Schłodzili moduły PV za pomocą nanocieczy. Z jakim efektem?

Grupa naukowców sprawdziła rozwiązanie polegające na chłodzeniu modułu fotowoltaicznego z wykorzystaniem nanopłynu. Badacze zbadali m.in. wpływ kąta nachylenia modułu na efektywność procesu, a także entropię związaną z ilością nanocząsteczek w płynie.

Stanowisko badawcze składało się z modułu fotowoltaicznego, pod którym umieszczono płytę grzewczą generującą ciepło podnoszące temperaturę pracy modułu (do określonej wartości – proces izotermiczny). Pod płytą grzewczą zamontowany został system składający się z dwóch wtryskarek nanocieczy umieszczonych w odpowiedniej odległości od siebie wzajemnie, jak i od płyty grzewczej przylegającej do modułu PV.

Nanociecz do chłodzenia

W ramach testu naukowcy chcieli sprawdzić, w jaki sposób wykorzystanie nanocieczy (nanopłynu) może wpłynąć na efektywność chłodzenia modułu fotowoltaicznego. Wiadomo bowiem, że zbyt wysoka temperatura pracy modułu PV wpływa negatywnie na proces generowania energii i na samą żywotność modułu.

REKLAMA

Nanociecz jest cieczą zawierającą w sobie nanocząsteczki, tj. cząsteczki o rozmiarach rzędu 10^-9 m. Może być stosowana w celu chłodzenia dzięki właściwościom przewodzenia ciepła i zmniejszania lepkości cieczy. W porównaniu z tradycyjnymi cieczami nanociecze mogą poprawiać wydajność termiczną i są już stosowane przy chłodzeniu np. elektroniki, silników oraz innych cieczy przemysłowych (np. olei hydraulicznych, smarów). W omawianym eksperymencie badawcze w roli nanocząstek wykorzystali miedź.

Naukowcy chcieli się również dowiedzieć, jak wykorzystanie wtryskiwanej nanocieczy wpłynie na entropię układu, co z kolei znajduje odzwierciedlenie w efektywności chłodzenia. Entropię można określić w uproszczeniu jako wielkość fizyczną opisującą stopień nieuporządkowania układu fizycznego. Odzwierciedla ona ilość energii, która nie jest w stanie wykonać określonej pracy – czyli z punktu widzenia układu, który ma być jak najbardziej efektywny, jest tracona.

REKLAMA

Wyniki obserwacji

W celu wyciągnięcia wniosków badawcze prowadzili skomplikowane analizy numeryczne, aby ustalić efektywność wymiany ciepła i wpływ entropii na wydajność układu oraz sprawdzić, czy kąt nachylenia układu ma duże znaczenie dla końcowego efektu.

Wyniki pokazały, że kąt nachylenia ma ograniczony wpływ na przemieszczanie ciepła, co daje pewną swobodę w zakresie montażowym. Ponadto wskazano, że wartość entropii osiąga 15 proc., w momencie gdy stężenie nanocząsteczek miedzi w nanocieczy osiąga 8 proc. Taka wartość entropii może spowodować pogorszenie procesu i jego zakłócenia zwłaszcza w miejscach, w których nanociecz styka się z powierzchnią ogrzewaną. Jednocześnie badacze ustalili, że kwestię entropii można zminimalizować, zwiększając liczbę strumieni oraz kąt ich nachylenia.

Proces oraz wyniki badań opisane zostały w artykule opublikowanym w „Case Studies in Thermal Engineering”.

Radosław Błoński

redakcja@gramwzielone.pl

© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.