Επιστήμονες στη Νότια Αφρική ισχυρίζονται ότι μπορούν να πετύχουν χρόνο απόσβεσης 6 ετών - Σχετικές αναλύσεις έγινα για καλοκαίρι και χειμώνα
Η ερευνητική ομάδα ισχυρίζεται ότι το προτεινόμενο σύστημα εγγυάται ελάχιστη εξοικονόμηση κόστους 10,56%.
Το σύστημα παρουσιάστηκε στο πλαίσιο της «Ενίσχυσης της αποδοτικότητας του συστήματος λειτουργίας φωτοβολταϊκών και της οικονομικής αποδοτικότητας μέσω του βέλτιστου ελέγχου της θερμοηλεκτρικής ψύξης», που δημοσιεύτηκε στο Solar Energy Materials and Solar Cells.
Συγκεκριμένα μια ομάδα ερευνητών από το Κεντρικό Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας της Νότιας Αφρικής σχεδίασε μια ηλιακή μονάδα που ενσωματώνει ένα σύστημα ψύξης που βασίζεται σε ένα θερμοηλεκτρικό ψυγείο (TEC) το οποίο τροφοδοτείται από έναν φωτοβολταϊκό πίνακα που προορίζεται να ψύχει
Τα TEC μπορούν να μετατρέψουν τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω του «φαινόμενου Seebeck» το οποίο συμβαίνει όταν μια διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο διαφορετικών ημιαγωγών παράγει μια τάση μεταξύ των δύο ουσιών.
Οι συσκευές χρησιμοποιούνται συνήθως για βιομηχανικές εφαρμογές για τη μετατροπή της περίσσειας θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, το υψηλό κόστος και οι περιορισμένες επιδόσεις τους έχουν περιορίσει μέχρι στιγμής την υιοθέτησή τους σε ευρύτερη κλίμακα.
Η ομάδα πραγματοποίησε μια αριθμητική προσομοίωση για να αξιολογήσει την απόδοση του συστήματος. Επιπλέον, ορίστηκε μια συνάρτηση βελτιστοποίησης για να μεγιστοποιήσει την έξοδο, ενώ προσπαθεί να διατηρήσει μια στοχευμένη θερμοκρασία μεταξύ 23 C και 27 C όταν η θερμοκρασία του στοιχείου υπερβαίνει τους 25 C.
Ο φωτοβολταϊκός πίνακας που χρησιμοποιήθηκε στην προσομοίωση είχε ισχύ 100 W, απόδοση 17,8%, και μέγεθος 20.200 cm3.
Το TEC είχε μέγιστο ρεύμα 6,1 A, μέγιστη τάση 17,2 V και μέγεθος 6,08 cm3. Η ψύκτρα είχε θερμική αντίσταση 2,6 C/W και μέγεθος 39,2 cm3.
«Το υπό εξέταση σενάριο περιλαμβάνει τη χρήση μετεωρολογικών δεδομένων που ελήφθησαν από το Bloemfontein, Free State, Νότια Αφρική.
Το συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων περιλαμβάνει διάχυτη οριζόντια, διάχυτη κανονική και παγκόσμια οριζόντια ακτινοβολία, μαζί με τιμές θερμοκρασίας περιβάλλοντος, που οριοθετούν μια τυπική χειμερινή ημέρα στις 17 Ιουλίου 2021 και μια καλοκαιρινή μέρα στις 17 Ιανουαρίου 2021», είπαν οι ερευνητές.
Λειτουργία καλοκαίρι και χειμώνα
Η λειτουργία του συστήματος αναλύθηκε τόσο για μια καλοκαιρινή μέρα όσο και για μια χειμερινή μέρα και η απόδοσή του συγκρίθηκε με ένα Φ/Β πίνακα αναφοράς χωρίς το TEC και την ψύκτρα.
Υπό τις προσομοιωμένες χειμερινές συνθήκες, η θερμοκρασία του κυττάρου δεν ανέβηκε ποτέ πάνω από τους 25 C, επομένως το TEC δεν ήταν ενεργό. Επομένως, τόσο στην περίπτωση PV-TEC όσο και στην περίπτωση αναφοράς, η μέγιστη θερμοκρασία καταγράφηκε στους 22,9 C, η σταθερή ισχύς εξόδου ήταν 86,9 W και η συνολική παραγωγή ισχύος ήταν 363,47 Wh.
Στη διάρκεια του καλοκαιριού το TEC ξεκίνησε τη δράση και επέτρεψε στον πίνακα να φτάσει σε μέγιστη ισχύ 104,1 W, σε σύγκριση με 94,4 W στην περίπτωση αναφοράς.
Η μέγιστη θερμοκρασία ήταν 36,1 C, ενώ το PV-TEC δεν ξεπέρασε τους 25 C. Στην περίπτωση TEC, πέτυχε απόδοση ενέργειας 603,60 Wh, σε σύγκριση με 547,65 Wh στην αναφορά.
«Τα αποτελέσματα από το προτεινόμενο μοντέλο μας έδειξαν σημαντική βελτίωση στην ισχύ εξόδου, συγκεκριμένα κατά 9,27% κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού», τόνισαν οι ακαδημαϊκοί.
Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, οι ερευνητές προχώρησαν στη διεξαγωγή οικονομικής ανάλυσης με υποτιθέμενη διάρκεια ζωής 20 ετών για τα PV και τα PV-TEC, καθώς και ετήσια αύξηση 10% στις τιμές ηλεκτρικής ενέργειας και επιτόκιο 6%. Ενώ η αρχική τιμή μόνο του ηλιακού πάνελ των 100 W υποτίθεται ότι ήταν 1.235 ZAR (66,9 $), το συνολικό κόστος για την θήκη PV-TEC ήταν 1.562,77 ZAR.
«Το νεκρό σημείο εκδηλώνεται σχετικά νωρίς στη διάρκεια της λειτουργικής διάρκειας του έργου. Για την ακρίβεια, εμφανίζεται στα 6,5 χρόνια», κατέληξαν οι επιστήμονες. «Η οικονομική ανάλυση οδήγησε περαιτέρω σε εξοικονόμηση κόστους 2.905,61 ZAR, η οποία είναι 10,56 % εξοικονόμηση ζωής του έργου για 20 χρόνια».
www.worldenergynews.gr
