Преимущества использования нового вращающего фотоэлектрического энергетического устройства 3D формата

АННОТАЦИЯ

В этой статье представлена информация о проблемах использования традиционных солнечных батарей и о том, как преодолеть эти проблемы с помощью новых вращающихся фотоэлектрических силовых устройств в формате 3D. Результаты, полученные в эксперименте, обсуждались.

ABSTRACT

In the article information about problems of using traditional solar panels and how to overcome these problems with new rotating photovoltaic power devices in 3D format is presented. The results obtained in the experiment have been discussed.

Ключевые слова: солнечный панель, температура, излучение, вынужденная конвекция.

Keywords: solar panel; temperature; radiation; forced convection.

Одной из актуальных проблем использования фотоэлектрических устройств является негативное влияние на них жаркого климата. Мы знаем, что тепло передается через излучение, теплопроводность и конвекцию [3]. Из-за прямых лучей, падающих на солнечные панели, температура поверхности солнечных панелей со временем увеличивается по сравнению с окружающей средой за счет излучения [1]. Но температура поверхности также зависит в некоторой степени от температуры окружающей среды. Если мы рассмотрим теорию охлаждения Ньютона “Newton cooling”, температура поверхности солнечной панели может подняться до определенного значения [2]. Это определяется температурой окружающей среды. Например, в эксперименте с температурой окружающей среды 33 °С температура поверхности солнечной панели выросла до 52 °С за 1 час, что привело к снижению выходного напряжения и КПД на 34%. Если бы температура окружающей среды была выше этой, поверхность солнечной панели была бы нагрета до более высокой температуры, и эффективность была бы значительно снижена. В Узбекистане средняя летняя температура составляет 40 °С. Это означает, что использование традиционных солнечных панелей создает как экономические, так и энергетические проблемы в Узбекистане.

Для решения вышеуказанных проблем нами было предложено вращающееся фотоэлектрическое энергетическое устройство нового формата 3D. Принцип работы устройства основан на самоохлаждении. Наши эксперименты на этом устройстве показали, что даже после 1 часа работы температура поверхности солнечной панели не изменилась, никакого снижения КПД и выходного напряжения не наблюдалось. Это потому, что в нем формируется «принудительная конвекция». То есть традиционные солнечные панели не успевают излучать тепловую энергию, которую они поглощают, в окружающую среду, и вызывают нагрев поверхности. Однако в предлагаемой конструкции, помимо теплового излучения, также наблюдаются потери тепла за счет принудительной конвекции, что предотвращает возникновение перепадов температуры с окружающей средой и становится причиной самоохлаждения.

Таблица 1.

Результаты экспериментов на традиционных солнечных панелях

Таблица 2.

Результаты экспериментов, проведенных на новом 3D формате вращающегося фотоэлектрического энергетического устройства

В таблицах: t время эксперимента, T температура поверхности солнечной панели, U напряжение солнечной панели, η (КПД) эффективность солнечной панели.

Рисунок 1. График относительного изменения коэффициента полезного действия (КПД) с течением времени [1] традиционной плоской солнечной панели и [2] нового вращающегося фотоэлектрического энергетического устройства 3D-формата.

Подводя итоги эксперимента, можно сказать, что температура поверхности обычных плоских солнечных панелей со временем увеличивается, что приводит к снижению их КПД и уменьшению выходного напряжения. В предлагаемом новом формате 3D вращающегося фотоэлектрического энергетического устройства не изменяется температура его поверхности из-за самоохлаждения с течением времени, что гарантирует неизменное КПД фотоэлектрического устройства и выходное напряжение U (рисунок 1). В регионах с высокой температурой окружающей среды рекомендуется использовать предлагаемое нами устройство.

Список литературы:
1. ISO 15099. Thermal performance of windows, doors and shading devices - detailed calculations. Technical report, 2003.
2. Sylvie Lorente. Heat losses through building walls with closed, open
and deformable cavities. International Journal of Energy Research, (20):611–632, 2002.
3. Yougesh Jaluria and Kenneth E. Torrance. Computational Heat Transfer. Series in Computational Methods in Mechanics and Thermal Science. Taylor & Francis, New York, second edition edition, 2003.