Nicht nur das James-Webb-Teleskop ist Strahlung gekühlt – radiativ gekühlte PV-Module

  • Verbesserte Strahlungskühlung von Solarzellen durch Integration mit Heatpipe


via PV Magazin| Das thermische Management von Solarzellen ist von entscheidender Bedeutung, um einen angemessenen elektrischen Wirkungsgrad aufrechtzuerhalten. In letzter Zeit wurde die Strahlungskühlung (RC) von Solarzellen aufgrund ihrer passiven Natur und strukturellen Einfachheit intensiv erforscht. Kommerzielle Solarzellen sind jedoch normalerweise mit hoch emittierenden Glasabdeckungen verkapselt, und daher ist das zusätzliche Potenzial zur Verringerung der Zelltemperatur durch RC nicht signifikant. Diese Studie schlägt eine neue Systemkonfiguration vor, um das RC-Potenzial zu maximieren. Es besteht aus einem Photovoltaikmodul zur Stromerzeugung, einem RC-Modul zur Wärmeabfuhr in den Himmel und einer Heatpipe zur schnellen und effizienten Wärmeübertragung zwischen den beiden Modulen. Eine vergleichende Analyse der Temperaturreduzierung und Effizienzverbesserung zwischen den vorgeschlagenen und zuvor untersuchten Systemen wird durchgeführt. Der Einfluss von Eingabeparametern (dh Sonneneinstrahlung, Umgebungstemperatur, Windgeschwindigkeit, atmosphärischer Emissionsgrad, Heizkörperlänge und Wärmerohrwiderstand) auf die Systemleistung wird ebenfalls mit COMSOL untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das vorgeschlagene System im Gegensatz zum herkömmlichen glasbeschichteten Modul eine maximale Reduzierung der Zelltemperatur von 12,86 °C ergibt, was einer relativen Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads um 7,25 % entspricht. Die verbesserte thermische Leistung der neuen Konfiguration unterstützt sie als Alternative zu den glasbeschichteten oder idealerweise emittierenden Photovoltaikmodulen. Indem sie sich der Herausforderung der begrenzten Strahlungskühlung des Himmels stellen, können Forscher schließlich einen Schritt nach vorne gehen und diese Studie für das Wärmemanagement anderer Geräte und nicht nur der Solarphotovoltaik verwenden. atmosphärischer Emissionsgrad, Kühlerlänge und Wärmerohrwiderstand) auf die Systemleistung wird ebenfalls mit COMSOL untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das vorgeschlagene System im Gegensatz zum herkömmlichen glasbeschichteten Modul eine maximale Reduzierung der Zelltemperatur von 12,86 °C ergibt, was einer relativen Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads um 7,25 % entspricht. Die verbesserte thermische Leistung der neuen Konfiguration unterstützt sie als Alternative zu den glasbeschichteten oder idealerweise emittierenden Photovoltaikmodulen. Indem sie sich der Herausforderung der begrenzten Strahlungskühlung des Himmels stellen, können Forscher schließlich einen Schritt nach vorne gehen und diese Studie für das Wärmemanagement anderer Geräte und nicht nur der Solarphotovoltaik verwenden. atmosphärischer Emissionsgrad, Kühlerlänge und Wärmerohrwiderstand) auf die Systemleistung wird ebenfalls mit COMSOL untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das vorgeschlagene System im Gegensatz zum herkömmlichen glasbeschichteten Modul eine maximale Reduzierung der Zelltemperatur von 12,86 °C ergibt, was einer relativen Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads um 7,25 % entspricht. Die verbesserte thermische Leistung der neuen Konfiguration unterstützt sie als Alternative zu den glasbeschichteten oder idealerweise emittierenden Photovoltaikmodulen. Indem sie sich der Herausforderung der begrenzten Strahlungskühlung des Himmels stellen, können Forscher schließlich einen Schritt nach vorne gehen und diese Studie für das Wärmemanagement anderer Geräte und nicht nur der Solarphotovoltaik verwenden. Die Ergebnisse zeigen, dass das vorgeschlagene System im Gegensatz zum herkömmlichen glasbeschichteten Modul eine maximale Reduzierung der Zelltemperatur von 12,86 °C ergibt, was einer relativen Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads um 7,25 % entspricht. Die verbesserte thermische Leistung der neuen Konfiguration unterstützt sie als Alternative zu den glasbeschichteten oder idealerweise emittierenden Photovoltaikmodulen. Indem sie sich der Herausforderung der begrenzten Strahlungskühlung des Himmels stellen, können Forscher schließlich einen Schritt nach vorne gehen und diese Studie für das Wärmemanagement anderer Geräte und nicht nur der Solarphotovoltaik verwenden. Die Ergebnisse zeigen, dass das vorgeschlagene System im Gegensatz zum herkömmlichen glasbeschichteten Modul eine maximale Reduzierung der Zelltemperatur von 12,86 °C ergibt, was einer relativen Steigerung des elektrischen Wirkungsgrads um 7,25 % entspricht. Die verbesserte thermische Leistung der neuen Konfiguration unterstützt sie als Alternative zu den glasbeschichteten oder idealerweise emittierenden Photovoltaikmodulen. Indem sie sich der Herausforderung der begrenzten Strahlungskühlung des Himmels stellen, können Forscher schließlich einen Schritt nach vorne gehen und diese Studie für das Wärmemanagement anderer Geräte und nicht nur der Solarphotovoltaik verwenden. Die verbesserte thermische Leistung der neuen Konfiguration unterstützt sie als Alternative zu den glasbeschichteten oder idealerweise emittierenden Photovoltaikmodulen. Indem sie sich der Herausforderung der begrenzten Strahlungskühlung des Himmels stellen, können Forscher schließlich einen Schritt nach vorne gehen und diese Studie für das Wärmemanagement anderer Geräte und nicht nur der Solarphotovoltaik verwenden. Die verbesserte thermische Leistung der neuen Konfiguration unterstützt sie als Alternative zu den glasbeschichteten oder idealerweise emittierenden Photovoltaikmodulen. Indem sie sich der Herausforderung der begrenzten Strahlungskühlung des Himmels stellen, können Forscher schließlich einen Schritt nach vorne gehen und diese Studie für das Wärmemanagement anderer Geräte und nicht nur der Solarphotovoltaik verwenden.  Verbesserte Strahlungskühlung von Solarzellen durch Integration mit Heatpipe

  • Leichte, passive Strahlungskühlung zur Verbesserung der konzentrierenden Photovoltaik

Strahlungskühlung kann deutlich mehr Abwärme als Konvektion und Leitung bei hohen Temperaturen zurückweisen, indem sie direkt in den Weltraum geleitet wird. Als passiv und kompaktKühlmechanismus, Strahlungskühlung ist leicht und verbraucht keine Energie. Diese Qualitäten sind vielversprechend für das Wärmemanagement in Außenanlagen, die schwache Wärme erzeugen, wie z. B. konzentrierende Photovoltaik (CPV) und Thermophotovoltaik (TPV). In dieser Arbeit simulieren wir zunächst Strahlungskühlung für eine Vielzahl von Arbeitsbedingungen, einschließlich Wärmelasten von 6 bis 100 W mit verschiedenen CPV-Kühldesigns. Anschließend demonstrieren wir ein CPV-System mit integrierten Strahlungskühlern, das einen Temperaturabfall von 5 °C bis 36 °C und einen relativen Anstieg der Leerlaufspannung von 8 % bis 27 % für eine GaSb-Solarzelle unter einer Wärmelast von über 6 W erreicht mit unterschiedlichen Kühldesigns. Wir zeigen, dass die Temperaturabfälle durch Strahlungskühlung die Lebensdauer von CPV-Systemen erheblich verbessern können. StrahlungsCPV

 

 

 

  • Ein selbstorganisiertes thermofunktionelles 2D-Material für die Strahlungskühlung

 

Die Regulierung der Temperatur ist ein großer energieverbrauchender Prozess der Menschheit. Heute entfallen rund 15 % des weltweiten Energieverbrauchs auf die Kühlung unddiese Zahl wird sich bis 2050 voraussichtlich verdreifachen, wodurch die globale Erwärmung und der Kühlbedarf in einer besorgniserregenden negativen Rückkopplungsschleife verknüpft werden. Hier wird eine kostengünstige Lösung für diese Herausforderung vorgeschlagen, die auf einer einzelnen Schicht aus Siliziumdioxid-Mikrokugeln basiert, die sich selbst auf einem Kalknatronglas anordnen. Dieser 2D-Kristall fungiert als sichtbar durchscheinender thermischer Schwarzkörper für eine Strahlungskühlung oberhalb der Umgebungstemperatur und kann verwendet werden, um die thermische Leistung von Geräten zu verbessern, die während des Betriebs einer kritischen Erwärmung ausgesetzt sind. Die Temperatur eines Siliziumwafers ist tagsüber um 14 K niedriger, wenn er mit dem thermischen Emitter bedeckt ist, und erreicht eine durchschnittliche Temperaturdifferenz von 19 K, wenn die Struktur mit einer Silberschicht hinterlegt ist. Im Vergleich dazu senkt die bei den Messungen verwendete Kalknatronglas-Referenz die Temperatur des Siliziums nur um 5 K.−2  bei Anwendung auf heißen Oberflächen mit relativen Temperaturen von 50 K über der Umgebung. Dies ist entscheidend für die Strahlungskühlung von Geräten, dh Solarzellen, bei denen ein Temperaturanstieg drastische Auswirkungen auf die Leistung hat. Ein selbstorganisiertes zweidimensionales thermofunktionales Material für Strahlungskühlung.

 

 

 

 

  • Thermisches Modell eines Photovoltaikmoduls mit Hitzeschutzfolie

Die Forschung zur Reduzierung der Arbeitstemperatur von PV-Modulen gewinnt an Aufmerksamkeit, um ihre elektrische Leistung, Effizienz und Lebensdauer insbesondere in warmen Klimazonen zu verbessernBedingungen. Diese Studie beschreibt die Verwendung einer neuartigen Hitzeschutzfolie auf Basis einer holografischen Beschichtung mit einer Prismenschicht mit Totalreflexion, die aufgebracht wird, um die Betriebstemperatur des Photovoltaikmoduls aufrechtzuerhalten. Ein mathematisches Modell des Wärmeschutzes basierend auf dem holografischen Film wird beschrieben. Eine MATLAB/Simulink-Simulation wurde verwendet, um die Strom-Spannungs- und Ausgangsleistungs-Sonneneinstrahlungs-Eigenschaften eines Photovoltaikmoduls mit und ohne holographischem Film abzuschätzen. Basierend auf Feldtests wurden Regressionsmodelle entwickelt, um eine Beziehung zwischen der Temperatur von hitzegeschützten/ungeschützten PV-Modulen und der Umgebungstemperatur zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigten, dass für Solarmodule mit Wärmeschutzfolie eine Temperaturreduktion von 3,54 °C im Vergleich zu Modulen ohne holografische Folie erzielt wird.

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Vollständig PV-betriebenes System zur Erzeugung von Wasser, Strom und Feldfrüchten

via Pv Magazin

Forscher der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saudi-Arabien haben ein solarbetriebenes integriertes Wasser-Strom-Ernteproduktionssystem entwickelt, das in der Lage ist, Wasser aus atmosphärischem Wasserdampf zu produzieren.

„Unser System eignet sich besonders für netzferne Gemeinschaften überall, da es eine einfache Möglichkeit bietet, Strom, Wasser und Pflanzenprodukte für den Point-of-Consumer zu beziehen“, sagte der korrespondierende Autor der Studie, Peng Wang, gegenüber pv magazine .

Das als WEC 2 P bezeichnete System basiert auf einer PV-Anlage zur Stromerzeugung und einem atmosphärischen Wassersammelmaterial (AWH), um Wasserdampf aus der Luft zu erzeugen. Das vom AWH-Gerät produzierte Frischwasser wird entweder zum Anbau von Pflanzen oder zur Reduzierung der Betriebstemperatur der Solarmodule verwendet. Das System arbeitet in zwei Betriebsmodi, die die Wissenschaftler als AWH-PV-Kühlmodus und AWH-Wasser- und Pflanzenproduktionsmodus bezeichneten.

Die Kühlvorrichtung besteht aus einer ca. 0,04 mm dicken Korrosionsschutzfolie aus Polyethylen (PE), atmosphärischen Wasserdampfabsorptionsmitteln auf Polymerbasis und einem Hydrogel aus Polyacrylamid-Kalziumchlorid (PAM-CaCl 2 ). „Das so erhaltene PAM-CaCl 2 -Hydrogel wurde durch seine Selbsthaftungseigenschaften direkt an der Rückseite jeder einzelnen PV-Zelle in den PV-Paneelen befestigt“, erklärte die saudische Gruppe. „Ein plattenförmiger Rahmen aus Poly(methylmethacrylat) (PMMA) wurde mit Federbolzen installiert, um die Haftung des PAM-CaCl 2 -Hydrogels mit dem PV-Modul zu verstärken und ihren engen Kontakt sicherzustellen.“

Die überschüssige Wärme, die während der Kühlvorgänge entzogen wird, wird verwendet, um das Wasser dazu zu bringen, tagsüber aus den Sorbentien auf Polymerbasis zu verdunsten. Dieser verdunstete Wasserdampf wird dann tagsüber in einer Kondensationskammer gesammelt, die als passiver Kondensator genutzt wird.

Experimenteller Aufbau des integrierten Wasser-Strom-Pflanzen-KoproduktionssystemsBild: ORDNER

Die Oberfläche der Kondensationskammer, die aus einer Aluminiumlegierung mit einer Kupferdüse an der unteren Seitenwand besteht, ist 1,6-mal so groß wie die der darüber liegenden vier nach Süden ausgerichteten PV-Module, die in einem Neigungswinkel von 22 Grad angebracht wurden. Ein Baumwolldocht, der durch die Düse geführt wurde, wurde verwendet, um das Extrahieren des kondensierten Wassers in eine Wassersammelflasche zu unterstützen. „Jedes PV-Panel wurde als eigenständiges Modul betrachtet und mit einem MPPT-System und einer 12-V-Blei-Säure-Batterie verbunden“, betonen die Wissenschaftler. „Darüber hinaus wurde jedes Modul mit insgesamt 20-W-Leuchtdioden (LED)-Lichtleisten als Last verbunden, um die Batterie nachts zu entladen, wenn das PV-Panel nicht in Betrieb war.“

 

Temperature Coefficient Calculator


Power in Watts (W) and Temperatur (C°) Calculation:

Power in Watts Pmax: Watt
Voltage at Maximum Power : V
Ampere at Maximum Power: A
Temperature in Celcius: °C
Temperature Coefficient of Pmax: - % / °C
Temperature Coefficient of Voc: - % / °C
Temperature Coefficient of Isc: % / °C
 
 
Energy Result in Watt:
Energy Result in Volt: V
Ennergy Result in Ampere: A

Contact: 0043 650 8667347

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