de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der türkischen Artvin Çoruh Universität hat kürzlich experimentell die optimalen Betriebsparameter für den Einsatz der Elektrospray-Kühltechnologie bei Photovoltaikzellen-Modulen ermittelt, mit dem Ziel, die Modulleistung bei minimalem Wasserverbrauch zu steigern.
Die Elektrospray-Kühltechnologie nutzt Hochspannung, um Flüssigkeit in elektrisch geladene, feine Tröpfchen zu verwandeln, die sich gleichmäßig verteilen und so Wärme von der Oberfläche der PV-Module effizient abführen. Korrespondenzautor Fatin Sönmez erklärte gegenüber der pv magazine: „Unser Ansatz bietet eine effiziente Kühlung mit minimalem Wasserverbrauch; im Vergleich zur herkömmlichen Sprühkühlung reduziert sich der Kühlmittelverbrauch um bis zum 100-fachen, während eine effektive Wärmeregulierung erhalten bleibt. Das System hat einen niedrigen Energieverbrauch, einen einfachen Aufbau und benötigt keine mechanischen Pumpen oder komplexe Kreislaufsysteme. Es ist eine kompakte und energieeffiziente Alternative.“
Sönmez betonte jedoch, dass die Notwendigkeit einer Hochspannungsversorgung die Komplexität und Sicherheitserwägungen bei der Erstinstallation erhöht, was sich auf die Implementierungskosten auswirken könnte. Er fügte hinzu: „Unsere umfassende Optimierungsstudie hat die Einflussparameter für die Elektrospray-Kühlung von PV-Modulen und deren Optimalwerte bestimmt. Bis heute wurde eine solche Studie in der Literatur nicht gefunden.“
Die Studie basiert auf der Methode der Response Surface (RSM), bei der durch eine begrenzte Anzahl von Experimenten mathematische Modelle erstellt werden, um Variablen unter kontrollierten Laborbedingungen zu messen. Als Lichtquelle diente ein 500-Watt-Halogenprojektor, der in einem Abstand von 350 mm zu einem 530-Watt-PV-Modul platziert wurde, wobei das Modul in einem Winkel von 90° positioniert war. Die Variablen umfassten Strahlungsintensität (800, 900, 1000 W/m²), Kühlmittelflussrate (20, 60, 100 ml/h), Spannung (17, 19, 21 kV) und Düsenaustrittsabstand zum Modul (3, 5, 7 cm).
Durch die Analyse ermittelte das Team die optimalen Betriebsparameter für das PV-Modul: eine Bestrahlungsstärke von 1000 W/m², eine Flussrate von 94,34 ml/h, eine Spannung von 17 kV und einen Düsenaustrittsabstand zum Modul von 5,5 cm. Unter diesen Bedingungen erreichte das Modul eine Ausgangsleistung von 657,18 W. Validierungstests ergaben Leistungen von 665,42 W und 672,89 W, was die Zuverlässigkeit der optimierten Parameter bestätigte.
Sönmez erklärte: „Der positive Einfluss einer Vergrößerung des Abstands zwischen Düse und PV-Modul auf die maximale Leistung hält nur bis etwa 5 cm an, danach wirkt sich der Spannungsabfall nachteilig aus. Wir beobachteten auch einen Sättigungspunkt bei der Kühlmittelflussrate; bei Erhöhung der Flussrate stieg die Ausgangsleistung bis etwa 90 ml/h, aber eine weitere Erhöhung hatte keinen zusätzlichen Effekt auf die Wärmeaufnahme.“
Die Forscher gaben an, dass das überraschendste Ergebnis sei, dass die Spannung den Ausgangsleistungsparameter nicht beeinflusst. Sönmez fasste zusammen: „Wir planen, diese Erkenntnisse zu erweitern und die Leistung der Elektrospray-Kühlung bei industriellen Modulen unter realen Außenbedingungen und bei sich im Tagesverlauf ändernder Sonneneinstrahlung zu untersuchen.“ Die Forschungsarbeit mit dem Titel „Determination of optimum parameters in photovoltaic panel with electrospray cooling“ wurde in der Zeitschrift Ain Shams Engineering Journal veröffentlicht.
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