Cara Mengurangi Suhu Modul PV Dengan Perforasi Bingkai

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh para ilmuwan dari Universitas Tenaga Listrik Timur Laut Tiongkok telah menyelidiki dampak perforasi rangka terhadap penurunan suhu panel PV menggunakan pendingin udara pasif.

“Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya, hal baru yang utama dari penelitian ini adalah evaluasi efek komprehensif dari perforasi rangka terhadap kinerja pendinginan udara pasif, manajemen termal, dan kinerja listrik panel PV,” jelas kelompok tersebut. “Analisis mendetail bidang aliran udara di sekitar panel PV dan bidang suhu panel PV telah dilakukan, dan pengaruh pola perforasi bingkai yang berbeda serta bentuk lubang yang berbeda terhadap kinerja termal dan listrik panel PV dibandingkan dan dibahas. Tujuan utama dari makalah ini adalah untuk memberikan referensi untuk penelitian teknologi pendingin udara pasif pada panel PV surya.”

Tim peneliti menyelidiki 17 desain perforasi bingkai yang berbeda menggunakan-simulasi dinamika fluida komputasi (CFD) tiga dimensi.

Simulasi didasarkan pada panel fotovoltaik silikon monokristalin (PV) berukuran 52,8 cm × 32 cm × 1,05 cm. Panel terdiri dari rangka paduan aluminium (tebal 2,5 mm), lapisan kaca (3,2 mm), lapisan etilen-vinil asetat (EVA) (0,5 mm), sel PV (0,6 mm), dan papan belakang (0,7 mm).

Domain komputasinya adalah sebuah kubus berukuran 0,8 m di setiap sisinya, dengan tinggi pemasangan 0,4 m. Kecepatan angin masuk diatur pada 6,0 m/s. Sisi panel menghadap angin dan bawah angin berukuran 52,8 cm, sedangkan sisi kiri dan kanan berukuran 32 cm. Radiasi matahari yang terjadi adalah 900 W/m².

Untuk memvalidasi model mereka, para peneliti membuat pengaturan eksperimental menggunakan panel PV silikon monokristalin yang lebih kecil dengan dimensi 35 cm × 23,5 cm × 1,5 cm. Panel memiliki daya pengenal 10 W dan dipasang pada sudut kemiringan 50 derajat. Eksperimen dilakukan di Kota Jilin, Tiongkok tengah, dan hasilnya dibandingkan dengan model simulasi terpisah. Analisis menunjukkan perbedaan suhu rata-rata antara nilai yang disimulasikan dan diukur hanya sebesar 0,2267 derajat , dengan deviasi-titik maksimum sebesar 0,4 derajat .

Setelah model CFD divalidasi, tim mengoptimalkan sudut kemiringan untuk pendinginan pasif, dan mengidentifikasi 11 derajat sebagai yang paling efektif. Semua simulasi kasus perforasi selanjutnya dilakukan pada kemiringan ini. 17 desain perforasi dikelompokkan ke dalam empat kategori berdasarkan jumlah sisi bingkai yang berlubang: perforasi-sisi tunggal,-sisi ganda, sisi-tri, dan empat-sisi.

Setiap kotak menampilkan perforasi melingkar atau persegi panjang. Untuk panel dengan perforasi ke arah angin dan bawah angin, lubang melingkar memiliki radius 3 mm dan berjarak 58,68 mm; di sisi kiri dan kanan, lubangnya juga berjari-jari 3 mm namun jaraknya 64 mm. Perforasi persegi panjang berukuran 4 mm × 100 mm dengan jarak 107 mm, dan 5 mm × 70 mm dengan jarak 60 mm, tergantung sisinya.

"Kasus 2 - dengan delapan lubang melingkar berjari-jari 3,0 mm di sisi arah angin - mencapai suhu panel PV rata-rata terendah (39,37 derajat ), suhu maksimum terendah (42,63 derajat ), distribusi suhu permukaan paling seragam, daya keluaran tertinggi (24,18 W), dan efisiensi konversi fotolistrik terbesar (15,9%)," lapor para peneliti.

"Dari perspektif suhu panel PV rata-rata, 13 desain perforasi rangka yang dievaluasi mengungguli-rangka non-perforasi (Kasus 1)," mereka menambahkan. Dibandingkan dengan panel-yang tidak berlubang, desain Case 2 mengurangi suhu panel sebesar 5,44 derajat . Dalam kondisi tanpa angin, bingkai berlubang menurunkan suhu rata-rata sebesar 37,8 derajat dan meningkatkan efisiensi konversi fotolistrik sebesar 2,89%.

Hanya tiga desain perforasi - Kasus 3, 7, dan 8 - yang berkinerja buruk dibandingkan dengan-panel yang tidak berlubang. Kasus 3 memiliki lubang melingkar di sisi bawah angin, Kasus 7 memiliki lubang persegi panjang di sisi bawah angin, dan Kasus 8 memiliki lubang persegi panjang di sisi kiri. “Bertentangan dengan asumsi umum, mengebor lebih banyak lubang pada rangka tidak serta merta meningkatkan kinerja pendinginan panel PV,” tim menyimpulkan.

Pekerjaan mereka dipresentasikan dalam "Evaluasi efek perforasi bingkai pada pengurangan suhu panel fotovoltaik dengan pendingin udara pasif," yang diterbitkan dalam Studi Kasus di Teknik Termal. Para peneliti dari Universitas Tenaga Listrik Timur Laut Tiongkok, Grup Shengu, dan Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok mengambil bagian dalam penelitian ini.