אנרגיית השמש ממשיכה להתרחב כמשאב מתחדש מפתח, אך יעילותו וארוכותיות תלויים במידה רבה בניהול תרמי יעיל.הצטברות חום במודולים פוטו-וולטאיים (PV) ומכלא שלהם יכול להפחית את תפוקת החשמל ב- 0.3–0.5% לדרגה Celsius עלייה בטמפרטורה, וחשיפה ממושכת של מערכות ניהול אנרגיה, וקוסמטיקה מתקדמות, אך ורק לשיטות ניהוליות, אך הן ויזואליות, אך הן מספקות.

תפקידה של הטמפרטורה בביצוע Photovoltaic

כדי להבין מדוע עיצוב המתחם חשוב, חיוני להבין לראשונה כיצד הטמפרטורה משפיעה על תאים PV.מודולים סטנדרטיים של גבישי סטנדרטי מדורגים ב 25°C (7 ° ° F) בתנאים מעבדה, אבל בהתקנה חיצונית של ממש, טמפרטורות מודול לעתים קרובות עולה 60-70 מעלות צלזיוס.

טמפרטורה יעילה של כוח

כל מודול PV נושא חסכוני טמפרטורה מגדיר את הירידה באחוז בתפוקה מקסימלית של חשמל ברמה מעל 25 מעלות צלזיוס עבור תאים מונו-פוליקריסטלליין סיליקון, coefficient זה בדרך כלל נע בין −0.3% ל −0.5% / C. מודול פועל ב 65 מעלות צלזיוס, ולכן יאבד 12-20% מכוח הדירוג שלה - עונש הכנסה משמעותי עבור מתקנים בקנה מידה גדול.

זמן ארוך-טווח Degradation and Thermal Stress

מעבר להפסדי כוח מיידיים, חום מאיץ כמה מנגנונים של מנגנוני השפלה. Encapsulant discoloration, עייפות משותפת מכרה, ודקדקפי גליון אחורית הם כולם החריפים על ידי טמפרטורות גבוהות.מערכת היחסים של Arhenius מציעה כי עבור כל 10 מעלות צלזיוס עלייה בטמפרטורה הפעלה, שיעור התגובות הכימיות - כולל אלה לגרום להידרדרות מודול - כפולות כפולות יחסית.

חומרים חשובים Enclosure ו- Thermal Properties

חומרים חדשניים נמצאים בלב עיצוב המתחם המודרני.בחירה של תת-קרקעי, מרתיע, וציפוי משטח קובע כיצד החום נספג, מתבצע ומתפזר.

שקיפות גבוהה

אחת האסטרטגיות הפשוטות ביותר היא לשקף חלק גדול יותר של קרינה סולארית נכנסת לפני שהיא נספגת. לבן או מתכתית גליונות אחורית, כמו גם ציפויים על פני השטח האחורי של מודולי זכוכית, יכול לשקף עד 90% של אור קרוב- infrared. אלה ציפויים גבוה-reflectivity לא להפריע לכידת האור הקדמית הדרושה לייצור חשמל, כי הם מוחלים לאזורים לא-אקטיביים או האחוריים הראו שיפור סטנדרטי של 1C לאחור עם מודולים סטנדרטיים סטנדרטיים.

שינוי חומרים (PCMs)

(PCMs סופג כמויות גדולות של חום מאוחר כפי שהם משתנים מ מוצק לנוזל בטמפרטורה מסוימת, למעשה פועל כמו buffers תרמיים. Paraffin שעווהes, לחות מלח, וחומצות שומן משמשים בדרך כלל. Integrated לתוך המתחם - או ב pouches, microencapsulates בשכבה acapsulant, או כחום נפרד -PCMird יכול להחליק לתוך הטמפרטורות ארוכות של 8FV.

המונחים: composites

אלומיניום ומתכות אחרות הם מוליכים תרמיים מצוינים, אבל הם מוסיפים משקל ועלויות. New מסובכים באמצעות סיבים פחמן, גרפן או ברון ניטריד ממלאים במריצה פולימרנית להשיג התנהגויות תרמיות גבוהות כמו 10-20 W / mK - פעמים כי של גליונות פולימר קונבנציונלי - בעוד שנותרו משקל וחשמלי מבודד חומרים אלה ניתן לעצב לתוך שכבות דקות זה לספק תמיכה מבנית ו- â â â â â â â â â â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ â â â â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â â â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â â ¢ â â ¢ â â â â â â â â â ¢ â â â â â ¢ ¢ â â ¢ â â ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢

Transud Conductive Oxides ו-Aterns

בצד הקדמי, החידושים כוללים תחמוצת מוליכים שקוף (TCO) ציפויים עם הרשאות נמוכה באדום, אשר מסייע מלכודות חום במהלך מזג אוויר קר אבל הם רק רלוונטיים עבור סוגים מסוימים מודולים.מעניין יותר הם ציפויים פולטים סלקטיבית כי קורנת חום ב -8–13 μm חלון אטמוספירי (טווח הגל שבו האווירה של כדור הארץ מאפשרת קרינה אינפרא אדום לעבור לחלל) בעוד הוא הופך לטמפרטורות סמוכות, אפילו מתחת לטמפרטורות אוויריות נמוכות יותר.

אסטרטגיות עיצוב מגניבות

שיטות קירור פסיביות מסתמכות על תהליכים פיזיים טבעיים: הדבקה, התנהגות וקרינה.הם לא דורשים קלט אנרגיה חיצוני ויש להם חלקים נעים מינימליים, מה שהופך אותם אמין מאוד ותחזוקה ללא.

זיהום טבעי וזרימת אוויר אופטימיזציה

הטכניקה הפסיבית הפשוטה ביותר היא לעצב את המתחם שמעודד זרימת אוויר מונחה על ידי buoyancy. עבור מערךים ממושמעים על גג, הטיה לוחות בזווית יוצרת אפקט כימטי: אוויר חם עולה מאחורי המודול והוא מוחלף על ידי אוויר חם יותר אוויר מחלחל למטה. מחקרים מצביעים על פער של 10-15 ס"מ בין המודול לבין פני השטח הגג משפר קירור על ידי עד 30% לעומת זרם אווירי אורנטי במיוחד.

Cooling: נטיעת חום לחלל

כל משטח מאבד חום על ידי פולטת קרינה אינפרא אדום. עבור שמים ברורים, הטמפרטורה הרדיואקטיבית האפקטיבית של האווירה יכול להיות נמוך כמו -40 מעלות צלזיוס, יצירת פוטנציאל גדול קירור דלה. על ידי עיצוב אחורי של מתחם עם מומנטיביות גבוהה ב 8–13 μm חלון אטמוספירי, חום יכול להיות מוטבע ישירות אל השמים, על ידי עקמת האווירה המיוחדת ננוקומדומים ופית זה היה לפתח תאים אלה עם תאים נמוכים יותר.

חימום מתפשט עם Metallic Substrates

אפילו עם קרינה משטח טוב, חום חייב להתבצע על פני השטח קורנת. Enclosures כי להשתמש אלומיניום דק או נחושת substrate להפליג האחורי של המחרוזת התא - עם בידוד חשמלי תקין - לפעול כמו מפיץ חום, צמצום כתמים חמים תרמיים. גישה זו נפוצה במודול photovoltaics (CPV) ועכשיו מותאם לשכבה שטוחה- amp-ampto-a-perate בינוני להורדת טמפרטורת תאים 3 עד 5 ליטר חום-to-a-to-textex-up-to-up-up- 3.

(FLT:0Case in Point:FLT:1 A 2022 שדה מחקר על מערך גג 1MW באריזונה השווה מודולים עם גליונות אחוריים סטנדרטיים לאלה עם מתחם חימום אלומיניום וציפוי רפלקטיבי.המודולים מטופלים הפעילו ממוצע של 6 מעלות צלזיוס קריר יותר במהלך ימי הקיץ, וכתוצאה מכך עלייה של 2.8% בתשואות האנרגיה השנתיות.

פתרונות קירור פעילים לקרנות עתדות גבוהה

כאשר שיטות פסיביות אינן מספיקות – לדוגמה, ב- PV ריכוז גבוה, מערךים של קרח עם נקה נמוכה, או בנייה של photovoltaics שבו אוורור מוגבל - מערכות קירור פעיל לספק פתרון אגרסיבי יותר.אלה דורשים קלט אנרגיה, כך שיש להעריך את היתרון הנקי בזהירות.

Air Cooling

אוהדים יכולים להיות מותקנים כדי לפוצץ אוויר על פני השטח האחורי של מודולים.זה מגדיל את ה- convectiveחום transfer coefficient באופן משמעותי, במיוחד במהירויות רוח נמוכות.עבור שדות בקנה מידה של תועלת, אוהדים גדולים הממוקמים תחת המערך יכולים להפחית את טמפרטורת המודול עד 10-15 מעלות צלזיוס.צריכת הכוח הפרסיבית של האוהדים היא בדרך כלל 1–3% של התפוקה של המערך, כך שהרווח הנקי הוא חיובי רק באקלים חם עם חיישנים גבוהים עם חיישנים מהירים על בסיס מהירות אוטומטית.

קירור נוזלי: מיקרו ערוצים ומסתוריות

קירור נוזלי מציע אפילו יותר חום העברה יעילה יותר מאשר אוויר. שתי גישות מתעוררות: (1) כיור חום מיקרו ערוצים מחובר האחורי של המודול, שבאמצעותו מים או קירור דיאלקטרי מוחזר, ו (2) קירור סיבולת שבו כל המודול הוא submerged בתוך מודולים מוליכים תרמיים, חשמלי קירור מיקרו-מפוס הוכח כדי לשמור על טמפרטורות מודול בתוך 5C של אור השמש, בעיקר תחת לחץ דם קפוא, אבל קירור CLTF יעיל.

Cooling

מודולים (Peltier) ניתן לשלב בתוך המתחם כדי לשאוב באופן פעיל חום מהתאים PV. בעוד מכשירים אלה יכולים לשמור על טמפרטורה מדויקת, הם דורשים חשמל משמעותי והם בדרך כלל לא יעילים (COP בדרך כלל <1). יישומים מעשיים מוגבלים במערכות קטנות, מיוחדות כגון מערך סולארי מבוסס חלל או צבאי שבו משקל ואמינות הם ראשוניים, לא עלות.

טכנולוגיות מתפתחות ודרכים מחקר

הדור הבא של המתחם יהיה "חכם", המשלב מעקב בזמן אמת עם שליטה הסתגלותית של תכונות קירור פסיביות ופעילות.

חיישנים חכמים ושליטה הסתגלות

חיישנים טמפרטורה ועצבני לתוך המתחם מאפשרים מעקב רציף של תנאים תרמיים. בשילוב עם microcontrollers, חיישנים אלה יכולים להתאים באופן אוטומטי מהירות המעריצים, להפעיל את PCM קירור, או אפילו לשנות את הטיה של מסלול כדי לייעל את זרימת האוויר.חלק מהטיפוסים משתמשים רשתות חיישן אלחוטיות לתקשר עם בקר מרכזי, המאפשר אופטימיזציה לאתר.

ניהול AI-Driven Thermal Management

מודלים של למידת מכונות מפותחים כדי לחזות טמפרטורות מודול בהתבסס על תחזית מזג אוויר מקומית, בזמן אמת, נתונים זרימת אוויר.מודלים אלה יכולים לפני הפעלת מעריצים לפני עליית חום, או להתאים את ה- PCM להמיסת סף על ידי שינוי לחץ מגע תרמי. שליטה המונעת על ידי בינה מלאכותית יכולה להפחית את צריכת האנרגיה של מערכות פעיל עד 20-30% בהשוואה לכללים פשוטים המבוססים על תרמוסטט הם גם לבחון כוח קירור קבוצות כוח חיים.

מערכות היברידיות Passive-Active Systems

שילוב PCM עם קירור נוזלי הוא גישה היברידית מבטיחה.PCM סופג עומס חום שיא במהלך ספייקים transient, בעוד הלולאה הנוזל מספק קירור מתמשך, יציב המדינה המערכת נבדקה ב PV מרוכזת ויכול להיות מותאם עבור מערךים בקנה מידה גדול. עיצוב היברידי אחר משתמש צלחת חימום עם צינורות מיקרו-התחממות המשולבים המעבר מתפקוד פסיבי פעיל כאשר עולה על ביצועים אלה עם ביצועים גבוהים יותר עם צריכת אנרגיה מתקדמת.

אתגרים ושיקולים

בעוד שרבים מהחידושים האלה מראים הבטחה במעבדה או בהתקני טייס, אימוץ נרחב דורש איזון עלות, אמינות וקלות של שילוב.

מחיר לעומת בונוס

מערכות קירור Active מתחדשות והוצאות תפעוליות.החזרה על ההשקעה חייבת להיות ניתחה בקפידה עבור כל אתר, גורם באקלים מקומי, מחירי חשמל, ואת הערך של גידול אנרגיה באזורים רבים, טכניקות פסיביות לבד יכול להיות מספיק. עבור נשגב גבוה, מיקומים עתירי גבוה כמו המזרח התיכון או צפון אפריקה, קירור פעיל יכול להיות יעיל - אצבע של: אם הטמפרטורה השנתית היא יותר מ -30 שעות קירור, לעתים קרובות יותר מאשר 30 שעות פעילות.

אמינות ותחזוקה

אוהדים ומשאבות מציגים חלקים נעים שיכולים להיכשל. Enclosure עיצובים כי משתמשים מעריצי DC ללא מברשת עם נושאים ארוכים חיים וסיננות עצמית לשפר את האמינות.עבור מערכות נוזליות, קורוזיה ודלפות הם חששות, במיוחד בעיצובים מקוטבים מים. דיאלקטרי נוזלים להפחית קורוזיה גליונית אבל עלייה.

שילוב עם קיימות תשתיות

החלת ניהול תרמי לתוך מערך סולארי קיים יכול להיות מאתגר הוספת מפיץ חום או ערכות PCM עשוי לדרוש disassembling את המודול, אשר אינו מעשי עבור ציים גדולים. מתקני בנייה חדשים הם השוק העיקרי עבור אולמות מתקדמים. עם זאת, כמה אפשרויות רטרוfit קיימות, כגון מעריצים של קליפ או רפת אחורית מוגברת.

מסקנה

ניהול תרמי יעיל הוא כבר לא תוספת אופציונלית עבור מערך השמש - זה מרכיב יסודי הקובע הן את תפוקת הכוח המיידי ואת האמינות ארוכת הטווח של המערכת.חדשנות בעיצוב המתחם, מציפוי דיוק גבוה ושלב שינוי חומרים למקרר פעיל אינטליגנטי, מציעים דרכים מוכחות לשמור על תאים PV הפועלים בטמפרטורות מיטביות.