Efficiency Enhancement of Passive Cooling Systemin Solar Cell Module by Single Phase Thermosyphon

Abstract

This research aims to study the efficiency enhancement of hybrid solar photovoltaic/thermal-storage water heater (PV/WH). In order to improve the PV performance, the water-cooled copper tube heat exchanger has been used to reduce the photovoltaic temperature using thermo-siphon principle. In the study, a simulation model has been developed and analyzed the geometry and tilt angle of PV to affect the heat transfer. Furthermore, the experimental design has been conducted to compare the efficiency between the conventional PV and the cooled PV system. In the experimental design, the amount of water in cooling system has been studied to show the performance enhancement of PV/WH. In addition, water volume at 1/3 and 2/3 of the water in the cooling system has been transferred to increase the PV efficiency and producing the WH system. The 100 Watt of PV has been used and tilted at 19๐C in the experiment. The simulation result using commercial program showed that the circular cross section provided a higher heat transfer than semi-circular cross section and heat transfer depended on the tilt angle of PV. According to the experimental data, the cooled PV system showed the better efficiency than conventional PV of 5.86% and the cooled PV system with the water transfer illustrated a maximum efficiency at 10.23%. In conclusion, the total maximum efficiency of the PV/HW was highly at 17.78%.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ร่วมกับการผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ ด้วยการลดอุณหภูมิของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ โดยใช้ท่อทองแดงเป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนใต้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ และใช้น้ำเป็นสารระบายความร้อน โดยใช้หลักการเทอร์โมไซฟอน สำหรับการศึกษาครั้งนี้ได้ทำการวิเคราะห์รูปทรงและการจัดวางของพื้นที่รับความร้อนที่มีผลต่อการระบายความร้อนของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยแบบจำลอง และทดสอบประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์โดยเปรียบเทียบระหว่างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ติดตั้งและไม่ได้ติดตั้งชุดระบายความร้อน นอกจากนี้ ในการทดสอบได้ทำการศึกษาผลของปริมาณน้ำที่ใช้ระบายความร้อนที่มีผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์และการผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ จากการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์พบว่า ท่อที่มีรูปทรงวงกลมมีความสามารถในการรับความร้อนมากกว่าท่อที่มีรูปทรงครึ่งวงกลม และอัตราการรับความร้อนของน้ำแปรผันตรงกับขนาดของมุมเอียงและเส้นผ่านศูนย์กลางของรับความร้อน สำหรับการทดสอบจะศึกษาการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ติดตั้งและไม่ได้ติดตั้งชุดระบายความร้อน พร้อมทั้งประเมินศักยภาพการผลิตน้ำร้อนด้วยระบบระบายความร้อน โดยการปรับเปลี่ยนปริมาณน้ำในระบบเพื่อศึกษาการระบายความร้อนของเซลล์แสงอาทิตย์และอัตราการถ่ายเทความร้อนของชุดระบายความร้อน ด้วยการใช้ปริมาณน้ำในระบบ 24 ลิตร 36 ลิตร และ 48 ลิตร และรูปแบบการเปลี่ยนถ่าย 1 ส่วนใน 3 ส่วน และ 2 ส่วนใน 3 ส่วน ของปริมาณน้ำทั้งหมดในระบบ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์และการผลิตน้ำร้อน ในการทดสอบใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด โมโนคริสตัลไลน์ ขนาด 100 W และทิศทางในการวางแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มุม 19๐ กับพื้นราบ ผลการทดสอบพบว่า การติดตั้งชุดระบายความร้อนทำให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพการทำงานเพิ่มขึ้น 5.86% เมื่อเทียบกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไม่ได้ติดตั้งชุดระบายความร้อน และในการทดสอบการเปลี่ยนถ่ายน้ำมีประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์สูงสุดเท่ากับ 10.23% โดยที่ระบบร่วมมีประสิทธิภาพสูงสุดเท่ากับ 17.78%