Całoroczna analiza pracy modułu fotowoltaicznego z systemem chłodzenia

Abstrakt

W pracy przeanalizowano wpływ warunków atmosferycznych na temperaturę ogniwa PV oraz wpływ jej zmiany na sprawność konwersji energii i generację energii elektrycznej. Analizie poddano również pracę modułów PV z systemem chłodzenia oraz oceniono efekty energetyczne wynikające z zastosowania takich systemów. Uwzględniono chłodzenie przy pomocy rozwinięcia powierzchni wymiany ciepła na dolnej powierzchni modułu oraz powietrznego systemu chłodzenia dolnej powierzchni modułu. Analizie, na podstawie danych meteorologicznych dla stacji meteorologicznej we Wrocławiu, poddano moduł o mocy 410 W, sprawności w warunkach STC wynoszącej 21,5% oraz dwóch wartościach współczynnika temperaturowego mocy wynoszących – 0,34%/°C oraz – 0,5%/°C. Oceniono, że maksymalna temperatura jaką osiąga ogniwo bez chłodzenia wynosi 57°C, a maksymalna i minimalna sprawność modułu wynosi odpowiednio 24,4% i 19,2% dla modułu o współczynniku temperaturowym mocy wynoszącym – 0,34%/°C oraz 25,8% i 18,1% dla modułu o współczynniku – 0,5%/°C. Zastosowanie chłodzenia przy pomocy ożebrowania dolnej powierzchni modułu pozwala na obniżenie maksymalnej temperatury ogniwa do 35,2°C (przy stopniu ożebrowania wynoszącym10) i względny przyrost generacji energii elektrycznej wynoszący 3,1% dla modułu o współczynniku temperaturowym – 0,34%/°C i 4,6% dla modułu o współczynniku temperaturowym – 0,5%/°C. Zastosowanie chłodzenia powietrznego dolnej powierzchni modułu pozwala na obniżenie maksymalnej temperatury ogniwa do 41,2°C (przy współczynniku przejmowania ciepła z dolnej powierzchni wynoszącym 50 W/m2K) i względny przyrost generacji energii elektrycznej wynoszący 2,1% dla modułu o współczynniku temperaturowym – 0,34%/°C i 3,1% dla modułu o współczynniku temperaturowym – 0,5%/°C. Określone przyrosty ilości generowanej energii dotyczą tylko jednego roku eksploatacji. Należy mieć na uwadze, że chłodzenie modułów przyczynia się do zmniejszenia amplitudy wahań temperatury ogniwa, a tym samym zmniejszenia obciążeń termicznych. Powoduje to zwiększenie czasu pracy takiego modułu, a ilość wygenerowanej energii przy wykorzystaniu modułu chłodzonego w ciągu całego cyklu życia może być znacznie większa.