Nghiên cứu toàn diện về hệ thống cửa sổ quang điện tích hợp tòa nhà sử dụng thấu kính hội tụ parabol kép chéo: Hiệu suất nhiệt, ánh sáng và điện
Comprehensive investigation of a building integrated crossed compound parabolic concentrator photovoltaic window system: Thermal, optical and electrical performance
Tác giả: Xue Li, Kexin Li, Yanyi Sun, Robin Wilson, Jinqing Peng, Katie Shanks, Tapas Mallick, Yupeng Wu
Ngày đăng tải: 03/2024
DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.119791
Việc tích hợp các tế bào năng lượng mặt trời (PV) với thấu kính hội tụ vào hệ thống cửa sổ không chỉ có thể tạo ra điện cho tòa nhà mà còn cải thiện khả năng chống nhiệt của cửa sổ mà không làm giảm lượng lớn khả năng truyền sáng cho ánh sáng tự nhiên. Gần đây, một hệ thống mới được gọi là cửa sổ quang điện tích hợp thấu kính hội tụ parabol kép chéo (CCPC-PV) đã được nghiên cứu về đặc tính phát điện của nó. Tuy nhiên, hiệu suất nhiệt và quang học của nó, đặc biệt là về hệ số truyền nhiệt tổng thể (giá trị U) và tổng độ truyền sáng khi được tích hợp vào tòa nhà, vẫn chưa được kiểm tra. Những yếu tố này rất quan trọng để dự đoán tác động của hệ thống đối với hiệu suất năng lượng và sự thoải mái bên trong tòa nhà. Do đó, nghiên cứu này nhằm mục đích điều tra giá trị U của hệ thống cửa sổ này trong các nhiệt độ khác nhau và độ truyền sáng của cửa sổ ở các góc chiếu khác nhau. Độ dẫn nhiệt được đánh giá thông qua mô phỏng số sử dụng mô hình tính toán lưu chất (CFD), được xác nhận bằng các phép đo thực nghiệm được thực hiện trong buồng khí hậu lớn. Độ truyền sáng được nghiên cứu bằng cách sử dụng mô hình dò tia 3D đã được xác nhận. Tổng độ truyền sáng và sản lượng điện được tính toán cho những ngày nắng điển hình vào mùa đông và mùa hè theo điều kiện khí hậu của London. Bên cạnh đó, các thiết kế thay thế cũng được phát triển để khám phá tác động của khoảng cách giữa các thấu kính hội tụ liền kề lên độ dẫn nhiệt và độ truyền sáng của cửa sổ. Kết quả cho thấy cửa sổ có cấu hình Dx = Dy = 5 mm (Dx và Dy lần lượt đại diện cho khoảng cách ngang và dọc giữa hai thấu kính hội tụ mặt trời liền kề) đạt được giá trị U thấp nhất (2,566 W/m2·K). Giá trị U này thấp hơn một chút so với thiết kế cửa sổ ban đầu, có giá trị U là 2,575 W/m2·K. Cấu hình cửa sổ ban đầu với Dx = Dy = 1,77 mm tạo ra công suất đầu ra cao nhất. Cụ thể, nó tạo ra 499,25 Wh/m2 vào một ngày nắng điển hình mùa đông và 162,73 Wh/m2 vào một ngày nắng điển hình mùa hè. Tuy nhiên, nó có độ truyền sáng thấp nhất (lần lượt là 14,6% vào một ngày nắng điển hình mùa đông và 25,2% vào một ngày nắng điển hình mùa hè), cho thấy nó phù hợp hơn cho các tòa nhà có tỷ lệ cửa sổ trên tường cao để đảm bảo lượng ánh sáng tự nhiên thích hợp. Đối với các tòa nhà có tỷ lệ cửa sổ trên tường thấp hơn, cửa sổ CCPC-PV nên được thiết kế với khoảng cách ngang lớn hơn, chẳng hạn như 15 mm và 30 mm, để đáp ứng yêu cầu chiếu sáng bên trong đồng thời mang lại hiệu suất nhiệt cao hơn và sản lượng điện bổ sung.
Link: ScienceDirect
