프레임 천공으로 PV 모듈 온도를 낮추는 방법

중국 동북전력대학 과학자들이 이끄는 연구팀은 수동 공기 냉각을 사용하여 PV 패널의 온도를 낮추는 데 프레임 천공이 미치는 영향을 조사했습니다.

연구진은 “이전 연구와 비교했을 때 이번 연구의 가장 큰 특징은 프레임 천공이 PV 패널의 패시브 공기 냉각 성능, 열 관리 및 전기적 성능에 미치는 종합적인 영향을 평가한 것”이라고 설명했다. "PV 패널 주위의 기류장과 PV 패널의 온도장에 대한 상세한 분석을 수행하고 다양한 프레임 천공 패턴과 다양한 구멍 모양이 PV 패널의 열 및 전기 성능에 미치는 영향을 비교하고 논의합니다. 이 문서의 주요 목적은 태양광 PV 패널의 수동 공기 냉각 기술 연구에 대한 참고 자료를 제공하는 것입니다."

연구팀은 3차원{1}}전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 사용하여 17개의 서로 다른 프레임 천공 설계를 조사했습니다.

시뮬레이션은 52.8cm × 32cm × 1.05cm 크기의 단결정 실리콘 광전지(PV) 패널을 기반으로 했습니다. 패널은 알루미늄 합금 프레임(두께 2.5mm), 유리층(3.2mm), 에틸렌{6}}비닐 아세테이트(EVA)층(0.5mm), PV 셀(0.6mm) 및 백보드(0.7mm)로 구성되었습니다.

계산 영역은 각 변의 길이가 0.8m이고 설치 높이가 0.4m인 정육면체였습니다. 입구 풍속은 6.0m/s로 설정되었습니다. 패널의 바람이 불어오는 쪽과 바람이 불어가는 쪽은 52.8cm, 왼쪽과 오른쪽은 32cm로 측정되었습니다. 입사 일사량은 900W/m²였습니다.

모델을 검증하기 위해 연구진은 35cm × 23.5cm × 1.5cm 크기의 더 작은 단결정 실리콘 PV 패널을 사용하여 실험 설정을 구축했습니다. 패널의 정격전력은 10W이고 경사각은 50도로 설치하였다. 중국 중부 지린시에서 실험을 진행하였고, 그 결과를 별도의 시뮬레이션 모델과 비교하였다. 분석 결과, 시뮬레이션된 값과 측정된 값 사이의 평균 온도 차이는 0.2267도에 불과하고 최대 단일점 편차는 0.4도인 것으로 나타났습니다.{9}}

CFD 모델이 검증된 후 팀은 패시브 냉각을 위한 기울기 각도를 최적화하여 11도를 가장 효과적인 것으로 식별했습니다. 천공 사례에 대한 모든 후속 시뮬레이션은 이 기울기에서 수행되었습니다. 17개의 천공 디자인은 천공된 프레임 측면의 수에 따라 단일-면, 이중-면, 삼중-면 및 4-면 천공의 네 가지 범주로 그룹화되었습니다.

각 케이스에는 원형 또는 직사각형 천공이 있습니다. 바람이 불어오는 방향과 풍하측에 천공이 있는 패널의 경우 원형 구멍의 반경은 3mm이고 간격은 58.68mm입니다. 왼쪽과 오른쪽의 구멍도 반경이 3mm였지만 간격은 64mm였습니다. 측면에 따라 직사각형 천공은 107mm 간격으로 4mm × 100mm, 60mm 간격으로 5mm × 70mm로 측정되었습니다.

연구진은 "바람이 불어오는 방향에 반경 3.0mm의 원형 구멍 8개가 있는 케이스 2 - -는 가장 낮은 평균 PV 패널 온도(39.37도), 가장 낮은 최대 온도(42.63도), 가장 균일한 표면 온도 분포, 가장 높은 출력 전력(24.18W) 및 가장 높은 광전 변환 효율(15.9%)을 달성했습니다"라고 연구진은 보고했습니다.

"평균 PV 패널 온도의 관점에서 평가된 프레임 천공 설계 중 13개가 천공되지 않은 프레임보다 성능이 더 뛰어났습니다(사례 1)."라고 그들은 덧붙였습니다. 천공되지 않은-패널과 비교하여 Case 2 디자인은 패널 온도를 5.44도 낮췄습니다. 바람이 없는 조건에서- 천공 프레임은 평균 온도를 37.8도 감소시키고 광전 변환 효율을 2.89% 증가시켰습니다.

단지 3개의 천공 디자인 - Case 3, 7 및 8 -만이 천공되지 않은 패널에 비해 성능이 저조했습니다.- 사례 3은 바람 불어가는 쪽에 원형 구멍이 있었고, 사례 7은 바람이 불어오는 쪽에 직사각형 구멍이 있었고, 사례 8은 왼쪽에 직사각형 구멍이 있었습니다. "일반적인 가정과는 달리 프레임에 더 많은 구멍을 뚫는다고 해서 반드시 PV 패널 냉각 성능이 향상되는 것은 아닙니다."라고 팀은 결론지었습니다.

그들의 작업은 열 공학 사례 연구에 게재된 "수동적 공기 냉각으로 광전지 패널 온도를 낮추는 데 대한 프레임 천공의 효과 평가"에 발표되었습니다. 이번 연구에는 중국 동북전력대학교, Shengu Group, 중국 과학기술대학교의 연구원들이 참여했습니다.