افزایش راندمان کاری سلول های خورشیدی با استفاده از میکروکانال ها

سلول های فتوولتائیک (pv) یکی از ابزارهای تولید انرژی پاک بوده که به وسیله آن نور خورشید به انرژی الکتریکی قابل استفاده در بخش های مختلف صنعت و مصارف خانگی تبدیل می شود. این سلول های دارای بازده الکتریکی محدودی می باشند. از این رو تحقیقاتی زیادی برای افزایش بازده این سلول ها صورت پذیرفته است. از طرفی بخش دیگری از نور که به انرژی الکتریکی تبدیل نشده، به صورت گرما جذب سلول می شود. گرمای جذب شده باعث افزایش دمای pv و متعاقباً کاهش بازده الکتریکی آن می شود. همچنین دمای بالا سبب کاهش عمر مفید pv می گردد. بخش عمده ای از تحقیقات صورت پذیرفته در این زمینه به استفاده از روش های خنک سازی در pvها و کاهش دمای آنها به اختصاص یافته است. یکی از این روش ها که امکان استفاده از آن در چند سال اخیر مطرح گردیده، خنک سازی توسط میکروکانال ها می باشد. هدف اصلی این تحقیق بررسی خنک سازی و بهبود عملکرد pvها با استفاده از عبور سیال خنک کننده از درون میکروکانال های تعبیه شده در پشت یک نمونه pv تجاری موجود در بازار می باشد. به همین منظور میکروکانال هایی با عرض mm 1، عمق mm 5/0 بر روی صفحه ای از جنس پلکسی گلاس درج و صفحه پلکسی گلاس به پشت سلول متصل گردید. به دلیل در دسترس و ارزان بودن، گرمای ویژه بالا و عدم وجود مشکلات زیست محیطی، آب به عنوان سیال خنک کننده انتخاب شده است. در آزمایشات انجام شده، دمای سطح pv، منحنی عملکرد آن (جریان برحسب ولتاژ) و دمای ورودی و خروجی آب اندازه گیری و آنالیز گردید. نتایج بیانگر آنست که با خنک سازی در دبی-های ml/min 198-76 حداکثر توان سلول (pm) تا %8/30 افزایش یافته است. همچنین با توجه به نیاز به مصرف انرژی برای تامین فشار مورد نیاز برای عبور جریان آب از میکروکانال ها، پارامتر بی بعد ضریب انرژی (coe) تعریف و محاسبه گردید. این پارامتر نسبت انرژی خالص الکتریکی تولیدی (تولیدی pv منهای مصرفی پمپ) به انرژی الکتریکی خالص تولیدی حالت پایه (حالت بدون خنک سازی) می باشد. مقادیر این پارامتر نشان می دهد که در آزمایشات انجام شده، خنک سازی انرژی خالص الکتریکی تولیدی را حدود 30 درصد نسبت به حالت بدون خنک سازی افزایش می دهد. همچنین برای افزایش انتقال حرارت سیال خنک کننده و توان الکتریکی pv، از ایجاد جریان دوفازی (بدون تغییر فاز) استفاده شد. با افزودن دبی های اندک از سیال هوا و ایجاد رژیم جریانی لخته ای، نرخ انتقال حرارت در سیستم افزایش داده شد. این افزایش نرخ انتقال حرارت و میزان گرمای حذف شده، سبب افزایش توان الکتریکی سلول گردیده به-طوریکه در نقطه حداکثر عملکرد، توان الکتریکی pv نسبت به حالت تک فاز معادل آن %9/20 افزایش یافت. در سومین بخش از آزمایشات، برای بهبود عملکرد میکروکانال ها، با ایجاد یک هدر توزیع سیال در ورودی و یک هدرجمع آوری سیال در خروجی میکروکانال ها، آب در سه نقطه مختلف در طول میکروکانال وارد آن ها شده و در سه نقطه قبل از ورودی بعدی از سیستم خارج می شد. نتایج این آزمایشات حاکی از بهبود عملکرد میکروکانال ها و افزایش توان pv نسبت به میکروکانال های اولیه می باشد.