فريق سعودي جزائري يقترح نظاماً جديداً للطاقة الكهروضوئية الحرارية

أخبار ar.wedoany.com، في 30 أكتوبر، اقترح باحثون من المملكة العربية السعودية والجزائر نظاماً كهروضوئياً حرارياً (PVT) يجمع بين قناة هوائية متدرجة وزعانف V-shaped مثقبة، وذلك من خلال تحسين قناة تدفق الهواء في الجزء الخلفي للوحدة وهيكل تبديد الحرارة، مما يحسّن تبريد الوحدة الكهروضوئية دون الحاجة إلى معدات طاقة خارجية مثل المراوح والمضخات. أظهرت نتائج محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية أن النظام يمكنه خفض درجة حرارة السطح الكهروضوئي بمقدار 9 كلفن، وبلغت أقصى كفاءة حرارية 31%، وهي أعلى من 29.4% للنظام المرجعي.

يعتمد التصميم على وضع قناة هوائية متدرجة على الوجه الخلفي للوحدة الكهروضوئية، مع تجهيزها بمدخلي هواء ومخرج واحد. وتُستخدم داخل القناة زعانف ألمنيومية V-shaped مرتبة بشكل متعاقب، مع فتحات قطرها 5 مم. وتعمل القناة المتدرجة على إثارة الطبقة الحدودية للهواء بالقرب من السطح المُسخّن، بينما تعمل الزعانف المثقبة على زيادة مساحة التبادل الحراري وتعزيز اختلاط الهواء والاضطراب الموضعي، مما يرفع قدرة التبادل الحراري بالحمل بين الهواء والزعانف. ويعتمد النظام على قوة الطفو الهوائي لتشكيل تهوية طبيعية، دون الحاجة إلى استهلاك إضافي للطاقة في تدوير الهواء.

استخدم فريق البحث برنامج ANSYS Fluent لبناء نموذج عددي ثلاثي الأبعاد، حيث أجرى محاكاة لمجمع هواء PVT بأبعاد 2.4 م × 0.54 م وزاوية ميل 32°، واعتمد بيانات الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة المحيطة ليوم صافٍ صيفاً في منطقة غرداية الجزائرية كشروط حسابية، حيث بلغ ذروة الإشعاع الشمسي 995 واط/م². أظهرت نتائج المحاكاة أن أقصى كفاءة حرارية للنظام بلغت 31% مقابل 29.4% للنظام المرجعي؛ والكفاءة الكهربائية 14.8% مقابل 14.6% للنظام المرجعي. وبلغ ذروة الإنتاج الحراري للنظام نحو 400 واط، والإنتاج الكهربائي نحو 180 واط، مع انخفاض درجة حرارة السطح الكهروضوئي بمقدار 9 كلفن مقارنة بالحالة المرجعية.

كما أجرى البحث تقديرات للجدوى الاقتصادية والفوائد البيئية. ففي ظروف الأيام الصافية، يُقدَّر فترة استرداد الاستثمار للنظام بـ 5.8 سنوات، وفي الأيام الغائمة 7.2 سنوات؛ وبحساب 10 وحدات لكل مجموعة، يُتوقع خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنحو 3.2 طن سنوياً، وبما تراكمي نحو 80 طناً على مدى 25 عاماً، مع فترة استرداد للطاقة تبلغ 0.86 سنة. وتستند هذه البيانات إلى حسابات النموذج البحثي، ولا يزال الأداء الفعلي بحاجة إلى التحقق من خلال اختبارات النموذج الأولي والتشغيل طويل الأمد.

حملت الورقة البحثية ذات الصلة عنوان "A computational investigation of a staircase-configured PVT air system with perforated V-shaped fins for passive cooling"، ونُشرت في مجلة Ain Shams Engineering Journal. وشارك في إنجاز البحث باحثون من الجامعة الإسلامية بالمدينة المنورة في المملكة العربية السعودية، وجامعة وادي الجزائرية، ومركز تنمية الطاقات المتجددة.