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创新:美国科学家研究出成倍增加太阳能农场对流换热的新方法

摘要:美国一个研究小组声称,将光伏组件封装在近距离的地方可以成倍地增加太阳能公园的对流换热。科学家们分析了三种不同的组件布局,并将它们与常见的行组织面板配置进行了比较。

美国科学家们的工作基于先前对陆-气相互作用和地表热不均匀性的研究,并试图评估核电站的设计和配置对对流式太阳能电池板冷却的影响。他们在发表在《可再生能源》上的《组件布置增强太阳能光伏阵列对流冷却的潜力》一文中指出:“我们假设某些太阳能农场布置可能会增强太阳能组件与周围气流之间的自然对流热传递。”。

该团队使用大涡流模拟(LES)(一种模拟湍流的技术),来分析三种不同的组件布局,并将它们与常见的行组织布局进行比较。“在LES框架中,一个理想的太阳能农场被表示为一组嵌入地表的加热块,”它进一步解释说。

对组件分组和行间距进行了分析,科学家们将其命名为基线、分散、远距离和紧凑。“这些分散的、遥远的、紧凑的外壳被设计成可以改变太阳能电池场内电池片的大小和密度。”

在所有四种设备配置中,通过太阳能和地面提供相同数量的热能。科学家们用希腊字母φ标记了一个热包装参数,根据排列和热变化来表征这四种情况。学者们强调说:“如果所有的太阳能组件都组装成一个巨大的组件,组件之间没有间隔,那么相关的φ值将等于21.2,这是一个相对较大的φ值。”。然而,如果这些大质量的太阳能组件被分开,或破裂成一个间隔很大的单个组件的稀疏排列,φ值将接近于零。

当太阳电池片的裂缝或稀疏程度最大时,共组件布置的基线情况下的φ值最小。他们补充说:“相反,紧凑的情况对应于φ的最大值,因为这两种情况都是将组件分组成大的补丁,而且这些补丁是密集堆积的。”。

他们的分析表明,紧凑型病例的φ值大约是基线病例的10倍。据美国研究小组称,这表明对流换热系数比基线增加了14.8%。同时还确定了紧凑情况下的湍流热耗率最高,而远处的情况则最低。研究人员强调说:“通过减少四个斑块之间的行距,紧凑的外壳将单个斑块上方的相干结构聚集成一个复合的、更强的羽流。”。在四种理想化的情况中,紧凑型箱最有效地将太阳能场的热量传递到大气中,从而最有效地加强对流冷却。

根据他们的观点,在传热系数为10到11.5 W/m2 K时,传热指数为14.8%时,发电量可增加8.4%。“四个理想化研究案例的结果表明,将理想太阳能组件封装在靠近的地方,会增加φ,可以成倍增加太阳能农场的对流换热。

能源一号新媒体编译,转载请获授权。

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