Planul National de Cercetare-Dezvoltare și Inovare pentru perioada 2015 - 2020 (PNCDI III) Programul 2 - Creșterea competitivității economiei românești prin cercetare, dezvoltare și inovare Subprogramul 2.1 - Competitivitate prin cercetare, dezvoltare și inovare CONTRACT DE FINANȚARE PENTRU EXECUȚIE PROIECTE NR. 443PED/2020 (PN-III-P2-2.1-PED-2019-1294)
Tip proiect
Proiect experimental - demonstrativ
Contractor
UNIVERSITATEA TEHNICA "GHEORGHE ASACHI" DIN IASI
Autoritatea Contractantă
Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării si Inovării
Durata Contractului
24 luni
Sursa de finantare
Bugetul de stat
Director proiect
Sef lucr.dr.ing. SEBASTIAN VALERIU HUDISTEANU
Titlul proiectului
Îmbunătățirea eficienței panourilor fotovoltaice prin răcire pasivă și activă (Efficiency improvement of photovoltaic panels by passive and active cooling)
Acronimul proiectului
CoolPV
Descriere proiect
În cadrul proiectului se propune testarea și validarea unor tehnologii de creștere a eficienței conversiei fotovoltaice prin reducerea temperaturii de operare a panourilor fotovoltaice din siliciu monocristalin, prin utilizarea de soluții inovatoare de răcire pasivă (disipator de căldură cu lamele perforate) și active (schimbător de căldură cu peliculă de apă).
Eficiența panourilor fotovoltaice este dependentă de condițiile climatice, variind în special odată cu modificarea intensității radiației solare și a temperaturii de operare, fapt demonstrat atât experimental, cât și numeric. Răcirea panourilor fotovoltaice este o soluție viabilă atât pentru poziții fixe, cât si în cazul sistemelor cu orientare variabilă. De asemenea, se vor propune soluții pentru valorificarea sau stocarea energiei termice recuperate, care vor conduce la creșterea considerabilă a producției de energie, reducerea consumului și un impact redus asupra mediului. Se vor realiza teste experimentale și modelări numerice pe un sistem fotovoltaic complet echipat.
Echipa de cercetare
Valeriu-Sebastian Hudisteanu
Director proiect
Domenii de expertiza:
PV installations, Programming and simulation, Real-time process control, Optimization, Numerical simulation, Heat transfer,
Solar energy, BIPV
Nelu Cristian Chereches
Membru-Cercetator
Domenii de expertiza:
Electric drives, Decision support, PV installations, Convective heat transfer, Flow dynamics, Energy efficiency
Catalin - George Popovici
Membru-Cercetator
Domenii de expertiza:
Energy storage systems, Experimental research
Marina Verdes
Membru-Cercetator
Domenii de expertiza:
Renewable energy sources, Energy audit, Heat transfer, Refrigeration systems
Catalin Daniel Galatanu
Membru-Cercetator
Domenii de expertiza:
Automation, Measurements,
Lighting, Imaging measurements, Vision and luminance contrast
Embedded systems, PLC - Programmable Logic Controller
Vasilica Ciocan
Membru-Cercetator
Domenii de expertiza:
HVAC systems, Energy efficiency, Comfort
Iulian Gherasim
Membru-Cercetator
Domenii de expertiza:
Numerical simulations, CFD, Heat transfer, System identification, Energy-efficient building systems
Ana Diana Ancas
Membru-Cercetator
Domenii de expertiza:
System diagnosis, Optimization
Marius Costel Balan
Membru-Cercetator
Domenii de expertiza:
Energy storage systems, Experimental research, Renewable energy
Florin-Emilian Turcanu
Cercetator postdoctoral
Domenii de expertiza:
Numerical simulation, CFD, Experimental research, Mass and heat transfer
Obiective
Obiectivul principal al proiectului este de a testa și valida tehnologiile propuse pentru răcirea pasivă și activă a panourilor fotovoltaice, cu scopul de a crește eficiența de generare a energiei electrice.
Obiectivele specifice ale proiectului sunt:
1
Analiza numerică preliminară a tehnologiilor propuse, utilizând software specializat și selectarea variantelor optime pentru implementarea experimentală.
2
Concepția și proiectarea standului experimental pentru analiza tehnologiilor de răcire ale panourilor fotovoltaice într-un sistem complet echipat.
3
Testarea și validarea rezultatelor măsurătorilor experimentale.
4
Prelucrarea rezultatelor experimentale și furnizarea de date.
5
Stabilirea performanței energetice a tehnologiilor propuse.
Rezultate
Rezultatul final al proiectului constă în îmbunătățirea producției de energie a sistemelor fotovoltaice, atât pentru integrarea în clădiri, cât și pentru câmpurile fotovoltaice. În ceea ce privește răcirea cu apă, cantitatea considerabilă de energie termică generată va putea fi fructificată la punctul de consum și va determina reducerea pierderilor și a impactului negativ asupra mediului.
Prezentarea succintă a rezultatelor proiectului 443PED din 02/11/2020
Cercetarea realizată în cadrul proiectului experimental demonstrativ 443PED din 02/11/2020, Îmbunătățirea eficienței panourilor fotovoltaice prin răcire pasivă și activă – CoolPV, a condus la testarea a cinci soluții de răcire a panourilor fotovoltaice, integrate într-un sistem aflat în operare pe terasa clădirii Departamentului de Ingineria Instalațiilor – Facultatea de Construcții și Instalații, Universitatea Tehnică Gheorghe Asachi din Iași. Aceste soluții de răcire sunt inovative și prezintă geometrie variabilă și preluarea eficientă a căldurii din panourile fotovoltaice care se supraîncălzesc în sezonul cald.
Soluțiile de răcire a panourilor fotovoltaice propuse au constat în 4 variante de disipatoare de căldură cu aripioare și 1 schimbător de căldură pelicular. Acestea oferă o alternativă la soluțiile tehnice actuale care utilizează serpentine sau registre integrate în zona posterioară a panourilor.
Fiecare soluție de răcire testată și validată în prezenta cercetare asigură îmbunătățirea eficienței panourilor fotovoltaice și determină uniformizarea distribuției de temperaturi pe suprafața panourilor. Avantajul adus de soluțiile de răcire cu aer (disipatoarele de căldură cu lamele) constă în faptul că se realizează o răcire pasivă a panourilor fotovoltaice, fără consum adițional de energie sau masă. În ceea ce privește schimbătorul de căldură pelicular, acesta este destinat răcirii active a panourilor fotovoltaice și valorificării căldurii extrase sub formă de agent termic preîncălzit - putând fi o alternativă foarte atractivă pentru sectorul rezidențial sau terțiar pentru clădiri al căror consum de energie este aproape egal cu zero (NZEB).
Conform așteptărilor inițiale, modelele de disipatoare de căldură propuse au produs o îmbunătățire maximă a eficienței panourilor fotovoltaice cuprinsă între 5,28% și 5,92% față de cazul de bază.
În ceea ce privește schimbătorul de căldură pelicular, creșterea maximă față de cazul de bază a fost de aproximativ 10,93%.
Cercetarea s-a caracterizat prin interdisciplinaritate și a presupus tratarea teoretică, numerică și experimentală a unor subiecte din domeniul instalațiilor pentru construcții și al echipamentelor care valorifică energiile regenerabile – panourile fotovoltaice.
Etapa 1 - 2020 - 443PED
In cadrul etapei s-au atins obiectivele principale propuse: pregatirea modelelor numerice 3D pentru tehnologiile de racire care vor fi implementate si s-a stabilit set-up-ul necesar pentru simularile numerice. Pregatirea modelelor s-a realizat folosind software-ul AutoCAD sau ANSYS SpaceClaim. Discretizarea domeniului de calcul s-a realizat folosind ANSYS-Design Mesh, precum si stabilirea conditiilor limita in care au loc fenomene studiate.
De asemenea, in cadrul acestei etape s-a determinat cu ajutorul softului TRNSYS pozitia optima a sistemului de panouri fotovoltaice in functie de coordonatele geografice ale locului de montaj (coordonatele Iasi: 47.1585 N, 27.6014 E).
Inclinarea optima; pentru locatia sistemului din prezentul studiu este de 35 grd, cu o productie estimata de 276.57 kWh/m2*an:
Etapa 2 - 2021 - 443PED
In cadrul Etapei 2 s-a realizat simularea modelelor numerice pentru tehnologiile de racire pregatite in Etapa 1. Modelarea numerica s-a realizat cu ajutorul softului ANSYS-Fluent pentru solutiile de racire cu aer si disipatoare de caldura. Modelarile numerice sunt de tip 3D. Elementele principale pentru modelarea numerica constau in: panou fotovoltaic si tehnologiile de racire atasate (disipatoare de caldura cu aripioare perforate si neperforate).
Analiza rezultatelor numerice a constat determinarea variatiei temperaturii de operare a panoului fotovoltaic si a coeficientului de transfer de caldura convectiv in functie de tipul solutiei de racire folosit, in comparatie cu cazul de baza. Au fost obtinute distributiile temperaturilor de operare a panourilor fotovoltaice si campurile de viteza in sectiune longitudinala.
in urma analizelor numerice validate cu literatura de specialitate, s-a stabilit implementarea experimentala a solutiilor de racire, prin alegerea variantelor care s-au dovedit a fi cele mai eficiente dupa modelare.
Urmatoarea etapa a constat in stabilirea programului de testare. Testarea experimentala a inceput in Etapa 2 printr-o serie de pretestari, urmate de demararea testelor experimentale propriu-zise imediat dupa instalarea standului experimental, urmand ca efectuarea testelor experimentale sa fie continuata in Etapa 3 a proiectului.
Diseminarea rezultatelor Etapei 2 s-a realizat prin participarea si publicarea a 2 lucrari ISI Proceedings in cadrul unor conferinte si publicarea unei lucrari stiintifice in revista Applied Sciences, cotata Q2 (zona galbena):
Atingerea obiectivelor etapei a fost facilitata de achizitia elementelor logistice necesare modelarilor numerice si realizarii standului experimental aferent proiectului.
Etapa 3 - 2022 - 443PED
În cadrul Etapei 3 a proiectului, principalele activități au constat în realizarea măsurătorilor experimentale, prelucrarea, interpretarea și validarea rezultatelor.
Etapa a 3-a a fost și ultima de implementare a proiectului și conform rezultatelor experimentale, nivelul de maturitate tehnologică a modelelor studiate a atins valoarea TRL 6, prin validarea funcționalității modelelor (schimbător de căldură pelicular și disipatoare de căldură cu lamele perforate/neperforate) în condiții relevante de funcționare, prin integrarea modelelor într-un sistem fotovoltaic complet funcțional în condiții climatice reale.
In cadrul etapei s-a dezvoltat o aplicatie grafica pentru dimensionarea sistemelor fotovoltaice cu soluții de răcire amplasate pe teritoriul Romaniei - Cool-PV.
Dimensionarea se realizeaza pe baza datelor obtinute experimental si numeric pe parcursul cercetarii din cadrul proiectului.
Aplicatia grafica in versiunea demonstrativa poate fi descarcata gratuit accesand linkul:
Cool-PV, iar ghidul de instalare si documentatia de utilizare de la aceste adrese: Ghid instalare și Documentatie Cool-PV (parola: Cool-PV). Aplicatia Cool-PV functioneaza pe sistemele de operare Windows (7, 8, 10, 11).
Diseminarea rezultatelor Etapei 3 s-a realizat prin participarea la conferințe și publicarea a 3 lucrări ISI Proceedings în cadrul unor manifestări naționale cu participare internaționașă și publicarea a 2 lucrări științifice ISI-WoS în revista Applied Sciences, cotată Q2 (zona galbenă):
Lucrări ISI zona galbenă (Q2)
1. Effect of Wind Direction and Velocity on PV Panels Cooling with Perforated Heat Sinks, Hudișteanu, S.V.; Țurcanu, F.E.; Cherecheș, N.C.; Popovici, C.G.; Verdeș, M.; Ancaș, D.A.; Hudisteanu, I. Applied Sciences 2022, 12(19), 9665. https://doi.org/10.3390/app12199665.
2. Design and Simulation of a Solar Tracking System for PV, Baouche, F.Z.; Abderezzak, B.; Ladmi, A.; Arbaoui, K.; Suciu, G.; Mihaltan, T.C.; Raboaca, M.S.; Hudișteanu, S.V.; Țurcanu, F.E. Applied Sciences 2022, 12(19), 9682. https://doi.org/10.3390/app12199682.
Diseminarea proiectului și a rezultatelor acestuia s-a realizat și în cadrul Workshop-ului demonstrativ “Îmbunătățirea eficienței panourilor fotovoltaice prin răcire pasivă și activă – Cool-PV”.
Atingerea obiectivelor etapei a fost facilitată în mare parte și de achiziția elementelor logistice necesare modelărilor numerice, realizării standului experimental aferent proiectului și echipamentelor de măsură și monitorizare, precum și plata taxelor de publicare aferente din bugetul prezentului proiect.
Contact Us
Ne puteti contacta prin una dintre metodele urmatoare:
