Spanische Wissenschaftler bauten ein Kühlsystem mit Solarmodul-Wärmetauschern und einem U-förmigen Wärmetauscher, der in einem 15 Meter tiefen Brunnen installiert ist. Die Forscher behaupten, dass dies die Modultemperaturen um bis zu 17 Prozent senkt und gleichzeitig die Leistung um etwa 11 Prozent steigert.
Forscher der Universität Alcalá in Spanien haben eine Kühltechnologie für Solarmodule entwickelt, die einen unterirdischen, geschlossenen Einphasen-Wärmetauscher als natürliche Wärmesenke nutzt.
Der Forscher Ignacio Valiente Blanco erklärte gegenüber pv magazine: „Unsere Analyse verschiedener Arten von Wohn- und Gewerbeimmobilien zeigt, dass das System mit einer Amortisationszeit von fünf bis zehn Jahren wirtschaftlich rentabel ist.“
Die Kühlmethode basiert auf der Verwendung eines Wärmetauschers auf der Rückseite des Solarmoduls, um überschüssige Wärme abzuführen. Diese Wärme wird mithilfe einer Kühlflüssigkeit, die von einem weiteren U-förmigen Wärmetauscher gekühlt wird, in den Boden übertragen. Dieser Wärmetauscher wird in einen 15 Meter tiefen Brunnen eingeführt, der mit natürlichem Wasser aus einem unterirdischen Grundwasserleiter gefüllt ist.
„Das Kühlsystem benötigt zusätzliche Energie, um die Kühlmittelpumpe zu aktivieren“, erklärten die Forscher. „Da es sich um einen geschlossenen Kreislauf handelt, hat die Potenzialdifferenz zwischen dem Brunnenboden und dem Solarpanel keinen Einfluss auf den Stromverbrauch des Kühlsystems.“
Die Wissenschaftler testeten das Kühlsystem an einer freistehenden Photovoltaikanlage, die sie als typische Solaranlage mit einachsigem Nachführsystem beschrieben. Die Anlage besteht aus zwei 270-Watt-Modulen des spanischen Herstellers Atersa. Ihr Temperaturkoeffizient beträgt -0,43 Prozent pro Grad Celsius.
Der Wärmetauscher des Solarmoduls besteht im Wesentlichen aus sechs plastisch verformten, flachen, U-förmigen Kupferrohren mit einem Durchmesser von jeweils 15 mm. Die Rohre sind mit Polyethylenschaum isoliert und an einen gemeinsamen Einlass- und Auslassverteiler mit einem Durchmesser von 18 mm angeschlossen. Das Forschungsteam verwendete einen konstanten Kühlmittelfluss von 3 l/min bzw. 1,8 l/min pro Quadratmeter Solarmodulfläche.
Experimente haben gezeigt, dass die Kühltechnologie die Betriebstemperatur von Solarmodulen um 13 bis 17 Grad Celsius senken kann. Zudem verbessert sie die Leistung der Komponenten um etwa 11 %, was bedeutet, dass ein gekühltes Panel tagsüber 152 Wh Leistung liefert. Untersuchungen zufolge ist dies bei einem ungekühlten Gegenstück der Fall.
Die Wissenschaftler beschreiben das Kühlsystem in dem kürzlich im Journal of Solar Energy Engineering veröffentlichten Artikel „Improving the Efficiency of Solar PV Modules by Cooling an Underground Heat Exchanger“.
„Mit der erforderlichen Investition ist das System ideal für konventionelle Installationen“, sagt Valiente Blanco.
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