Raziskovalci Laboratorija za okoljske tehnologije v zgradbah (LOTZ) na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani so razvili zanesljivo in stroškovno učinkovito rešitev hlajenja, ki občutno izboljšuje delovanje in življenjsko dobo fotonapetostnih sistemov z visoko koncentracijo sončnega sevanja (HCPV). Raziskava naslavlja enega ključnih izzivov tehnologij koncentrirane sončne energije, in sicer pregrevanje, ter prispeva k razvoju učinkovitejših in bolj trajnostnih sistemov za izrabo obnovljivih virov energije.
Fotonapetostni sistemi z visoko koncentracijo proizvajajo električno energijo tako, da sončno svetlobo usmerijo na majhne, zelo učinkovite sončne celice. Čeprav lahko tak pristop poveča električno moč, hkrati povzroča izjemno velike toplotne obremenitve. Lokalno pregrevanje, znano kot nastanek vročih točk, zmanjšuje učinkovitost, pospešuje degradacijo materialov in skrajšuje obratovalno življenjsko dobo fotonapetostnih modulov.
Obstoječe rešitve hlajenja so pogosto kompleksnejše, energetsko potratne ali pa le omejeno učinkovite pri preprečevanju neenakomerne porazdelitve temperature po poljih sončnih celic. Zanesljivo in ekonomsko upravičeno upravljanje toplote zato ostaja eden glavnih izzivov za širšo uporabo tehnologij koncentrirane fotovoltaike.
V članku Reliable and Cost-Effective Microchannel Cooling for Hotspot Suppression in High-Concentration Photovoltaic Modules, objavljenem v reviji Applied Thermal Engineering, so raziskovalci Abdallah Y. M. Ali, Primož Poredoš in soavtorji predstavili novo zasnovo večprekatnega mikrokanalnega hlajenja. Z naprednimi simulacijami računske dinamike tekočin so pokazali, da lahko nova hladilna arhitektura izboljša temperaturno enakomernost, preprečuje nastanek vročih točk, poveča električni izkoristek in podaljša življenjsko dobo modulov. Optimizirana štiriprekatna zasnova hlajenja je povprečno temperaturo modula znižala za skoraj 18 %, temperaturno enakomernost izboljšala za 76 % in pokazala potencial za več kot trikratno podaljšanje življenjske dobe modula v primerjavi z običajnimi rešitvami mikrokanalnega hlajenja.
Objavljeno delo podpira tekoče raziskovalne dejavnosti v okviru projekta EUTOPIA-SIF PV-W2WFresh v Laboratoriju za okoljske tehnologije v zgradbah (LOTZ) na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani. Projekt izvaja podoktorski raziskovalec Abdallah Y. M. Ali pod vodstvom doc. dr. Primoža Poredoša in se osredotoča na napredno upravljanje toplote ter podaljševanje življenjske dobe sistemov fotovoltaike z vključevanjem tehnologij razsoljevanja in izrabo odpadne toplote.
»Učinkovito upravljanje toplote je ključno za izkoriščanje celotnega potenciala tehnologij koncentrirane sončne energije. Naši rezultati kažejo, da lahko izboljšano hlajenje hkrati poveča učinkovitost, zanesljivost in ekonomsko upravičenost,« pojasnjuje Abdallah Y. M. Ali, prvi avtor objave. Doc. dr. Primož Poredoš dodaja: »Razviti koncept hlajenja predstavlja pomemben korak k prihodnjim integriranim sistemom, ki združujejo proizvodnjo električne energije, izkoriščanje toplotne energije in trajnostno pridobivanje vode.«
Znanje, pridobljeno v tej raziskavi, bo podprlo razvoj fotonapetostno-toplotnih sistemov naslednje generacije, ki bodo lahko hkrati proizvajali električno energijo, izkoriščali odpadno toploto in prispevali k trajnostnemu pridobivanju sladke vode. Takšne integrirane rešitve bi lahko imele pomembno vlogo pri reševanju prihodnjih energetskih in vodnih izzivov, zlasti v regijah z visoko sončno obsevanostjo in pomanjkanjem vode.
Raziskavo sta v Laboratoriju za okoljske tehnologije v zgradbah (LOTZ) na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani izvedla Abdallah Y. M. Ali in doc. dr. Primož Poredoš, in sicer v sodelovanju z raziskovalci več mednarodnih ustanov.
