Вчені стверджують, що фотоелектричні системи в поєднанні з термоелектричним охолодженням можуть досягти терміну окупності в 6 років

Команда дослідників із Центрального технологічного університету в Південній Африці розробила сонячний модуль, який містить систему охолодження на основі термоелектричного холодильного пристрою (TEC).

ТЕС можуть перетворювати тепло в електрику завдяки «ефекту Зеебека», який виникає, коли різниця температур між двома різними напівпровідниками створює напругу між двома речовинами. Ці пристрої зазвичай використовуються в промислових цілях для перетворення надлишкового тепла в електрику. Однак через високу вартість і обмежену потужність їх ще не вдалося використовувати у великих масштабах.

«Система PV-TEC, запропонована в цьому дослідженні, складається з фотоелектричної панелі з пристроєм TEC, прикріпленим ззаду, радіатором, прикріпленим до протилежного боку термоелектричного пристрою, і механізмом перемикання», — пояснюють вчені. «TEC живиться від фотоелектричної панелі, яку він має охолоджувати».

Група виконала чисельне моделювання, щоб оцінити продуктивність системи. Функцію оптимізації також було налаштовано для максимізації продуктивності, намагаючись підтримувати цільову температуру між 23 C і 27 C, коли температура клітини перевищує 25 C. Фотоелектрична панель, використана в моделюванні, мала вихідну потужність 100 Вт, ефективність 17,8 відсотка. і розміром 20200 см3. ТЕС мав максимальний струм 6,1 А, максимальну напругу 17,2 В і об’єм 6,08 см3. Тепловідвід мав термічний опір 2,6 C/Вт і розмір 39,2 см3.

«Для досліджуваного сценарію були використані метеорологічні дані з Блумфонтейна, Фрі Стейт, Південна Африка», — сказали дослідники. «Конкретний набір даних включає горизонтальне дифузне, нормальне дифузне та горизонтальне глобальне опромінення, а також значення температури навколишнього середовища, що описують типовий зимовий день 17 липня 2021 року та літній день 17 січня 2021 року».

Робота системи була проаналізована як для літнього, так і для зимового дня, і її продуктивність порівнялася з продуктивністю еталонної фотоелектричної панелі без ТЕС і радіатора. У змодельованих зимових умовах температура камери ніколи не перевищувала 25 °C, тому TEC не був активним.   Таким чином, максимальна температура 22,9 °C, постійна вихідна потужність 86,9 Вт і загальна вихідна енергія 363,47 Вт-год були виміряні як у PV-TEC, так і в контрольному випадку.

Проте влітку використовувався TEC, який дозволив панелі досягти максимальної вихідної потужності 104,1 Вт порівняно з 94,4 Вт у контрольному випадку. Пікова температура в контрольному випадку становила 36,1 C, тоді як PV-TEC не перевищувала 25 C. Енергоефективність 603,60 Вт-год була досягнута у випадку TEC порівняно з 547,65 Вт-год у контрольному випадку. «Результати запропонованої нами моделі показують значне покращення вихідної потужності, особливо на 9,27 відсотка влітку», — зазначають вчені.

Грунтуючись на цих результатах, дослідники провели економічний аналіз із передбачуваним терміном служби PV і PV-TEC 20 років і річним підвищенням ціни на електроенергію на 10 відсотків і процентною ставкою 6 відсотків. У той час як початкова ціна одного сонячного модуля на 100 Вт передбачалася рівною 1235 ZAR (66,9 $), загальна вартість корпусу PV-TEC становила 1562,77 ZAR.

«Точка беззбитковості досягається відносно рано протягом життєвого циклу проекту. Якщо бути точним, це відбувається в 6,5 років», – підсумували вчені. «Економічний аналіз також показав економію в розмірі 2905,61 ZAR, що відповідає економії в 10,56 відсотка за весь життєвий цикл проекту в 20 років».