تقنية جديدة لتحسين أداء الألواح الشمسية الكهروضوئية من خلال تخفيض درجة حرارتها في المناطق الحارة

قام فريق من الباحثين الإسبان بتصميم نظام لتبريد الألواح الشمسية الكهروضوئية يتألف من مبادلات حرارية بشكل حرف U, وقد ساهم هذا النظام بتخفيض درجة حرارة الألواح بنسبة 17% إضافة لتحسين الأداء بنحو 11%.

تمكّن باحثون في جامعة Alcala الإسبانية من تطوير تقنية جديدة لتبريد الألواح الشمسية الكهروضوئية, تعتمد على استخدام مبادلات حرارية في نظام حلقة مغلقة أحادي الطور يعمل كمشتت حراري.

يتألف نظام التبريد هذا من مبادلين حرارين, الأول تمّت إضافته إلى الجهة الخلفية للوح الشمسي بحيث يقوم بامتصاص الحرارة الزائدة, والآخر بشكل حرف U تمّ دفنه عميقاً في التربة بمقدار 15 متر ضمن خزان ماء, يتم تبادل الحرارة بين هذين المبادلين من خلال سائل تبريد.

وقد تمّ تشكيل المبادل الحراري الأول من ستّة أنابيب بلاستيكية على شكل حرف U وبقطر 15 مم, معزولة حرارياً بمادة البولي إيتيلين الرغوية, وتتصل جميعها عن طريق مجمّع بقطر 18 مم, وقد تمّ تطبيق معدل تدفق ثابت للمبرد يبلغ 3 لتر / دقيقة أو 1.8 لتر / دقيقة لكل متر مربع مساحة سطح من الألواح الشمسية.

صورة توضيحية للنظام الذي يستخدم المبادل الحراري كمشتت للحرارة

Image Source: University of Alcala

تمّ اختبار النظام المصمم ضمن محطة شمسية كهروضوئية بنظام تعقب أحادي المحور غير مرتبطة بالشبكة, تتألف من لوحين شمسيين باستطاعة 270 W ومعامل حراري بقيمة -0.43% لكل درجة مئوية.

وبيّنت نتائج التجارب العملية تخفيض درجة حرارة الألواح بمقدار 13 إلى 17 درجة مئوية, ترافقت بتحسن في الأداء يصل إلى 11%, بمعنى آخر, تمكّنت الألواح التي تمّ تبريدها من انتاج 152 Wh إضافية خلال النهار مقارنة بالألواح التي لم يتم تبريدها.

إضافةً لذلك, فقد تمّ إجراء دراسة جدوى اقتصادية لهذه التقنية من خلال تحليل نتائج تطبيق هذه التقنية في تطبيقات مختلفة سكنية وتجارية, وأظهرت النتائج أنّ التقنية مجدية اقتصادياً وتمتلك فترة استرداد تتراوح بين خمس إلى عشر سنوات.

وقد نشر الباحثون نتائجهم لدى مجلة Journal of Solar Energy Engineering تحت عنوان:

Efficiency Improvement of Photovoltaic Solar Modules by Cooling Using an Underground Heat Exchange