Un gruppo di scienziati guidati dall’Università giapponese di Kyushu ha sviluppato una nuova tecnica basata sul raffreddamento evaporativo del punto di rugiada (DPEC) per ridurre le temperature di esercizio dei pannelli fotovoltaici.
Il DPEC è una tecnica di trasferimento di calore e massa che è stata ampiamente utilizzata per la conservazione dell’energia in diversi settori industriali. Questa tecnica è uno dei metodi più efficaci ed efficienti dal punto di vista energetico per raffreddare l’aria calda. Ha un’efficienza di raffreddamento superiore a quella del raffreddamento evaporativo tradizionale e può raggiungere la temperatura del punto di rugiada, che è il punto di temperatura in cui l’aria non può più contenere vapore acqueo ed è sempre inferiore o uguale alla temperatura dell’aria.
I sistemi DPEC sono solitamente progettati per fornire aria in un canale umido come aria di lavoro. Questo migliora il processo di trasferimento di calore e massa nel canale umido, grazie alla temperatura più bassa dell’aria di lavoro in ingresso. “L’aria di scarico nel sistema DPEC può raggiungere la saturazione, mentre l’aria di alimentazione nel canale secco può raggiungere la temperatura del punto di rugiada”, hanno spiegato i ricercatori. “Il sistema proposto consiste in un raffreddatore evaporativo separato con punto di rugiada che fornisce l’aria prossima alla saturazione ai canali dell’aria umida, fissati sul retro dei pannelli fotovoltaici”.
Il sistema proposto consiste in due canali umidi, uno situato nel sistema DPEC stesso e un altro posto sul retro del pannello fotovoltaico. Il sistema DPEC fornisce aria raffreddata quasi a saturazione al canale umido fissato sul retro del pannello fotovoltaico, dove avviene un ulteriore raffreddamento per evaporazione per garantire il massimo effetto di raffreddamento.
Gli studiosi sostengono che il sistema DPEC è in grado di ridurre notevolmente la temperatura di esercizio del pannello solare, in particolare all’ingresso dell’aria nel pannello. “Si osserva una grande differenza di temperatura tra gli strati all’ingresso del pannello, a causa dell’aria fredda fornita dall’unità DPEC”, hanno dichiarato. “Quando l’aria scorre lungo il canale, la differenza di temperatura tra gli strati si riduce grazie al trasferimento di calore”.
Hanno inoltre spiegato che il processo di evaporazione dell’acqua innescato dal continuo trasferimento di calore dal canale secco al canale umido incorporato nel sistema DPEC e al canale umido collocato nel pannello ha determinato un aumento dell’umidità dell’aria.
Il sistema è stato testato per 10 ore al giorno e il gruppo ha scoperto che il sistema DPEC consuma 0,0736 kg di acqua, mentre il secondo canale umido sul retro del pannello fotovoltaico consuma 0,7157 kg, con un consumo totale di acqua di circa 0,7893 kg.
Il team ha anche constatato che l’altezza del canale ha un impatto significativo sulle prestazioni del sistema. “L’aumento dell’altezza del canale consente l’ingresso di una maggiore quantità di aria insatura nel pannello fotovoltaico, favorendo il processo di trasferimento di calore e massa per controllare il pannello a una temperatura operativa più bassa e migliorando così l’efficienza della cella solare”, ha sottolineato il team.
I ricercatori hanno confrontato le prestazioni di un modulo solare raffreddato con la nuova tecnica con quelle di un pannello non raffreddato e di pannelli raffreddati mediante raffreddamento evaporativo diretto e sistemi di raffreddamento sensibile basati su DPEC. È emerso che, in tutti i casi, il sistema proposto ha ottenuto migliori prestazioni di raffreddamento e ha mantenuto una maggiore efficienza del modulo.
“La minore lunghezza del canale e la maggiore altezza del canale migliorano le prestazioni di raffreddamento e producono una maggiore efficienza del pannello fotovoltaico”, hanno sottolineato. “D’altra parte, una maggiore velocità dell’aria in ingresso e un rapporto di lavoro più elevato sono favorevoli”.
Il sistema è stato presentato nello studio “Dew-point evaporative cooling of PV panels for improved performance”, pubblicato su Applied Thermal Engineering.
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