Un team di ricerca che ha analizzato un dissipatore di calore di nuova concezione per ridurre il degrado termico dei sistemi fotovoltaici galleggianti (FPV) a Port Said, in Egitto, ha scoperto che le alette perforanti angolari parzialmente sommerse (PSAPF) sono molto efficienti nell’aumentare la dissipazione del calore dai sistemi.
Valutando gli effetti negativi del calore sugli FPV, i ricercatori hanno scoperto che “ogni aumento di 1 grado Celsius della temperatura operativa comportava un calo dello 0,5% dell’efficienza elettrica dei moduli fotovoltaici”.
Per combattere questo problema, il gruppo ha condotto esperimenti utilizzando due distinti design di dissipatori sommersi, uno con alette perforate (PSAPF) e uno con alette solide (PSASF). Hanno valutato le prestazioni termiche ed elettriche rispetto a un array FPV di riferimento senza raffreddamento (FPV-R). Il rapporto specifica che l’obiettivo era “identificare la produttività ottimale del modulo FPV in termini di design del dissipatore di calore, temperatura operativa del modulo, velocità del vento e della corrente d’acqua”.
Con una corrente d’acqua superficiale di 0,3 m/s e un vento di 5 m/s con una direzione di 60 gradi, i ricercatori hanno riscontrato che l’uso delle PSAPF ha portato a un aumento del 28,11% dell’efficienza elettrica e a una riduzione del 33,31% della temperatura di funzionamento rispetto all’FPV-R.
“La potenza generata dai moduli FPV-PSASF e FPV-PSAPF è aumentata rispettivamente del 18,14% e del 22,77% rispetto al modulo FPV-R, raggiungendo valori medi di 56,59 W e 58,81 W”, ha dichiarato il gruppo, sottolineando che tutti i sistemi operavano nelle stesse condizioni.
Gli studiosi hanno utilizzato due disposizioni di alette ad angolo di alluminio a forma di U, ciascuna lunga 900 mm. Ciascuna disposizione comprendeva 12 alette angolari, di cui 600 mm sul retro dell’FPV esposte all’aria ambiente e le altre 300 mm immerse in un grande bacino d’acqua che simulava il corpo idrico reale. Le alette hanno ampliato la superficie di trasferimento del calore degli FPV, rimuovendo il calore per convezione.
I ricercatori hanno scelto l’alluminio come materiale per le alette “per la sua buona conducibilità termica, la sua leggerezza e il suo basso costo”. I ricercatori hanno incollato le alette su una piastra di alluminio piatta prima di utilizzare la resina per fissarle sul retro dei moduli in esame. Questo metodo ha permesso di installare o rimuovere facilmente la disposizione delle alette.
Secondo il gruppo, “La valutazione economica ha rivelato che l’LCOE del modulo PSAPF-FPV con la condizione ottimizzata è diminuito del 17,70% a 0,068 ($/kWh), mentre l’applicazione delle alette solide ad angolo parzialmente sommerso PSASF ha ridotto l’LCOE del 12,50%, rispetto al modulo FPV di riferimento, a 0,072 ($/kWh)”. Le alette perforate non solo hanno fornito risultati migliori rispetto alle alette solide, ma hanno anche ridotto il peso del materiale delle alette del 15%.
Le conclusioni dei ricercatori sono apparse in “An innovative cooling technique for floating photovoltaic module: Adoption of partially submerged angle fins“, pubblicato su Energy Conversion and Management: X. Tra gli autori figurano membri della facoltà dell’Università di Port-Said e un ricercatore del Ministero egiziano dell’elettricità e delle energie rinnovabili.
“Gli studi futuri esamineranno i tassi quantificati di acqua conservata e la riduzione complessiva dell’evaporazione. Queste e altre strategie di raffreddamento dovrebbero essere ulteriormente studiate in futuro”, hanno concluso gli autori.
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