahřívání zadní části modulu rozptýleným slunečním zářením.
K otestování navrhované metody vědci provedli tři experimenty – jeden v laboratorních podmínkách, další v Buffalu v New Yorku a třetí v Thuwalu v Saúdské Arábii.
V laboratorním experimentu použili v-PV s 18 V polykrystalickým modulem pod jedním slunečním osvětlením a s odporem 1000 Ω k simulaci realistického provozního scénáře. „Oboustranné sálavé chlazení může výrazně snížit provozní teplotu FV modulu až o 10,6 °C. Což vede ke zvýšení výstupního napětí o 0,80 V,“ zjistili.
Provozní test laboratorního experimentu s v-PV
Poté provedli provozní test v New Yorku za použití stejné konfigurace systému. Porovnávali výkon chlazeného modulu s výkonem panelu bez spektrálního selektivního zrcadla na zadní straně (sv-PV) a výkonem horizontálního referenčního panelu bez zrcadel (h-PV).
„Ve 12:40, kdy sluneční záření dosáhlo vrcholu, zaznamenal v-PV teplotu 59,6 °C, která byla stále o 9 °C nižší než u h-PV systému (68,6 °C) a o 4,7 °C nižší než u sv-PV modulu (64,3 °C ),“ vysvětlili. „Tyto různé provozní teploty ovlivnily výkon. V-PV dosáhl Voc 18,49 V, čímž překonal h-PV o 0,59 V (17,9 V) a sv-PV systém o 0,20 V (18,29 V).“
Skupina zdůraznila, že díky své vertikální orientaci a vyzařujícímu zrcadlu ve tvaru V dostává v-PV vyšší sluneční záření než h-PV v zeměpisných šířkách nad 46 °. „Design v-PV může dosáhnout výrazně vyššího výkonu v oblastech s vysokou zeměpisnou šířkou, jako je Evropa a Kanada,“ uvedli.
Na saúdskoarabském testovacím poli vědci testovali upravenou verzi systému. Upravili montážní úhly solárních panelů na 22 ° a selektivní reflektory na zadní straně na 0 °. Přední zrcátko zůstalo nezměněno na 45 °.
Test ukázal, že povrchová teplota v-PV byla 54,5 °C, ve srovnání s 54,7 °C h-PV a 55,7 °C sv-PV. To se také promítlo do lepšího výkonu, protože různá nastavení dosáhla maximálního výkonu 5,77 W, 4,94 W a 5,67 W. Účinnost konverze byla 10,53 % pro v-PV, 10,31 % pro h-PV a 10,41 % pro s-PV.
Dosažení maximálního výkonu
„Když se účinnost sběru slunečního záření solárním panelem zvýšila o 15 % ve srovnání s vyrovnaným, horizontálním FV modulem, navrhovaný v-PV systém udržoval mírně sníženou provozní teplotu o 0,2 °C. Což odpovídá zvýšení maximálního výkonu o 16,8 %,“ tvrdili vědci.
Nová metoda chlazení se představila ve studii „Radiativní chlazení pro vertikální solární panely“, publikované v iScience akademiky ze saúdskoarabské Univerzity vědy a technologie krále Abdulláha (KAUST), jakož i ze State University of New York v Buffalu a University of Texas v Dallasu ve Spojených státech amerických.
Radiační chlazení nedávno použili na chlazení solárních panelů vědci z Shanghai Jiao Tong University v Číně, Purdue University ve Spojených státech, Katalánský institut nanovědy a nanotechnologie a Instituto de Ciencia de Materiales ve Španělsku a Jordan University of Science and Technology a Australian College of Kuwait.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
