Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Imam Abdulrahman Bin Faisal, ở Ả Rập Xê Út, đã đánh giá hiệu suất của một số kỹ thuật làm mát trong các hệ thống điện mặt trời tùy theo điều kiện môi trường khắc nghiệt của đất nước.

Phân tích của các nhà nghiên cứu bao gồm các hệ thống làm mát thụ động dựa trên tản nhiệt hoặc tản nhiệt được nhúng vào vật liệu thay đổi pha (PCM) , cũng như làm mát chủ động dựa trên các ống dẫn nhiệt siêu nhỏ , được ngâm hoặc không ngâm trong chất lỏng ngâm.

Các công nghệ thụ động được đánh giá dưới hai cấu hình khác nhau: mô-đun năng lượng mặt trời đa tinh thể hiệu suất 11% với công suất đầu ra là 15 W, được trang bị sáu tấm tản nhiệt bằng nhôm ở mặt sau; và cùng một tấm pin năng lượng mặt trời được trang bị các tấm tản nhiệt được đặt trong một hộp nhôm dẫn nhiệt cao chứa đầy TPM350, đây là vật liệu thay đổi pha mang lại độ dẫn nhiệt cao và nóng chảy ở 50 độ C. Trong tất cả các cấu hình, các tấm pin mặt trời nghiêng 25 độ và hướng về phía nam. Các phép đo đã tính đến công suất đầu ra, nhiệt độ bề mặt của các mô-đun và hiệu suất chuyển đổi công suất.

Làm mát tích cực được xem xét ở hai dạng: một hệ thống bao gồm một dãy bốn ống dẫn nhiệt được làm mát bằng nước chảy và đặt ở mặt sau của tấm pin; và một ống khác gồm bốn ống dẫn nhiệt được ngâm trong một hộp chất lỏng, ở dạng khối lỏng, được tích hợp với mặt sau của tấm pin năng lượng mặt trời. Các nhà khoa học giải thích: “Công nghệ này rất thú vị cho mục đích làm mát vì nó sử dụng dòng chảy nổi của chất lỏng và làm mát bay hơi trong các ống dẫn nhiệt, như một phương tiện truyền nhiệt năng”. Các nhà khoa học giải thích, đề cập đến hệ thống thứ hai và lưu ý rằng ba chất lỏng khác nhau, chẳng hạn như dầu động cơ, ethylene glycol, và nước thông thường, đã được thử nghiệm.

Hai kỹ thuật thụ động được phát hiện là không đủ hiệu quả để đảm bảo làm mát thích hợp. Kỹ thuật đó với các tản nhiệt đơn giản đã có thể hạ nhiệt độ hoạt động của mô-đun xuống trung bình 10 độ C; và dựa trên PCM chỉ có thể đảm bảo làm mát đủ trong hai giờ đầu tiên. 

Nhóm Ả Rập Xê-út cho biết thêm rằng PCM có nhiệt độ nóng chảy cao hơn điểm nên được sử dụng: “Khi quá trình nấu chảy hoàn thành, PCM trở nên mất tác dụng, cho phép nhiệt độ của tấm pin tăng mạnh, trở nên lớn hơn nhiệt độ của tấm pin không được làm mát do khả năng chịu nhiệt của PCM”.

Đối với hệ thống hoạt động, hiệu quả nhất là dựa trên bốn ống dẫn nhiệt được ngâm trong nước, có thể giảm nhiệt độ tấm pin lên đến 53%; tiếp theo là những người ngâm trong ethylene glycol, làm giảm 48%; và những người ngâm trong dầu động cơ, làm giảm 25% nhiệt độ mô-đun. Tỷ lệ phần trăm thấp nhất - 21% - thu được từ hàng bốn ống dẫn nhiệt được làm mát bằng nước chảy. 

Các nhà khoa học nhấn mạnh: “Nhiệt độ của các tấm pin năng lượng mặt trời thấp hơn và điện áp mạch hở cao hơn ở các đầu cuối của tấm pin năng lượng mặt trời đã được tìm thấy nếu tấm pin được làm mát tích cực bằng cách sử dụng các ống dẫn nhiệt ngâm trong nước thông thường. Trong cấu hình này, mức tăng điện áp là 13%, tương đối so với cấu hình của tấm pin không được làm mát”.

Các phát hiện của nghiên cứu có thể được tìm thấy trong bài báo Kỹ thuật sáng tạo để đạt được nhiệt độ đồng nhất trên các tấm pin mặt trời bằng cách sử dụng ống dẫn nhiệt và làm mát ngâm trong chất lỏng trong khí hậu khắc nghiệt ở Vương quốc Ả Rập Xê Út , được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật Alexandria.