מערכת השמש: Cooling Systems עם Cfd Modeling המונחים: Fluent

התפקיד הקריטי של Cooling בביצוע Photovoltaic

לוחות סיליקון Photovoltaic (PV) להמיר אור השמש ישירות לחשמל, אבל יעילות ההמרה שלהם רגישה מאוד לטמפרטורה הפעלה.רוב תאי הסיליקון גבישיים לאבד בין 0.4% ל-0.5% מכוח הדירוג שלהם עבור כל מעלות צלזיוס מעל 25 מעלות צלזיוס (7 ° F) תחת השמש הישירה קיץ, טמפרטורות פני השטח יכול להגיע בקלות 65-75 מעלות צלזיוס, וכתוצאה מכך ירידה של 15-25% בכוח זה, המכונה טמפרטורה יעילה של לחץ אווירי, עם לחץ אווירי, יעיל, עם לחץ אווירי, יעיל, עם מערכת ניהול חום יעיל של מערכת קירור יעיל.

תוצאות של פאנל סולארי

כיצד חום משפיע על צומת Semiconductor

תאים סולאריים הם מכשירים למחצה; שלהם להקות, ניידות נושא, ושיעורי Recombination כל שינוי עם טמפרטורה. as טמפרטורה עולה, את המתח פתוח-circuit (VigpLT:0ocalFLT - 1) יורד על ידי פחות מ קיבולת ליניארית בערך, בעוד בטווח הקצר של VCccuit הנוכחי (IFLT:2scLT3) מעט גבוה בערך בגודל של סיליקון בגודל של לינוקס, בעוד שגובה של רזולוציה של חסכוני של 0.5%.

מערכות נדל"ן לשימוש וגג

בחוות סולאריות גדולות, שבו מאות אלפי מודולים פרוסים, אפילו ירידה של 5% יעילות מתורגמת למגוואט-שעה של אנרגיה אבודה מדי שנה.עבור מתקני גג, טמפרטורות מודול גבוהות גם להפחית את היחס לצריכת העצמי ולהאריך תקופות של תגמול יתר.יתר על כן, טמפרטורה הפעלה מוגברת להאיץ את ההידרדרות encapsulantant, עייפות משותפת מכרה, ודקדקדקנות אחורית היטב.

אתגרים בפאנל השמש Thermal Management

גישה ל- Active Cooling Accesss

אסטרטגיות קירור נופלות לשתי קטגוריות רחבות: פתרונות פסיביים (זיהום טבעי, סנפירים קורנים, חומרי שינוי שלב) ופעילים (מקהלי אוויר מאוישים, מיקרו-ערוצים נוזליים, חסימה למטוסים) הם פשוטים, אינם דורשים כוח פרציטי, ויש להם תחזוקה נמוכה.עם זאת, הם לעתים קרובות לא מספיקים תחת שטף גבוה ותנאים נמוכים.

גיאוגרפי וספאטימונים Constraints

לוחות סולאריים הם בדרך כלל דקים, שטוחים, ורכובים במערך עם ריצוף מוגבל של זרימת האוויר.הוספת כיור חום מסיבי או טיהור יכול להגדיל את עומס הרוח, גילוח, ואת עלות ההתקנה.פתרון הקירור חייב להשתלב בצורה חלקה עם מסגרת מודול ואת מבנה הגדל. סימולציה CFD מסייע לדמיין מכשולים זרימה, אזורי תיקון, ושכבות גבול, המאפשרים לייעלות, מחסנים, מחסנים, קיבולת, , , קיבולת ערוצים וגודלים זמינים בתוך הגדלים.

מבוא ל- Computational Fluid Dynamics for thermal Design

(הופנה מהדף ⁇ ) הוא טכניקה מספרית לפתרון משוואות Navier-Stokes ששולטות בזרימת נוזל והעברה חום.FLT:0reaFLT:1ANSYSent FluentFLT:2reaFLT 3 הוא אחד מפתרונות ה-CDC הנפוצים ביותר בתעשייה, המציע פלטפורמה חזקה עבור מודל של זיהום חום - שבו הם יכולים לפתח תכונות אוויריות מורכבות, ובמקום זאת, ייצור של תאים עצביים טבעיים, ומעבדים.

מדוע ניתוחי ה-CDCD Outperforms Experimental Trial-and-Error

• (ב) ניתן להשלים סימולציה אחת תוך שעות, בעוד בנייה וכלי מבחן ג'יג לוקח שבועות.
• (ב) אין חומרים או ייצור מעל הראש; הם רק חישוביים.
• (FLT:0) Insight:BuildFLT:1) נתונים מלאים (טמפרטורה, מהירות, גלי חום) בכל נקודה בשטח, לא רק במקומות החיישן דיסקרטיים.
• (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מגוון מפתח ב-CFD Modeling of Solar Panel Cooling

ייצוג גיאומטריה

המודל חייב ללכוד במדויק את שכבות הלוח (משקפיים, מלוטש, תא, גיליון אחורי), מבנה הקירור (פיננסים, ערוצים, דוקטרים), ואת התחום האווירי שמסביב.עבור תנור פאסיבי, גובה פינט, עובי, עט, עמודה, ועובי הבסיס כל השפעה תרמית.עבור קירור נוזלי פעיל, את החלקה חוצה, מעגלי או מיקרו-פי) הם מודלים מהירים ללכידתם, אך הם יכולים להציע מודלים מהירים של 2DDRicreDplericial.

נכסים חומריים

• (FLT:0) תאים סוררים: FLT:1; מוליכות תרמית -130 W / mK (Silicon), צפיפות 2330 ק"ג / m3, חום ספציפי 700 J / kgK.
• (ב) ⁇ (המאה ה-1) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד): "ה' א'" (ב"ד, כ"ד).
• [01:0] ויקרא: 202 W/mK, הרשיון - 0.09 טוש או 0.85 anodized.
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

התנגדות מגע תרמי בין שכבות צריך גם להיחשב אם באמצעות מוליכות אנזוטרופית או חומרי ממשק תרמי דק.

תנאים מורכבים ותנאי מקור

שפעת השמש (בדרך כלל 1000 W / m2 בשיא) מוחל כמקור חום נפח או משטח על שכבת התא.תנאים גבולות קולקטיבי על פני השטח העליון ותחתית תלוי מהירות רוח וטמפרטורה מבהבת. עבור זיהום טבעי, את חום ההעברה חום coefficient הוא פונקציה של מספר ריילי; זרימה כפויה, ניתן להגדיר או לפתור ישירות עם זרימת שדה בשפע, אם כי ניתן להפעיל מודל לטעון חום אחד יעיל כדי להפעיל את הפשטה אחת, אם כי הוא פונקציה של שפעת אחת, אם כי הוא רקורד אחד, אם כי הוא פונקציה של מספר קטן, רקורד חום, רקורד, כי הוא פונקציה של שפעת, רקורד, רקורד, אם כי הוא פונקציה של מספר סגסוגת לטעון כי הוא פונקציה של שפעת, כי הוא פונקציה של שפעת, כי הוא פונקציה של שפעת אחת, כי הוא פונקציה של מספר סגסוגת אחת, אם כי הוא פונקציה של מספר סגסוגת אחת, כי הוא פונקציה של חום, כדי להפעיל את טמפרטורת חום, כי הוא פונקציה של מספר סגסוגת פשוטה, כי הוא פונקציה של מספר סגסוגת פשוטה, כי הוא יכול להפעיל את טמפרטורת חום, רקמות, 000 מוגבל, אם כי הוא פונקציה של שפעת, כי הוא פונקציה של שפעת, כי הוא פונקציה של שפעת, כי הוא פונקציה של שפעת, כי הוא יכול להפעיל את זה יכול להפעיל את

אסטרטגיות

(ה) מאפר באיכות גבוהה חיוני לתוצאות מדויקות. השתמש בשכבות hexahedral או prism ליד ממשקים בעלי השפעה מוצקה כדי ללכוד שכבות גבול תרמיות עם שיעורי צמיחה ⁇ 1.2 לעזור לפתור את ⁇ הטמפרטורה התלולה בזרימת האוויר.עבור finconries מורכבים, ריצוף לא מובנה או מנטה לא ממולאים עם חדד מקומי עשוי להיות מעשי יותר עבור תאים גמישים (D2Fshated) טיפוסית (מתאים) אופייניים) , 000) אופייניים (DVerated)

מודל טיבולנס

(ב) עבור רוב סימולציות הקירור הסולאריים, מספר ריינולדס בתחום האוויר נופל במעבר לטווח של הפרעות נמוכה (FLT:0k ⁇ RealizableFLT:1 או FLT:2k ⁇ SSTFLT 3) הם בדרך כלל מעכבים עבור הדבקה כפויה.

שלב-בי-שלב של פאנל סולארי מגניב סימציה ב- ANSYS Fluent

1. גאומטריה הבריאה וייבוא

התחל על ידי יצירת מודל 3D ב ANSYS DesignModeler, SpaceClaim, או חבילת CAD. לחלץ את נפח הנוזל סביב פאנל ואלמנטים קירור.עבור קירור פסיבי, כוללים את מערך ה-fin בתוספת מתחם אוויר המשתרע לפחות חמש פעמים גובה הפאנל בכיוון הרוח ועשרה פעמים בכיוון במורד הזרם.

דור שני

החל שליטה על הגוף לאזור הנוזל עם גודל אלמנט של 0.5-1 מ"מ הפער, ואלמנטים קוהרסר (5-10 מ"מ) רחוק משם. השתמש בשכבות האינפלציה על כל הקירות המוצקים: גובה שכבתי ראשון שנקבע כדי להשיג y+ ⁇ 1 עבור סימולציות מחוסמות קיר, או להשתמש בפונקציות קיר עם y+ ⁇ 30.

3.2009 התקנה

• (ב) משוואה אנרגיה יעילה (אנ') , בחר מודל הזעזוע (למשל, קידוד אמיתי עם טיפול בקיר משופר).
• (ב) ⁇ :0) ,(מאטוריטים: 1FLT:1 הוסף אוויר, סיליקון, זכוכית, EVA, אלומיניום, וכו 'מוד את צפיפות, מוליכות תרמית, חום ספציפי במידת הצורך.
• (FLT:0) תנאי אזורי אזור:0) 1 (הפסקה 1) ,הקצה את אזור תא PV עם מקור חום רב ערך שווה לכוח השמש נספג מינוס המרה החשמלית (טיpical נספג פלוקס) -800 W/m2 עבור תא יעיל 20% מתחת ל- 1000 W/m2).
• (FLT:0) תנאים: 0FLT:1 Inlet - מהירות אינלט (למשל, 1-3 מ"ר / של רוח טבעית, או אפס עבור זיהום טבעי), בחוץ - לחץ על.עבור קירור פסיבי, גבולות התחום הרחק מן הלוח מוגדרים כלחץ על כריות Active נוזל קירור, להגדיר בטמפרטורה וקצב זרימה המונית.
• (FLT:0)Radiation:FLT:1 אם חיצוני, השתמש ב- S2S (surface-to-surface) או DO (לא מתואמים את ה-Dreate) כדי לקחת בחשבון את החלפת הרדיואקטיבית עם השמיים והקרקע. אי-שיכות של זכוכית (0.85) ואלומיניום (0.09-085) משפיעים באופן משמעותי על הטמפרטורה של הלוח.

4. Solver Settings and Convergence

השתמש בפתרון המזוגי עבור לחץ-התקפישות עם פסאודו-נסנטנסי תחת הפחתתו. Set Livingualמטרות של 1e-6 לאנרגיה, 1e-4 עבור המשכיות וזעזועים.עקוב אחר הטמפרטורה הממוצעת של שכבת התא במהלך ההצתה.בדרך כלל, 500-1500 צירים הם מספיקים להתכנסות מתמדת.

5. Post-Processing and Analysis

כלים לאחר עיבוד של ANSYSFD-Post מאפשרים לוחות של טמפרטורה על פני השטח של הלוח, וקטורות מהירות פער האוויר, ואיזור של גלי חום.להפוך את הטמפרטורה הממוצעת של התאים ואת הפחתת החום coefficient. השוו תוצאות עבור עיצובים שונים, זרימת מחירים, או פריסות.

מחקר: Passive Finned Heatsink לעומת Active Micro-Channel נוזל קירור

מודל בסיס

מודול PV סטנדרטי של 60 תאים (1.65 מ ' × 0.99 מ') הוא מודל מתחת 1000 W / m2 irradiance, 25 מעלות צלזיוס ambient, ו 1 m / רוח במקביל ללוח.בסיס (ללא קירור נוסף) מניב טמפרטורה תא ממוצעת של 68 מעלות צלזיוס, אובדן פלט חשמל -17%.

פאסיבי פין יטינק

תנור אלומיניום extruded (לוחמת בסיס 3 מ"מ, fins 30 מ"מ גבוה, 2 מ"מ עבה, גובה 8 מ"מ) מחובר לגליון האחורי. סימולציה CFD מראה את זרימת ההדבקה הטבעית העולה אנכית לאורך סנפירים עם HTC ממוצעת של 8.5 W / m2K יורד הטמפרטורה התא עד 55 מעלות צלזיוס, צמצום הפסדים עד 12%.

מיקרו-Channel Water Cooling

צלחת קרה נחושת עם 20 ערוצים מקבילים (1.5 מ"מ × 5 מ"מ) מחוברת לגליון האחורי של מים זורם 0.5 L /min, טמפרטורה 25 מעלות צלזיוס. מודל העברת חום cjugate צופה HTC גבוהה (~1500 W / m2K) אשר מוריד את טמפרטורת התא ל-38 מעלות צלזיוס - כמעט אידיאלי.

תוצאות CFD עבור אופטימיזציה של עיצוב

זיהוי נקודות חמות

קווי טמפרטורה לעתים קרובות לחשוף אזורים נקודה חמים במרכז הלוח, שבו קירור קונפוקטי הוא חלש ביותר. עבור עיצובים פסיביים, הגדלת גובה פין או הוספת צלחת חדורה כדי לגרום להפרעות יכול לשבור את שכבת הגבול התרמית. עבור עיצובים פעילים, התאמת הפריסה הערוץ כדי להצמיד קריר דרך האזורים החמים ביותר (ספירת ספירה) מניבה טמפרטורות אחידות יותר.

Velocity Vector Analysis

Vectors להראות אזורי תיקון בעקבות הלוח או מאחורי סנפירים. אלה מלכודות אוויר חם ולהפחית את יעילות קירור. תיקון נפוץ הוא להוסיף מדריכים זרימה או כדי להצית פרופיל פין כדי להפחית את ההפרדה.בערוצי נוזל, מהירות וקטורים לחשוף אזורים מתים שבהם זורם עקפים; שינוי הצורה בתוך החתימה יכול לחסל אותם.

ראשי > › Parametric סוויפסs for Fine-Tuning

כלי הפרמטר של ANSYSent יכול באופן אוטומטי לשנות את מגרש ה-fin, קוטר ערוצים או קצב זרימה, ואז לייצא את התוצאות עבור ניתוח של סחר-off. A גורף של סטן מ 4 מ"מ ל 12 מ"מ מראה כי מגרש 8 מ"מ נותן את האיזון הטוב ביותר של העברת חום והורדת לחץ.המעצב יכול לזהות במהירות את האופטימלי ללא אבטיפוס יחיד.

נושאים מתקדמים ב-Surder Cooling CFD

חומרים לשינוי בשלב (PCMs)

PCMs סופג חום מאוחר במהלך התכה, שמירה על טמפרטורה כמעט קבועה.מודל של מתחם PCM המצורף לפאנל דורש את מודל ההחזקה / שחרור ב Fluent.הסימולציות ללכוד את ההתפשטות הקדמית התכה וחיזוי הזמן שבו הלוח נשאר מתחת 45 מעלות צלזיוס.זה שימושי במיוחד עבור מערכות grid שבו קירור פעיל אינו זמין.

Multiphase Cooling (Two-Phase Flow)

(ב) ליישומים גבוהים של פלס קירור שני באמצעות נוזל קירור או דיאלקטרי יכול להשיג יעילות בחום גבוהה מאוד.ה-FLT:0Eulerian-EuleriansFLT:1 או FLT:2Volume of FluidFLT 3D) ב Fluent יכול לדמות זרימה במיקרו-ערוצים.

העברה חמה רדיטיבית בסביבה פתוחה

בלילה, לוחות יכולים להתקרר מתחת לטמפרטורה מחממת דרך קירור השמיים הקרירטיביים.על ידי כולל מודל קרינת DO עם תכונות ספקטרליות, אותו מודל CFD ניתן להשתמש בעיצוב מערכות היברידיות שמתחלפו בין דחיית חום בשעות היום לבין קירור בשעות הלילה, הוספת זרם הכנסות שני.

מסקנה

(המודל של ARSYSent מציע דרך חזקה ויעילה לשיפור מערכות קירור פאנל סולאריים.מבין את ה-CDC יעילות של יעילות הטמפרטורה לקידוד עיצובים פעילים ופסיבית מורכבים, סימולציה מספקת את התובנות התרמיות המפורטות הדרושות כדי למקסם את קציר האנרגיה.