과학자들은 열전 냉각과 결합된 태양광 발전 시스템이 6년의 투자 회수 기간을 달성할 수 있다고 주장합니다.

남아프리카공화국 중앙공과대학교 연구진이 열전 냉각기(TEC) 기반 냉각 시스템을 통합한 태양광 모듈을 개발했습니다.

 

TEC는 서로 다른 두 반도체 사이의 온도 차이로 인해 두 물질 사이에 전압이 생성될 때 발생하는 '제벡 효과'를 통해 열을 전기로 변환할 수 있습니다. 이러한 장치는 일반적으로 산업 응용 분야에서 과도한 열을 전기로 변환하는 데 사용됩니다. 그러나 높은 비용과 제한된 전력으로 인해 아직 대규모로 사용되지는 못했습니다.

 

“이번 연구에서 제안한 PV-TEC 시스템은 후면에 TEC 소자가 부착된 광전지 패널, 열전 소자 반대쪽에 부착된 방열판, 스위칭 메커니즘으로 구성된다”고 과학자들은 설명한다. "TEC는 냉각이 필요한 광전지 패널로 구동됩니다."

 

그룹에서는 시스템 성능을 평가하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 성능을 극대화하기 위한 최적화 기능도 설정되어 셀 온도가 25C를 초과할 때 목표 온도를 23C~27C 사이로 유지하려고 합니다. 시뮬레이션에 사용된 PV 패널의 전력 출력은 100W, 효율은 17.8%였습니다. 크기는 20,200cm3입니다. TEC의 최대 전류는 6.1A, 최대 전압은 17.2V, 크기는 6.08cm3입니다. 방열판의 열저항은 2.6C/W, 크기는 39.2cm3였습니다.

 

“연구된 시나리오에는 남아프리카공화국 프리스테이트 블룸폰테인의 기상 데이터가 사용되었습니다.”라고 연구진은 말했습니다. "특정 데이터세트에는 수평 확산, 일반 확산, 수평 전역 복사조도뿐 아니라 2021년 7월 17일의 일반적인 겨울날과 2021년 1월 17일의 여름날을 설명하는 주변 온도 값이 포함됩니다."

 

여름날과 겨울날에 대한 시스템 작동을 분석하고 TEC와 방열판이 없는 기준 PV 패널의 성능과 성능을 비교했습니다. 시뮬레이션된 겨울 조건에서는 셀 온도가 25°C를 초과하지 않았으므로 TEC가 활성화되지 않았습니다.   따라서 PV-TEC와 기준 사례 모두에서 피크 온도 22.9°C, 정전력 출력 86.9W, 총 에너지 출력 363.47Wh가 측정되었습니다.

 

그러나 여름에는 TEC를 사용하여 패널의 최대 전력 출력이 104.1W에 달했는데 이는 기준 사례의 94.4W와 비교됩니다. 기준 사례의 최고 온도는 36.1C인 반면 PV-TEC는 25C를 초과하지 않았습니다. 기준 사례의 547.65Wh에 비해 TEC 사례에서는 603.60Wh의 에너지 효율이 달성되었습니다. "우리가 제안한 모델의 결과는 전력 출력이 크게 향상되었으며, 특히 여름에는 9.27% ​​증가한 것으로 나타났습니다."라고 과학자들은 지적합니다.

 

이러한 결과를 바탕으로 연구진은 PV와 PV-TEC의 수명을 20년으로 가정하고 연간 전기요금 인상률은 10%, 이자율은 6%로 경제성 분석을 실시했다. 100W 태양광 모듈의 초기 가격은 ZAR 1,235(66.9달러)로 가정되었지만 PV-TEC 케이스의 총 비용은 ZAR 1,562.77이었습니다.

 

“손익분기점은 프로젝트 운영 기간 중 상대적으로 일찍 도달합니다. 정확하게 말하면 6.5년에 발생합니다.”라고 과학자들은 결론지었습니다. "경제적 분석에서는 ZAR 2,905.61의 비용 절감도 나타났습니다. 이는 20년의 전체 프로젝트 수명 동안 10.56%의 절감에 해당합니다."