EFICIENCY ENHANCEMENT OF SOLAR CELLPANELS USING THERMOELECTRIC COOLING

Abstract

The objective of this study was to examine the appropriate electrical power distributed to the thermoelectric model in order to reduce the temperature of the 10 W monocrystalline Si solar panel. The number of thermoelectric panels attached at the back of the solar panel varies from 1, 3, 5, 7, and 9 panels. Each thermoelectric was connected in parallel and the DC power supply was used to provide voltage (2, 4, 6 V) and current (0.5, 1.0, 2.0 A) to the thermoelectric. The cool side of thermoelectric was attached to aluminum plate at the back of the solar panel. An insulating layer was put on the aluminum plate to prevent heat absorbtion from environment. The hot side of thermoelectric was attached to the aluminum fin which was immersed in water. The coefficient of performance (COP) and thermoelectric cooling (Qcool) was determined without accidental sunlight on the solar panel. It was found that installation of 7 thermoelectric panels provides the highest Qcool and COP of 27.2 W, 6.81, respectively, at the voltage of 2 V and current of 2 A. Henceforth, the solar panel attached with 7 thermoelectric panels was tested under the simulated sunlight from the Halogen tungsten lamps at the intensity of 1,000 W/m2. It was observed that the temperature of the solar panel without the thermoelectric reached 96 oC with electric power of 5.7 W at 7.2% in efficiency. On the other hand, the temperature of the solar panel with thermoelectric reduced to 90 oC the power generation increased to 6.0 W and 7.5% in efficiency. Installation of thermoelectric can reduce the average temperature of the solar panel by about 6 oC and hence can increase the conversion efficiency by 4.2%. Based on this study, the regression analysis was employed to predict the electrical power generated from the solar panel and the equation can be written as Ppv = a + bIt + cIt2 + dTpv + eItTpv + fIt2Tpv.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อทดสอบหากำลังไฟฟ้าที่เหมาะสมสำหรับจ่ายให้กับ แผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกสำหรับทำความเย็นเพื่อช่วยระบายความร้อนให้กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิกอนผลึกเดี่ยวขนาด 10 W โดยจะใช้รูปแบบการติดตั้งแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริก จำนวน 1, 3, 5, 7 และ 9 แผ่น ต่อขนานกันโดยใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับแผ่นเทอร์โม อิเล็กทริกมีค่าเท่ากับ 2, 4 และ 6 V และกระแสไฟฟ้ามีค่าเท่ากับ 0.5, 1.0, 1.5 และ 2.0 A โดย ด้านเย็นของแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกจะติดอยู่กับแผ่นอลูมิเนียมด้านหลังแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งจะติดฉนวนกันความร้อนกับแผ่นอลูมิเนียมเพื่อป้องกันความร้อนภายนอก ส่วนด้านร้อนจะติดอยู่กับ แผงระบายความร้อนอลูมิเนียมแบบครีบแช่ตัวอยู่ในน้ำเฉพาะพื้นที่ครีบ จากนั้นทำการทดสอบหาค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะการทำความเย็น (COP) และการทำความเย็นที่ด้านเย็นของแผ่นเทอร์โม อิเล็กทริก (QCool) ขณะที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์ไม่มีแสงตกกระทบ เพื่อหากำลังไฟฟ้าและจำนวนแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกที่ให้ค่า QCool และ COP สูงสุด จากการทดสอบพบว่ารูปแบบการติดตั้ง แผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกจำนวน 7 แผ่น สามารถให้ค่า QCool และ COP สูงสุดอยู่ที่ 27.2 W และ 6.81 ตามลำดับ ที่การจ่ายแรงดันไฟฟ้า 2 V และกระแสไฟฟ้า 2 A เมื่อได้ค่ากำลังไฟฟ้าสำหรับจ่ายให้กับแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกที่ดีที่สุดแล้ว จึงนำแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ติดแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกตามรูปแบบการติดตั้งมาทดสอบกับความเข้มแสง 1,000 W/m2 จากหลอด Halogen tungsten พบว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไม่ติดแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกจะมีอุณหภูมิเฉลี่ย 96 ๐C ให้กำลังการผลิตไฟฟ้า 5.7 W มีประสิทธิภาพแผงเซลล์แสงอาทิตย์ 7.2% ส่วนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ติดแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกจะมีอุณหภูมิเฉลี่ย 90 ๐C ให้กำลังการผลิตไฟฟ้า 6.0 W มีประสิทธิภาพแผงเซลล์แสงอาทิตย์ 7.5% ซึ่งสามารถลดอุณหภูมิลงได้เฉลี่ย 6 ๐C จึงทำให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ติดแผ่นเทอร์โมอิเล็กทริกมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 4.2% จากการศึกษาสามารถสร้างสมการความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ ด้วยวิธีการวิเคราะห์การถดถอย เพื่อทำนายกำลังไฟฟ้าที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถผลิตได้ ดังสมการ Ppv = a + bIt + cIt2 + dTpv + eItTpv + fIt2Tpv