تحقیق أقصى قدر من خرج الخلایا الفوتوفولتیة باستخدام أنظمة مختلفة لإزالة الحرارة

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ بقسم الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة – جامعة المنصورة - مصر.

2 رئیس بحوث بقسم بحوث القوى والطاقة - معهد بحوث الهندسة الزراعیة - مرکز البحوث الزراعیة بالدقی - الجیزة - مصر.

3 باحث مساعد بقسم بحوث القوى والطاقة - معهد بحوث الهندسة الزراعیة - مرکز البحوث الزراعیة بالدقی - الجیزة - مصر.

المستخلص

تعتبر الطاقة التقلیدیة الآن هی المصدر الأساسی للإعتماد علیها فی کثیر من تلبیة احتیاجات الدول. ومن الطاقة التقلیدیة والتی تعرف بالطاقة الأحفوریة ، والتی تتمثل فی البترول والفحم والغاز الطبیعی ولما کانت هذه الطاقات ستنتهی بمرور الزمن وتنضب. لذا یجب لزاما الإعتماد على الطاقة الجدیدة والمتجددة ومنها الطاقة الشمسیة . وتتبلور أهمیة الطاقة الشمسیة فی تحویلها إلى طاقة کهربائیة من خلال أنظمة الخلایا الفوتوفولتیه photovoltaic power system. لاشک أن الخلایا الشمسیة تلعب دورا کبیرا فی تلبیة الإحتیاجات من الطاقة الکهربائیة نظرا لإنتشار سطوع الشمس فی ربوع الأرض کلها. وتعرض الخلایا لضوء الشمس المباشر یؤدى إلى إنتاج الطاقة الکهربائیة إلا أن استمرار تعرض الخلایا یؤدى الى ارتفاع درجة حرارتها نظرا لأنها ذات لون غامق خاصة هذا الإرتفاع فی درجة الحرارة یؤدى إلى انخفاض الطاقة الکهربائیة الناتجة من الخلایا خاصة من الساعة 11 صباحا إلى الساعة 4 عصرا.
لذا یهدف البحث إلى :-
التوصل إلى المواصفات الفنیة والهندسیة لتصمیم أنظمة مناسبة وملائمة لإزالة حرارة الخلیة الشمسیة ویتم تشغیلها عند إرتفاع درجة حرارتها خاصة فی منتصف النهار وهذا الإرتفاع فى درجة الحرارة یؤدى إلى انخفاض الطاقة الناتجة منها. ویتم تنفیذ ذلک من خلال تنفیذ أنظمة إزالة حرارة إحداها تعمل بنظام الحث  والأخرى یتم إزالة الحرارة منها بنظام التلامس   بغرض زیادة الطاقة الناتجة منها وبالتالى یؤدى ذلک الى توفیر مساحات من الخلایا وبالتالى یؤدى الى انخفاض تکالیف المنظومة.
وأنظمة التبرید التی أستخدمت کما یلی :-
1-     التبرید بنظام الحث .
وفى هذا النظام یتم إستخدام التبرید بدفع الهواء من خلال مراوح التبرید بنظام Forced Air Cooling حیث تم تقییم عدد ثلاث ریش من ریش المراوح باستخدام ثلاثة مواتیر من التى تعمل بنظام التیار المستمر وتقیمهم من خلال تقدیرsolidity ratio (SR) کما تم تقییمهم من خلال القدرة المستهلکة (وات) عند سرعات 1.5 و 4.5 م/ث للتوصل الى افضل ریشة یمکن استخدامها فى التبرید وهى التى تکون اعلى فى قیمة SR  واقلهم فى استهلاک القدرة عند السرعتین المستخدمتین.
2-     التبرید بنظام التلامس.
وفى هذا النظام یتم استخدام مبادل حرارى یثبت خلف الخلیه ویتم ضخ المیاه داخل المبادل لإجراء التبرید ویتم استخدام طریقتین فى هذا النظام .

· التبرید بضغط المیاه Water pumping cooling .

حیث یتم إستخدام طلمبة تعمل بالتیار المستمر (DC) من خلال الطاقة الناتجة من الخلیه وقد أستخدم معدل سریان داخل المبادل 5 و 7 لتر/ دقیقة .

· التبرید بإستخدام میاه الصنبور .

حیث أستخدم میاه الصنبور لتبرید الخلایا عند تصرف 5 و 7 لتر/ دقیقة .

· التبرید بإستخدام میاه الصنبور .

حیث أستخدم میاه الصنبور لتبرید الخلایا بدون إستخدام طاقة تبرید عند تصرف 5 و 7 لتر/ دقیقة .
وقد أجریت القیاسات کل ساعة إبتداء من الشروق (7 صباحا) حتى الغروب (8 مساءا). وتم تسجیل درجات حرارة الخلیة وخرج الخلیه (فولت V ، تیار I وتم حساب الطاقة بالوات .
وتم تقدیر الطاقة الناتجة من الخلیة اثناء عملیة التبرید وأیضا تم تقدیر حساب الطاقة اللازمة لجهاز التبرید. واخیرا تم تقدیر وحساب الطاقة المتبقیة بعد اجراء عملیة التبرید والتى یتم تخزینها فى البطاریة وتقدیر النسبة المئویة للطاقة المتبقیة  کل ساعة من خلال أجهزة القیاس الدقیقة لکل من درجة حرارة الخلیه ، الجهد ، التیار .
وقد أظهرت النتائج :
من خلال التجارب المعملیة :
1-      التبرید باستخدام المراوح :اختیار افضل ریشة وکانت الریشه من النوع Type A ذات طول 10 سم وعرض 32 سم وعدد الریش فیها 5 ریشة ، و الطاقة المستخدمة لتشغیل المروحة کانت   8.10 و  36 واط عند سرعتى 1.5 و4.5 م/ث على التوالى.
2-      التبرید باسخدام طلمبة المیاه : تم تقدیر الطاقة المستهلکة لتبرید الخلایا باستخدام المیاه من خلال طلمبه تعمل بالتیار المستمر عند سرعتى کانت الطاقة المستهلکة 34.69 و 88.33 واط  عند تصرف  5 و 7 لتر/ دقبقة على التوالى.
من خلال التجارب النهائیة الخاصة بتبرید الخلایا .
1-      نظام ازالة الحرارة باستخدام الهواء :
اظهرت النتائج ان متوسط ازالة درجة الحرارة من الخلیه طوال الیوم کانت 72 ºم وذلک عند سرعة هواء 1.5 م/ث ، ومن خلال تبرید الخلیه عند هذه السرعة ادى الى زیادة الطاقة الناتجة بزیادة بنسبة مقدارها مقدارها 10.18 % من اجمالى الطاقة الناتجة. بینما استخدام نظام تبرید الهواء عند سرعة 4.5 م/ث کانت النسبة المؤبة للطاقة التى تم استعادتها من خلال نظام التبرید 51.65 وات بزیادة بنسبة مقدارها 14% من قیمة الطاقة الکلیة الناتجة من الخلایا وهذه النسبة نتیجة تبرید الخلایا وتحسین ادائها.
2-      نظام ازالة الحرارة باستخدام المیاه :

باستخدام التبرید بطلمبة المیاه : تعمل بنظام التیار المستمر اظهرت النتائج بانه باستخدام طلمبة ضخ المیاه عند تصرف 5 لتر/ دقیقة کانت الطاقة الکهربیة المفقودة بفعل الحرارة والتى تم استعادتها اثثناء التبرید طول الیوم حیث کانت مقدارها 46.86 وات بزیادة بنسبة 12.7% من الطاقة الکلیة الناتجة.

اما فى حالة التبرید باستخدام ماء الصنبور عند سرعة 5 لتر/دقیقة کانت کمیة الطاقة المفقودة والتى تم استعادتها بلغت 46.82 وات بزیادة بنسبة مقدارها 12.7%. بینما بزیادة تصرف المیاه من الصنبور الى 7 لتر/الدقیقة کانت الطاقة المفقودة والتى تم باستعادها مقدارها 56.31 وات بنسبة مقدارها 15.3%.
3-     من النتائج سابقة الذکر وبمقارنتها اتضح ان استخدام نظام التبرید بضخ المیاه باستخدام الطلمبة اعطى اعلى نسبة طاقة مستعادة مقدارها 63.32 وات وذلک عند تصرف 7 لتر/دقیقة وذلک بنسبة 17.2% ، واتضح ایضا ان التبرید بالهواء عند سرعة 1.5 یعطى اقل نسبة طاقة مستعادة تصل الى 31 وات بنسبة 10.18% .
                                              

المراجع

Anderson, W. G., P. M. Dussinger, D. B. Sarraf  and S. Tamanna, 2008.  “Heat Pipe Cooling of    Concentrating  Photovoltaic Cells” Advanced cooling Technologies, Inc., Lancaster, PA 17601.
Galal, M. , Eskander, S.S. and H. M. Noor. “microcontroller - based design of pv battery charge controller ” , the 18th Annual Conference of the Misr Soc. Of Ag. Eng., 26 -27 October, 2011.
Monroe, 1998. "the Basics of Axial Flow Fans is dedicated to the memory " May 31, 1998. Hudson Products Corp., Email:hudson.products@mcdermott.com
Peng, William W. (2008), Fundamentals of Turbo machinery, Wiley, ISBN 978-0-470-12422-2 
Sahan B. Antonio N., A. Engler, P. Zacharias, 2008. Development of a Single-Stage Three-Phase PV Module Integrated Converter. the project”PV-MIPS”(ContractNo.TREN/04/FP6EN/S07.34959/ 503123 ) . Kassel, Germany.
Sanusi Y. K., G.R. Fajinmi; and E.B. Babatunde. Effects of Ambient Temperature on the Performance of a Photovoltaic Solar System in a Tropical Area. The Pacific Journal of Science and Technology, Volume 12. Number 2. November 2011.
Teleke, S, M. E. Baran, S. Bhattacharya, and A. Q. Huang. “Rule-based control of battery energy storage for dispatching intermittent renewable sources,” IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 1, pp. 117– 124, 2010.
Tony K. and Laura S. “System simulation of a linear concentrating Photovoltaic system with an active cooling system”, Renewable Energy 41 (2012) 254-261.
Venkanna, B. K. (2009), Fundamentals of turbo machinery, PHI learning private limited, ISBN 978-81-203-3775-6

ملفات

شارك

إرسال الاستشهاد إلى

الإحصائيات