Hiệu suất tấm pin mặt trời nổi ở các độ cao khác nhau

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Curtin, Malaysia đã so sánh hiệu suất nhiệt của FPV ở các độ cao khác nhau, đồng thời so sánh với hệ thống tấm pin trên cạn. Nghiên cứu được tiến hành tại thành phố Miri, bang Sarawak, Malaysia, trên một kênh dẫn nước rộng 5 mét. Tất cả thiết lập đều là tấm pin mặt trời đơn tinh thể 100 W, hiệu suất 15,5%, kích thước là 1.252 x 670 x 30 mm.

Nghiên cứu này so sánh hiệu suất nhiệt của ba hệ thống tấm pin mặt trời. Tấm pin 1 là tấm pin FPV (FPV1), lắp đặt cách mặt nước 250 mm. Tấm pin 2 cũng là FPV (FPV2), lắp đặt cách mặt nước 800 mm. Tấm pin 3 được lắp đặt trên đất liền (LPV), cũng cách mặt đất 800 mm. Góc nghiêng tấm pin mặt trời là 15⁰ và phương vị được duy trì ở 0⁰ Nam cho cả ba hệ thống.

Các FPV được chế tạo bằng polyethylene mật độ cao (HDPE). Các cảm biến đo lường được kết nối với máy tính Raspberry Pi. Dữ liệu thu thập trong 6 ngày, trong khoảng từ ngày 16 - 23/7/2024, với các điều kiện thời tiết khác nhau, gồm mưa, gió mạnh, bức xạ mặt trời cao và điều kiện ánh sáng yếu. Theo phân tích, FPV ở độ cao lớn cho thấy hiệu ứng làm mát lớn nhất, tiếp theo là LPV, sau đó là FPV ở độ cao thấp.

Kết quả cho thấy, FPV ở độ cao thấp đạt nhiệt độ mát hơn 2⁰C so với hệ thống LPV, mặc dù lợi thế làm mát này chủ yếu xảy ra lúc mặt trời mọc khi bức xạ mặt trời thấp và không phù hợp để tạo ra năng lượng hiệu quả. Vào ban ngày, FPV ở độ cao lớn mang lại lợi ích làm mát 57% thời gian, duy trì phạm vi nhiệt độ thấp hơn từ 0⁰C đến 2⁰C so với LPV có cùng độ cao.

Hiệu ứng làm mát khiến FPV ở độ cao lớn trở thành hệ thống hiệu quả nhất để duy trì nhiệt độ thấp. Ngược lại, FPV ở độ cao thấp cho thấy lợi ích làm mát tối thiểu hầu hết thời gian trong ngày, nhiệt độ dao động chủ yếu từ 0⁰C đến 1⁰C so với LPV. Về mặt phát điện, FPV ở độ cao lớn đạt hiệu suất cải thiện cao nhất là 2,45% so với FPV ở độ cao thấp và 1,47% so với LPV vào buổi chiều.

Ngoài ra, độ ẩm thấp cùng với bức xạ mặt trời cao được phát hiện làm tăng nhiệt độ trung bình của cả ba hệ thống. Mặc dù bức xạ mặt trời cao rất cần thiết để tạo ra năng lượng, nhưng đây là yếu tố không thể kiểm soát được. Việc tăng độ ẩm có thể đạt được bằng cách phát triển máy tạo độ ẩm để giảm nhiệt độ FPV, đồng thời dòng nước chảy bên dưới có tác dụng làm mát tấm pin mặt trời.

Điều đáng chú ý là sự dao động về cường độ bức xạ mặt trời và sự gia tăng tốc độ gió ảnh hưởng lớn đến quá trình làm mát tấm pin mặt trời. Việc tăng cường thông gió mang lại lợi ích lớn hơn cho hệ thống FPV so với hệ thống LPV ở độ cao giống hệt nhau. Chênh lệch nhiệt độ lớn giữa nước và môi trường xung quanh cũng được phát hiện là làm tăng hiệu quả làm mát trong hệ thống FPV.

Những phát hiện của nhóm nghiên cứu cung cấp hiểu biết quan trọng về hiệu suất nhiệt của hệ thống FPV và LPV, nhấn mạnh các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm mát FPV và các chiến lược để tăng cường sản xuất năng lượng. Phát hiện của nhóm nghiên cứu được trình bày trong “Hiệu suất nhiệt của pin mặt trời nổi: So sánh hiệu suất ở các độ cao khác nhau và đánh giá chuẩn so với pin mặt trời trên cạn,” xuất bản trên tạp chí Applied Energy.