Các nhà khoa học ở Hoa Kỳ đã phát triển một thiết kế hệ thống quang điện-nhiệt mới sử dụng các ống nước song song làm hệ thống làm mát để giảm nhiệt độ hoạt động của các tấm quang điện. Nhiệt thải do quá trình này tạo ra sau đó được sử dụng để tạo ra nước nóng sinh hoạt.
Hình ảnh: Phòng thí nghiệm tương tác đa vật lý (MiLab), Tạp chí quốc tế về chất lỏng nhiệt, Giấy phép Creative Commons CC BY 4.0
Từ tạp chí pv toàn cầu
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm tương tác đa vật lý (MiLab) ở Los Angeles đã phát triển một thiết kế hệ thống quang điện-nhiệt (PVT) mới sử dụng nhiệt thải từ các tấm quang điện để tạo ra hệ thống nước nóng dân dụng.
Hệ thống này dựa trên các ống nước song song được gắn vào mặt sau của các tấm pin mặt trời và giảm nhiệt độ hoạt động của chúng. Các nhà khoa học cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi giới thiệu một phương pháp làm mát đơn giản và thực tế nhằm nâng cao hiệu suất điện của các tấm PV đồng thời đưa ra giải pháp bền vững cho nhu cầu nước nóng của khu dân cư”.
Hệ thống thử nghiệm dựa trên tấm PV đa tinh thể 250 W hướng về phía nam với hệ số nhiệt độ -0,45%/C và góc nghiêng 30 độ. Các ống làm mát bằng đồng được kết nối thông qua các đầu nối ngược dòng và hạ lưu và được bao phủ bởi một lớp vỏ nhôm để cố định chúng vào mặt sau của tấm PV.
Thiết lập thử nghiệm bao gồm một bể chứa nước nóng và một máy bơm ly tâm 11 W duy trì tốc độ dòng chảy không đổi 3 L/phút.
Hình ảnh: Phòng thí nghiệm tương tác đa vật lý (MiLab), Tạp chí quốc tế về chất lỏng nhiệt, Giấy phép Creative Commons CC BY 4.0
Các nhà khoa học giải thích: “Tốc độ dòng nước được theo dõi bằng lưu lượng kế. “Để thu thập dữ liệu chính xác, một bộ cặp nhiệt điện được bố trí một cách chiến lược để đo đồng thời các nhiệt độ khác nhau, bao gồm nhiệt độ nước đầu vào và đầu ra của hệ thống PV/T, nhiệt độ bề mặt của tấm PV và nhiệt độ không khí xung quanh.”
Hệ thống này cũng sử dụng đồng hồ vạn năng để đo công suất đầu ra của mô-đun PV và nhiệt kế để đánh giá bức xạ mặt trời.
Các học giả đã so sánh hiệu suất của tấm PV được làm mát với tấm tham chiếu không được làm mát trong tháng 5 tại khuôn viên Đại học Notre Dame-Louaize, nằm ở Zouk Mosbeh, Lebanon.
Minh họa cho thấy các bộ phận khác nhau của hệ thống PVT
Hình ảnh: Phòng thí nghiệm tương tác đa vật lý (MiLab), Tạp chí quốc tế về chất lỏng nhiệt, Giấy phép Creative Commons CC BY 4.0
Phân tích của họ cho thấy tấm PVT có thể tạo ra năng lượng nhiều hơn 4% so với mô-đun PV nhờ hiệu ứng làm mát của ống đồng. Tuy nhiên, họ cũng cảnh báo rằng hiệu ứng bão hòa liên quan đến việc nước nóng dự trữ trong bể không được sử dụng hiệu quả, có thể hạn chế khả năng làm mát tối ưu các mô-đun PV ở một giai đoạn nhất định.
Các nhà nghiên cứu giải thích thêm: “Sự giảm thiểu này có thể là do nhu cầu nước sinh hoạt trong hệ thống thu hồi nhiệt thải không còn nữa. “Sự vắng mặt này khiến nhiệt độ nước làm mát trong bình chứa nước nóng tăng dần, do đó làm giảm tốc độ loại bỏ nhiệt khỏi hệ thống PVT.”
Các thử nghiệm cũng cho thấy tấm PVT đạt hiệu suất điện trung bình là 11,5% trong khi tấm PV không làm mát đạt hiệu suất trung bình là 10%. Các nhà khoa học cũng tiết lộ rằng tổng hiệu suất của hệ thống PVT đạt khoảng 75% và hiệu suất của hệ thống PV tham chiếu chỉ khoảng 10%.
Họ cũng cho biết: “Hiệu suất nhiệt trung bình, biểu thị tỷ lệ nhiệt thải thu hồi so với năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi tấm pin PV, là khoảng 60% trong hệ thống PV/T được làm mát”. “Hệ thống PV/T được làm mát không chỉ tạo ra tỷ lệ điện năng cao hơn mà còn có tỷ lệ thất thoát nhiệt cao hơn khoảng 40% từ mặt sau của mô-đun PV, cho thấy khả năng thu hồi nhiệt thải hiệu quả.”
Hệ thống này đã được trình bày trong bài báo “Phân tích thử nghiệm hệ thống nhiệt quang điện lai thông qua tích hợp ống nước song song,” được xuất bản trên Tạp chí quốc tế về chất lỏng nhiệt
