Güneş Panel Soğutma Sistemlerini Ansys Fluent'te Modelleme ile Teşvik

Fotovoltaik Performansta Soğutmanın Eleştirel Rolü

Fotovoltaic (PV) paneller doğrudan elektrik içine dönüşür, ancak dönüşüm verimliliği, elektrik üretimindeki azalma nedeniyle 15-25 oranında azalır ve 25 °C'nin üzerindeki yüksek oranda yüksek çözünürlükte ısı yönetimi sağlar. Doğrudan yaz güneş, panel yüzeyi sıcaklıkları kolayca 65-75°C'ye ulaşabilir ve enerji üretimindeki azalma nedeniyle 15-25'e ulaşır.

Güneş Panel Sıcaklık Etkilerinin Temelleri

Heat, yarı iletken Junctions'i nasıl etkiler

Güneş hücreleri yarı iletken cihazlardır; onların bandgap, taşıyıcı hareketliliği ve rekombinasyon oranları sıcaklık artışları ile tüm değişimleri azaltır. Sıcaklık arttıkça, açık-cirküre gerilimi (V) .[Düzücüksel bir modada azalmaktadır.[Dönetici).[Dönetici:2]% 0,3 °C, 0.3-C,4 °C, yüksek çözünürlükte önemli bir azalmadır.

Gerçek Dünya, Temel ve Çatı Sistemleri için Örnekler

Büyük güneş çiftliklerinde, yüzlerce binlerce modül konuşulduğu yerde,% 5 verimlilik kaybı yıllık megawatt-saat kayıp enerjiye tercüme eder.For Rooftop installations, yüksek modül sıcaklıklar ayrıca enerji maliyetlerini azaltır (LCOE). Dahası, yüksek işletim sıcaklıkları enkapsulan bozulma, satılan eklem yorgunluk ve yeniden tablo çatlakları azaltır.

Solar Panel Thermal Management'daki Zorluklar

Pasif vs. Active Soğutma Yaklaşımları

Soğutma stratejileri iki geniş kategoriye girer: pasif (doğal konveksiyon, radiative fins, faz-change malzemeler) ve aktif (güçlü hava fanları, sıvı mikro kanalları, jet dürtüleri) Pasif çözümler basit, parasitik enerjiye karşı dikkatli bir şekilde ölçülmelidir ve düşük bakım gerektirir. Ancak, bu donanıma sahip olmak için genellikle yetersizdir.

Geometrik ve Spasal Constraints

Güneş panelleri genellikle ince, düz ve hava akışı için sınırlı bir şekilde monte edilir. Eklek ısı parçaları veya düklemeleri rüzgar yüklemesini, gölgelemeyi ve yükleme maliyetlerini artırabilir. Soğutma çözümü, modül çerçeve ve montaj yapısıyla sorunsuz bir şekilde entegre edilmelidir. CFD simülasyonu, akış engellerini ve ısı sınır tabakalarını, tasarımcıların fin dizilerini optimize etmesine izin verir, ve mevcut hacimlerdeki kanal düzeni ve kanal düzeni optimize eder.

Isı Tasarımı için C ⁇ Akışkanlar Dinamiklerine Giriş

C ⁇ Akışkanlar Dinamik (CFD) Navier-Stokes denklemlerini akışkan akışı ve ısı transferini yöneten sayısal bir tekniktir. ANSYS Fluent[D:D) [DÜcretsizce açık testlerden biri, endüstride en yaygın kullanılan CFD çözücülerden biridir, ısı transferini modellemek için sağlam bir platform sunar - sağlam iletim hatları ve hızları ile etkileşime girebilir.

Neden CFD Outperforms Deneysel Deneme ve-Erroror

Güneş Panel Soğutması'nın Sağlanmasında Anahtar Değişkenler

Geometri Yeniden temsil

Model panel tabakalarını doğru bir şekilde yakalamalıdır (cam, encapsulan, cep, arka tablo), soğutma yapısı (finler, kanallar, kanallar, kanallar), ve çevreli hava domain. pasif bir finned ısısink için, fin yükseklik, kalın, perde ve temel plaka tüm ısı direncini yakalamak için gereklidir. - Aktif sıvı soğutma için, kanal kesiti (rectangular, dairesel, mikropin-pin-fin) ve çapında hidrolikler kritiktir.

Malzeme Özellikleri

Katmanlar arasındaki doğru termal temas direnci, anisotropic iletkenliği veya ince termal arayüz malzemeleri kullanarak da dikkate alınmalıdır.

Sınırlama Koşulları ve Kaynağı Şartları

Güneş flux (tipik olarak 1000 W/m2 en üst katta) bir hacimsel veya yüzey ısı kaynağı olarak hücre tabakasına bağlıdır.En üst ve alt yüzeylerde rüzgar hızı ve çevre sıcaklığına bağlıdır. Doğal konveksiyon için, ısı transfer katsayısı, zorlanmış bir akış işlevi olarak uygulanır; akreple doğrudan tanımlanabilir veya çözülebilir.In ANSYS Fluent, biri güneş yükü modelini açıya bağlı olarak hesaplayabilir.

Meşru Stratejik

Yüksek kaliteli bir ağ doğru sonuçlar için gereklidir.Kahedral veya polihedral tabakaları yerel rafinerilerle yakalamak için daha pratik olabilir.Inflation katmanları büyüme oranları ≤1.2 yardımcı olur yüksek sıcaklık gradients in the airflow. For complex fin geometriler, yapılandırılmamış tetrahedral veya polihedral ağları yerel rafineri ile daha pratik olabilir.

Turbulence Modeling

Çoğu güneş paneli soğutma simülasyonları için, hava sahasındaki mil sayısı, kapalı bir boşlukta (örneğin, bir geri boşluk) zorlanabilmeleri için genellikle kullanılır.

StepbyStep Bir Güneş Panel Soğutma Simülasyonu Oluşturma

1. Geometry Creation and Import

ANSYS DesignModeler, SpaceClaim veya bir CAD paketinde 3D modeli yaratarak başlayın. Pasif soğutma için, en az beş kez paneli yüksekliğini rüzgar yönünde ve on kez sıvı soğutma için, mikro kanal geometrisini ve sağlam substratı ekleyin.

2.

Tüm sağlam duvarlarda bir vücut kontrolünü uygulayın: ilk tabaka yüksekliği, y+ ⁇ 30. kontrol yapısı ile duvar fonksiyonlarını elde etmek için ayarlanır: skewness 30. Check network kalitesi: skewness:0

3. Fizik Kurulum 3.

4. Solver Ayarları ve Convergence

Enerji için 1e-4'ün süreklilik ve turbulence için yer alan geçici bir kesintiye uğramak için, 500-1500 arası iterasyonlar sabit olarak, geçici çalışmalar için 1e-4'ü sabit bir şekilde izlemek için kullanın.

5. PostaProcessing and Analysis

ANSYS Fluent'in post-işlem araçları (veya ANSYS CFD-Post) panel yüzeyindeki ısı akışlarında, hava boşluklarında hız vektörleri ve ısı flux'ın ortalama ısı geçişi.Farklı ısı transfer katlarını hesaplamak için.Farklı fin tasarımları, akış oranları veya kanal düzeni için sonuçları kullanın.

Vaka Çalışması: Pasif Finned Heatsink vs. Active Micro-Channel Sıvı Soğutma

Basel

Standart 60 hücreli PV modülü (1.65 m - × 0.99 m) 1000 W /m2 irradiance, 25°C ortamı ve 1 m / 1 rüzgar paneline paralel olarak.

Pasif Finned Heatsink

Bir ekstrütürlü alüminyum ısısink (base plaka 3 mm, fins 30 mm uzun, 2 mm kalın, perde 8 mm) arka tabloya eklenir.The CFD simülasyon, doğal konveksiyon artış akışlarını ortalama olarak 8.5 W/m2·K. Hücre sıcaklığının 55°C'ye kadar düştüğünü gösteriyor,% 12'ye kadar kayıpları azaltır.

Aktif MicroChannel Su Soğutma

20 paralel kanalla bakır soğuk plaka (1.5 mm × 5 mm) arka tabloya bağlanır. Su 0,5 L/min, inlet ısı 25°C. Sağlanan ısı geçişi, model yüksek bir HTC (~1500 W/m2·K) hücre sıcaklığının 38°C'ye kadar azaltılmasını öngörür - neredeyse ideal. Parasitik pompa gücü sadece 0, modül başına 28 W iken.The CFD conjugate ısı transferi:0 kazanacağız).

Tasarım Optimizasyonu için CFD Sonuçları

Estonyaları Tanımlamak

Sıcaklık konsüsü genellikle panelin merkezinde yer bölgeleri ortaya koyar, konvektif soğutmanın en zayıf olduğu. pasif tasarımlar için, artan fin yükseklik veya rekatıllı bir plaka ekleyerek ısı sınır tabakasını kırabilirsiniz. Aktif tasarımlar için, kanal düzeni ilk önce serinlemek için ayarlayın (karşılama) daha üniformalı sıcaklıklar sağlar.

Velocity Vector Analizi

Vectors panelin veya arka fins'ın uyanması için recirculation bölgeleri gösterir.Bu recirkasyonlar sıcak havayı tuzağa düşürüyor ve soğutma etkinliğini azaltır. Ortak bir düzeltme akış kılavuzlarını eklemek veya akış bağlantılarını azaltmak için fin profiline dokunmak için.

Parametrik Sweeps için Güzel-Tuning

ANSYS Fluent'in parametreleme aracı otomatik olarak fin alanı, kanal çapında veya akış oranına değişebilir, sonra ticaret analizi için sonuçları ihraç eder. 4 mm'den 12 mm'ye kadar bir 8 mm sahanın ısı geçişi ve basıncın en iyi dengesi verdiğini gösterir.

Solar Panel Soğutma CFD'de İleri Konular

Faz Değiştiri Malzemeleri (PCMs)

PCMs, erime sırasında geç ısıyı absorbe eder, neredeyse sürekli bir sıcaklık korur. Panele eklenmiş bir PCM muhafazası, Fluent'te sağlamlaştırma/melting modelini gerektirir. Simülasyon, ön yayılımı yakalar ve panel 45°C'nin altında kaldığı süreyi öngörür. Bu özellikle aktif soğutmanın mevcut olmadığı şekilde kullanışlıdır.

Multifa Soğutma (İki-Phase Flow)

Yüksek kaliteli uygulamalar için, iki fazlı soğutmalı bir soğutucu veya dielektrik sıvısı, yüksek ısı transfer katlarında son derece yüksek ısı transfer katlarını elde edebilir.TheurFLT:0Conulerian-Eulerian) veya [[Döneticileri]]

Radiative Heat Transfer in Open Environments

Geceleri, paneller, atmosfer ısısını radiative gökyüzü soğutma ile serinleyebilir. DO radyasyon modeli ile ⁇ özellikleri ile birlikte, aynı CFD modeli, günlük ısı reddedilmesi ve gece boyunca radiative soğutma arasında geçiş yapan karma sistemleri tasarlayabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

ANSYS Fluent ile ilgili basit modelleme, güneş paneli soğutma sistemlerini geliştirmek için güçlü, uygun maliyetli bir yol sunar. temel sıcaklık verimli ticaretini anlamak için, karmaşık aktif ve pasif tasarımları optimize etmek için, simülasyon, enerji hasatını benimsemeleri için gerekli olan ayrıntılı termal içgörüler sunar.[Döneticileri, bu yaklaşımı benimsemeleri gereken sistemler, güneş soğutma tekniklerini genişletebilir ve hızlandırabilir).[Döneticileri:0]