یک تیم پژوهشی در هند روش جدیدی برای خنکسازی غیرفعال پنلهای خورشیدی توسعه داده است که در آن از یک لایهٔ نازک و بدون حرکت آب دریا بر روی سطح ماژول استفاده میشود. آزمایشها نشان داد که اگر ضخامت آب زیاد باشد، انتقال نور بهشدت کاهش یافته و انرژی خروجی افت میکند، اما یک لایه ۵ میلیمتری قادر است دمای پنل را کاهش داده و تولید انرژی روزانه را تا 8.86% افزایش دهد.
این تحقیق توسط پژوهشگران مؤسسه نفت و انرژی هند (IIPE) انجام و هدایت شده است.
ایده اصلی خنکسازی با لایه نازک آب دریا
به گفته نویسنده مسئول مقاله، دکتر H. Sharon:
«غوطهوری کامل یا جزئی ماژولهای PV در آب میتواند موجب خوردگی فریم، آسیب به جعبه اتصال (Junction Box) و نیاز به حفاظت اضافی شود. بنابراین ما مفهومی ارائه میکنیم که در آن آب دریا تنها روی سطح ماژول قرار میگیرد، بدون آنکه فریم یا جعبه اتصال در آب غوطهور شوند. همچنین هیچگونه گردش آب استفاده نشده است. این روش ایمن، اقتصادی و کمتأثیر بر محیطزیست است.»
نحوه انجام آزمایش
این تیم پژوهشی یک ماژول پلیکریستال 10 وات با مساحت 0.105 متر مربع را مورد بررسی قرار داد. برای نگهداری آب، از چهار نوار شیشهای شفاف (ضخامت 3 میلیمتر، ارتفاع 3 سانتیمتر) در اطراف ماژول استفاده شد تا فضایی به شکل مخزن کمعمق برای قرارگیری آب دریا ایجاد شود.
مشخصات آب دریا:
- شوری: 30 PPT
- pH: 8.04
- ضخامت لایههای مورد آزمایش: 30 میلیمتر، 5 میلیمتر و 4 میلیمتر
آزمایشها طی چهار روز متوالی در اکتبر 2023 انجام شد و هیچ پمپی مورد استفاده قرار نگرفت. آب دریا تنها یکبار در ابتدای هر روز بهصورت دستی روی ماژول ریخته میشد و در پایان روز، باقیمانده آب تخلیه میگردید.
نتایج آزمایش برای ضخامتهای مختلف
1) لایه 30 میلیمتری – کاهش شدید راندمان
- کاهش 42.2% انرژی روزانه نسبت به ماژول مرجع
دلیل: این ضخامت زیاد نور را عبور نمیدهد و مانند یک فیلتر نوری عمل میکند.
2) لایه 5 میلیمتری – بهترین عملکرد
- افزایش تولید انرژی: 8.86% تا 2.57%
- کاهش دمای کاری ماژول: 8 تا 10 درجه سانتیگراد
این ضخامت از یک طرف مانع عبور نور نمیشود و از طرف دیگر تبخیر کافی برای خنکسازی ایجاد میکند.
3) لایه 4 میلیمتری – مشکل رسوب نمک
به دلیل تبخیر سریع (رطوبت نسبی پایین + سرعت باد بالا)، نشستن نمک روی سطح پنل باعث افت 12.14% انرژی روزانه شد.
نتیجه: 4 میلیمتر بسیار خشکشونده است و رسوب نمک را تشدید میکند.
1) مشکل رسوب نمک دقیقاً چه بود؟
- ضخامت لایه آب: 4 میلیمتر
- شرایط محیطی:
- رطوبت نسبی پایین
- وزش باد ملایم
- نتیجه:
- تبخیر سریع آب → باقیماندن نمک روی سطح شیشه و سلول
- ایجاد لایه نیمهمات → کاهش شدت نور ورودی → افت تولید انرژی
- افت انرژی روزانه: 12.14% نسبت به ماژول مرجع
- ماهیت مشکل: Optical Loss + Surface Fouling
2) چرا رسوب نمک فقط در 4 میلیمتر اتفاق افتاد؟
- در ضخامت 4 mm حجم آب کم است →
- سرعت تبخیر بسیار بیشتر نسبت به لایه ضخیمتر
- سرعت افزایش غلظت نمک زیاد
- پس از چند ساعت، نمک شروع به کریستالیزه شدن روی شیشه میکند
بهعبارت علمی، EVR (Evaporation Rate) > Dilution Capacity → Fouling
3) چگونه مشکل حل شد؟ (راهحل نهایی پژوهش)
راهحل تجربی: انتخاب ضخامت 5 میلیمتر
پژوهشگران با افزایش ضخامت لایه به 5 mm به یک نقطه تعادل رسیدند:
- کاهش دما: 7.6 تا 10.0°C
- افزایش انرژی روزانه: 8.86%
- رسوب نمک: تقریباً صفر
چرا 5 میلیمتر مشکل را حل کرد؟
- حجم آب بیشتر → تبخیر کندتر
- نمک در آب حلشده باقی میماند و روی سطح کریستال نمیشود
- شیشه شفاف میماند → عبور نور پایدار
نتیجه: 5 میلیمتر بهترین Trade-off بین «خنکسازی» و «عدم ایجاد رسوب نمک» بود.
4) آیا راهحلهای دیگری هم وجود دارد؟
در مقاله اصلی تنها راهحل واقعی تنظیم ضخامت لایه آب بوده.
اما بهصورت مهندسی، گزینههای مکمل نیز قابلتصور هستند:
- استفاده از پوشش هیدروفوبیک/آنتیفولینگ روی شیشه
- افزودن جریان بسیار کم آب (اما پژوهش تأکید کرد که «بدون پمپ» میخواهند)
- استفاده از پیشفیلتر ساده نمکی (در پروژه لحاظ نشده)
- کنترل ضخامت بهصورت دینامیک با یک شناور ساده
اما در تحقیق واقعی:
راهحل نهایی = ثابت نگهداشتن لایه آب روی 5 mm
جمعبندی علمی
- لایه چند میلیمتری (بهینه ≈ 5 mm) بهترین عملکرد را در خنکسازی غیرفعال دارد.
- ضخامت زیاد (30 mm) انتقال نور را مختل میکند.
- ضخامت کم (4 mm) تبخیر بیش از حد و رسوب نمک ایجاد میکند.
- این روش بدون پمپ، بدون برق، ارزان و قابل اجرا در مناطق ساحلی است.
پژوهشگران اعلام کردهاند که قصد دارند آزمایشهای بیشتری در شرایط اقلیمی متفاوت، با شوریهای مختلف و ضخامتهای جدید انجام دهند تا بتوانند برآورد دقیقتری از عملکرد سالانه این فناوری ارائه دهند.
این تحقیق با عنوان:
“Photovoltaic module cooling with still seawater layer – Experimental study”
در مجله Unconventional Resources منتشر شده است.
در این پروژه، پژوهشگرانی از:
- مؤسسه نفت و انرژی هند IIPE
- دانشگاه Andhra (هند)
- دانشگاه Jaén (اسپانیا)
شرکت داشتهاند.
نویسنده: دپارتمان خبری آرا نیرو
منبع: مجله فتوولتائیک PV
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید!