Fasadi ya tabaka mbili ya fotovoltaiki (Photovoltaic Double-Skin Façade, PV-DSF), ni mfumo wa fasadi unaounganisha kioo cha fotovoltaiki na paneli ya kifuniko cha nje, pengo la hewa linalopitishwa hewa na tabaka za ukuta wa ndani, kwa lengo la kuzalisha umeme kutoka jua na wakati huohuo kudhibiti uhamishaji wa joto katika ganda la jengo. Utafiti huu uliunda modeli ya kihisabati katika mazingira ya MATLAB R2023a ili kuchunguza tabia ya joto na umeme ya PV-DSF zenye paneli ya kifuniko cha nje katika hali za majira ya joto. Modeli hutatua uhamishaji wa joto wa mwelekeo mmoja unaobadilika kwa wakati kwa mbinu fiche ya tofauti zenye mwisho; huzingatia kwa pamoja uzalishaji wa fotovoltaiki, upitishaji, konveksheni, mionzi ya mawimbi marefu na mwendo wa hewa unaotokana na nguvu ya kunyanyua ya asili.

Hitimisho kuu la utafiti linaonyesha kwamba uzalishaji wa umeme wa PV-DSF hufuata hasa mionzi ya jua inayofika kwenye uso wima unaoelekea magharibi na kwamba, kati ya vigezo vya muundo, kigezo kikuu kinachoathiri uzalishaji wa umeme kwa kiasi kikubwa ni uwiano wa kufunikwa kwa seli za fotovoltaiki. Kwa upande mwingine, athari ya uhifadhi wa joto wa paneli ya kifuniko cha nje, ufyonzaji wa mionzi ya jua wa uso wake wa nje na mgawo wa utoaji wa mionzi ya mawimbi marefu wa uso wake wa ndani viliathiri zaidi joto la uso wa nje wa ukuta na ongezeko la joto kuliko uzalishaji wa umeme.

Katika matokeo ya modeli, uso wa nje wa ukuta ulipata joto kwa mionzi ya mawimbi marefu wakati wa mchana na kupoteza joto kwa mionzi wakati wa usiku. Upotevu wa joto kwa konveksheni kuelekea pengo la hewa uliendelea siku nzima. Iliripotiwa kuwa sehemu ya mionzi ndiyo iliyotawala mabadiliko ya uhamishaji wa joto halisi. Kuongeza unene wa paneli ya kifuniko cha nje kulipunguza thamani ya kilele cha joto na kukichelewesha kwa takriban saa 2; kupunguza ufyonzaji wa mionzi ya jua wa uso wa nje au mgawo wa utoaji wa mionzi wa uso wa ndani pia kulipunguza joto la kilele la uso wa nje wa ukuta na ongezeko la jumla la joto.

Mipaka ya matokeo haya ni muhimu. Utafiti ni modeli ya namba inayofanya kazi katika hali za siku wakilishi zilizoundwa kutoka data za Julai za Typical Meteorological Year za miji tisa ya China. Uchunguzi wa kina wa viparameta ulifanywa hasa kwa Hangzhou na Wuhan. Ingawa modeli ililinganishwa na vipimo vya majaribio kutoka utafiti wa awali, makala hii haitoi majaribio ya uwandani ya kila usanidi wa PV-DSF uliochunguzwa hapa katika majengo halisi.

Tatizo ambalo utafiti unajaribu kutatua

Ingawa kuna fasihi pana kuhusu tabia ya joto ya fasadi za tabaka mbili, kioo cha fotovoltaiki kinapoongezwa kwenye fasadi ya nje, mfumo hauwi tena tu kipengele cha kutoa kivuli na uingizaji hewa. Kioo cha fotovoltaiki hubadilisha sehemu ya mionzi ya jua kuwa nishati ya umeme, hufyonza sehemu, hupitisha sehemu, na ufanisi wake wa umeme hubadilika kulingana na joto lake. Hivyo, uzalishaji wa umeme na uhamishaji wa joto ndani ya fasadi huunganishwa.

Pengo la fasihi lililobainishwa na utafiti wa chanzo ni kwamba athari za vigezo hivi vya muundo katika jiometri halisi za PV-DSF zenye paneli ya kifuniko cha nje hazijawekwa wazi vya kutosha. Imeelezwa kuwa katika sehemu kubwa ya tafiti za awali za PV-DSF na kuta za PV-Trombe, paneli ya kifuniko cha nje haikuwepo. Kwa hiyo, utafiti huu unajumuisha pia paneli ya kifuniko cha nje katika muundo wa kihisabati na kuchunguza kivyake jinsi uwiano wa kufunikwa, unene wa paneli, ufyonzaji wa mionzi ya jua na mgawo wa utoaji wa mionzi ya mawimbi marefu vinavyoleta athari.

“Utendaji wa thermoelectric” unamaanisha nini hapa?

Makala ya chanzo hutumia kwa Kiingereza istilahi thermoelectric performance. Katika utafiti huu, matumizi haya hayamaanishi uzalishaji wa umeme kwa athari ya Seebeck katika nyenzo za thermoelectric. Maana hapa ni tathmini ya pamoja ya utendaji wa joto wa PV-DSF na uzalishaji wa umeme wa fotovoltaiki. Kwa sababu hiyo, katika maelezo ya Kituruki imetumiwa kauli “utendaji wa joto-umeme”.

Fasadi ya Tabaka Mbili ya Fotovoltaiki (PV-DSF) ni Nini?

Fasadi ya tabaka mbili ya fotovoltaiki ni mfumo wa ganda la jengo wenye kioo cha fotovoltaiki na paneli ya kifuniko cha nje upande wa nje, nyuma yake pengo la hewa linalopitishwa hewa, na ndani zaidi ukuta wa jengo wenye tabaka nyingi; katika modeli ya chanzo, mwendo wa asili wa hewa katika pengo huondoa joto huku kioo cha fotovoltaiki kikizalisha umeme kutoka nishati ya jua kwa wakati huohuo.

Muundo wa kimwili katika modeli ya chanzo

Modeli inawakilisha PV-DSF yenye urefu wa 3 m na upana wa 1 m. Unene wa pengo la hewa linalopitishwa hewa ni 0,15 m na eneo la uwazi wa uingizaji hewa ni 0,15 m². Ukuta-pazia wa nje wa fotovoltaiki una kioo cha fotovoltaiki na paneli ya kifuniko cha nje. Ukuta wa ndani una tabaka za chokaa, polistirini iliyopanuliwa kwa ekstrusheni (XPS), zege na jasi.

Sifa za joto za tabaka za nyenzo

Vigezo vya awali vya muundo

Ufyonzaji wa mionzi ya jua wa uso wa nje wa paneli ya kifuniko umechukuliwa kuwa 0,9, mgawo wa utoaji wa mionzi ya mawimbi marefu wa uso wa ndani wa paneli 0,6, na mgawo wa utoaji wa mionzi ya mawimbi marefu wa uso wa nje wa ukuta 0,6. Ufanisi wa uzalishaji wa umeme wa seli za fotovoltaiki za CdTe katika joto rejea la 25 °C ni %14, na mgawo wa joto ni %0,2·K⁻¹. Upitishaji wa kioo cha fotovoltaiki umetolewa kuwa 0,8 na ufyonzaji wa mionzi ya jua wa kioo kuwa 0,05.

Kwa nini mtiririko wa joto ni tofauti mchana na usiku?

Katika matokeo ya modeli, uso wa ndani wa paneli ya kifuniko cha nje hupata joto mchana na kuhamisha mionzi ya mawimbi marefu hadi kwenye uso wa nje wa ukuta. Kwa hiyo, mtiririko wa joto wa mionzi katika uso wa nje wa ukuta ni chanya wakati wa mchana. Usiku, paneli ya kifuniko inapopoa, mwelekeo halisi wa mionzi ya mawimbi marefu hubadilika na uso wa nje wa ukuta hupoteza joto kwa mionzi. Kwa upande mwingine, upotevu wa joto kwa konveksheni kutoka uso wa nje wa ukuta kwenda kwenye pengo la hewa huendelea siku nzima. Chanzo kinaeleza kwamba sehemu ya mionzi ndiyo inayotawala tabia ya mtiririko wa jumla wa joto.

Uzalishaji wa umeme wa fotovoltaiki ulitengenezwa kwa modeli vipi?

Uzalishaji wa umeme wa kioo cha fotovoltaiki umetolewa katika chanzo kwa Mlinganyo (1):

\[ E=\varepsilon q_s\tau\eta_{\mathrm{ref}} \left[1-B_r\left(T_{\mathrm{PV}}-298.15\right)\right] \tag{1} \]

Katika mlinganyo huu \(\varepsilon\) ni uwiano wa kufunikwa kwa seli za fotovoltaiki; \(q_s\) ni mionzi ya jua kwenye uso wima unaoelekea magharibi na kitengo chake ni W·m⁻²; \(\tau\) ni upitishaji wa kioo cha fotovoltaiki; \(\eta_{\mathrm{ref}}\) ni ufanisi wa uzalishaji wa umeme katika joto rejea; \(B_r\) ni mgawo wa joto wa kioo cha fotovoltaiki; \(T_{\mathrm{PV}}\) ni joto la kioo cha fotovoltaiki, na mlinganyo wa chanzo hutumia Kelvin.

Thamani ya 298,15 K inalingana na joto rejea la 25 °C. Kwa kuwa marekebisho ya joto katika mlinganyo yana alama ya kutoa, joto la kioo cha fotovoltaiki linapoongezeka juu ya joto rejea, kizidishi cha marekebisho ya joto ndani ya mabano ya mraba hupungua. Kwa hiyo, kwa mionzi ileile ya jua na uwiano uleule wa kufunikwa, kioo cha PV chenye joto zaidi hutoa pato la umeme lililo chini kidogo katika modeli.

Kikomo cha noti/kitengo: Chanzo kinaita \(E\) “power generation”; hata hivyo, katika Mlinganyo (1) hakuna kizidishi cha wazi cha eneo la fasadi na \(q_s\) ina kitengo cha W·m⁻². Katika grafu za matokeo, nguvu imetolewa kwa W. Kwa kuwa chanzo hakielezi kando karibu na mlinganyo huu ni wapi ubadilishaji wa eneo umetumika, Verianla haijafafanua upya usemi huu wala kuongeza kizidishi kipya cha eneo.

Usawa wa joto wa kioo cha fotovoltaiki

Mabadiliko ya joto la kioo cha PV kwa wakati yameundwa kwa modeli kwa Mlinganyo (2):

\[ c_{\mathrm{PV}}\rho_{\mathrm{PV}}d_{\mathrm{PV}} \frac{T_{\mathrm{PV}}^{j+1}-T_{\mathrm{PV}}^{j}}{\Delta t} = \frac{\lambda_{\mathrm{PV}}}{d_{\mathrm{PV}}} \left(T_{e,1}-T_{\mathrm{PV}}^{j+1}\right) +h_{\mathrm{out}} \left(T_o-T_{\mathrm{PV}}^{j+1}\right) +q_s\alpha+\varepsilon q_s\tau-E \tag{2} \]

Upande wa kushoto wa mlinganyo ni neno la kuhifadhi/kubadilika kwa nishati katika kioo cha fotovoltaiki katika hatua moja ya wakati. Upande wa kulia una kwa pamoja upitishaji na paneli ya kifuniko cha nje, ubadilishanaji wa joto na hewa ya nje, nishati ya jua inayofyonzwa na kioo cha fotovoltaiki, neno linalohusiana na mionzi ya jua inayopita katika sehemu iliyo na seli, na neno \(E\) linalotengwa kwa uzalishaji wa umeme.

\(c_{\mathrm{PV}}\) huwakilisha joto mahususi, \(\rho_{\mathrm{PV}}\) msongamano, \(d_{\mathrm{PV}}\) unene wa kioo cha PV, \(\Delta t\) hatua ya wakati, \(T_o\) joto la hewa ya nje, \(\alpha\) ufyonzaji wa mionzi ya jua wa kioo cha PV na \(h_{\mathrm{out}}\) mgawo wa jumla wa uhamishaji wa joto wa uso wa nje.

Dokezo la istilahi la chanzo: Katika maelezo ya mlinganyo, \(\lambda_{\mathrm{PV}}\) inaitwa “thermal diffusivity”; lakini chanzo kinatoa kwa ishara hiyo hiyo kitengo cha W·m⁻¹·K⁻¹. Hiki ni kitengo cha upitishaji joto. Uteuzi wa istilahi katika chanzo haujabadilishwa kimya kimya.

Kwa nini paneli ya kifuniko cha nje imegawanywa katika nodi za tofauti zenye mwisho?

Haijachukuliwa kuwa paneli na ukuta vina joto moja katika unene wote. Upitishaji wa joto wa mwelekeo mmoja hutatuliwa katika nodi za nafasi ndani ya unene wa paneli. Kwa paneli ya kifuniko cha nje, chanzo kimefafanua katika Mlinganyo (3) nodi ya uso wa nje, nodi za ndani na nodi ya uso wa ndani unaoelekea pengo la hewa kwa mizani tofauti za nishati:

\[ \begin{cases} i=1,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{e,1}^{j+1}-T_{e,1}^{j}}{\Delta t} = k_{E1} \dfrac{T_{e,2}^{j+1}-T_{e,1}^{j+1}}{\Delta x} + \dfrac{\lambda_{\mathrm{PV}}}{d_{\mathrm{PV}}} \left(T_{\mathrm{PV}}-T_{e,1}^{j+1}\right) + q_s(1-\varepsilon)\tau_{\mathrm{PV}}\alpha_w \\[8pt] 2\le i\le n-1,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{e,i}^{j+1}-T_{e,i}^{j}}{\Delta t} = k_{Ei} \dfrac{T_{e,i+1}^{j+1}-T_{e,i}^{j+1}}{\Delta x} + k_{Wi} \dfrac{T_{e,i-1}^{j+1}-T_{e,i}^{j+1}}{\Delta x} \\[8pt] i=n,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{e,n}^{j+1}-T_{e,n}^{j}}{\Delta t} = \dfrac{T_f^{j+1}-T_{e,n}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{c,ew}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_n^{j+1}} \right)\Delta x} + \dfrac{T_{i,1}^{j+1}-T_{e,n}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{r,w}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_n^{j+1}} \right)\Delta x} + k_{Wn} \dfrac{T_{e,n-1}^{j+1}-T_{e,n}^{j+1}}{\Delta x} \end{cases} \tag{3} \]

Hapa \(i\) ni nafasi ya nodi katika unene wa paneli, na \(j\) pamoja na \(j+1\) ni muundo wa fahirisi unaoonyesha viwango mfululizo vya wakati. Nodi ya kwanza huwakilisha mpaka wa nje upande wa PV, na nodi ya mwisho huwakilisha uso wa ndani wa paneli unaoshirikiana kwa joto na pengo la hewa na ukuta. Katika nodi za kati, mabadiliko ya nishati huamuliwa na upitishaji kati ya nodi mbili jirani.

Vigawo vya upitishaji katika kiolesura cha mashariki na magharibi vinavyotumiwa na chanzo vina umbo lifuatalo:

\[ k_{E1}= \frac{\Delta x_{E1}} {\dfrac{\Delta x_1}{2k_1}+\dfrac{\Delta x_2}{2k_2}}, \qquad k_{Ei}= \frac{\Delta x_{Ei}} {\dfrac{\Delta x_i}{2k_i}+\dfrac{\Delta x_{i+1}}{2k_{i+1}}} \]

\[ k_{Wi}= \frac{\Delta x_{Wi}} {\dfrac{\Delta x_{i-1}}{2k_{i-1}}+\dfrac{\Delta x_i}{2k_i}}, \qquad k_{Wn}= \frac{\Delta x_{Wn}} {\dfrac{\Delta x_{n-1}}{2k_{n-1}}+\dfrac{\Delta x_n}{2k_n}} \]

Muundo huu huwakilisha upitishaji kupitia kiolesura kwa kutumia ukinzani wa joto wa mfululizo unaoundwa na nusu za unene wa seli jirani. \(\Delta x\) ni hatua ya nafasi. Chanzo hutumia \(h_{c,ew}\) kwa mgawo wa konveksheni kwenye uso wa paneli unaoelekea pengo la hewa, na \(h_{r,w}\) kwa mionzi ya mawimbi marefu ya paneli–ukuta.

Usawa wa nishati wa pengo la hewa

Usawa wa nishati kwa hewa ya pengo linalopitishwa hewa umetolewa katika Mlinganyo (4):

\[ h_{c,ew}(T_{e,i}-T_f) + h_{c,iw}(T_{i,e}-T_f) = \frac{1}{R_f}(T_f-T_o) \tag{4} \]

\(T_f\) ni joto la hewa katika pengo. Muundo umewekwa ambapo konveksheni kati ya uso wa ndani wa paneli, uso wa nje wa ukuta na hewa husawazishwa na ubadilishanaji wa nishati kati ya pengo la hewa na mazingira ya nje.

Chanzo kimechapisha Mlinganyo (5) wa ukinzani wa joto kati ya chumba na pengo la hewa linalozungusha hewa katika umbo lifuatalo:

\[ R_f= -\frac{1}{h_{cg}+h_{cw}} - \frac{A_c} {m\,c_f \left( e^{-\frac{A_c}{(h_{cg}+h_{cw})\,m\,c_f}} -1 \right)} \tag{5} \]

Katika mlinganyo wa chanzo hutumiwa alama \(h_{cg}\) na \(h_{cw}\), huku katika maelezo yanayofuata mara moja alama \(h_{c,ew}\) na \(h_{c,iw}\) zikifafanuliwa kwa uso wa kifuniko cha nje na uso wa ukuta. Mabadiliko haya ya noti hayajaelezwa kando katika chanzo. Zaidi ya hayo, neno la kieksponenti la Mlinganyo (5) limechapishwa katika chanzo katika umbo lililo hapo juu; Verianla haijapanga upya umbo la vipimo ili “kulirekebisha”.

Milinganyo iliyotolewa kwa mwendo wa wingi wa hewa na kasi ya hewa:

\[ m=vA_a\rho_f \tag{6} \]

\[ v= \sqrt{ \frac{2gH} {8\left(\dfrac{A_a}{A_v}\right)^2+2} \cdot \frac{T_f-T_o}{T_f+273} } \tag{7} \]

Hapa \(H\) ni urefu wa ukuta; \(A_c\) eneo la ukuta; \(A_a\) eneo la sehemu ya msalaba ya pengo la hewa; \(A_v\) eneo la mianya ya hewa; \(\rho_f\) msongamano wa hewa katika pengo; na \(v\) kasi ya hewa. Neno la kimwili linaloendesha Mlinganyo (7) ni tofauti ya joto \(T_f-T_o\): tofauti ya joto kati ya hewa ya pengo na mazingira ya nje inaunganishwa na athari ya kunyanyua ya asili. Chanzo hakielezi itifaki tofauti ya mpaka kwa hali ya mtiririko wa kinyume au mzizi hasi; kwa hiyo Verianla haijafafanua tabia mpya kwa hali kama hizo.

Upitishaji wa joto unaobadilika kwa wakati katika ukuta wa ndani

Ukuta wa ndani wenye tabaka nyingi pia umeundwa kwa modeli kwa nodi za tofauti zenye mwisho. Mlinganyo (8) wa chanzo:

\[ \begin{cases} i=1,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{i,1}^{j+1}-T_{i,1}^{j}}{\Delta t} = k_{E1} \dfrac{T_{i,2}^{j+1}-T_{i,1}^{j+1}}{\Delta x} + \dfrac{T_f^{j+1}-T_{i,1}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{c,iw}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_1^{j+1}} \right)\Delta x} + \dfrac{T_{e,n}^{j+1}-T_{i,1}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{r,w}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_1^{j+1}} \right)\Delta x} \\[8pt] 2\le i\le n-1,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{i,i}^{j+1}-T_{i,i}^{j}}{\Delta t} = k_{Ei} \dfrac{T_{i,i+1}^{j+1}-T_{i,i}^{j+1}}{\Delta x} + k_{Wi} \dfrac{T_{i,i-1}^{j+1}-T_{i,i}^{j+1}}{\Delta x} \\[8pt] i=n,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{i,n}^{j+1}-T_{i,n}^{j}}{\Delta t} = \dfrac{T_{\mathrm{in}}-T_{i,n}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{\mathrm{in}}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_n^{j+1}} \right)\Delta x} + k_{Wn} \dfrac{T_{i,n-1}^{j+1}-T_{i,n}^{j+1}}{\Delta x} \end{cases} \tag{8} \]

Joto la kubuni la mazingira ya ndani limetolewa katika chanzo kuwa 26 °C, na mgawo wa jumla wa uhamishaji wa joto wa uso wa ndani \(h_{\mathrm{in}}\) kuwa 8,7 W·m⁻²·K⁻¹. Katika muundo wa mlinganyo, upande wa \(i=1\) huingiliana na pengo la hewa na paneli, huku upande wa \(i=n\) ukiingiliana na joto la mazingira ya ndani \(T_{\mathrm{in}}\).

Dokezo la fahirisi ndani ya chanzo: Maelezo mara tu chini ya Mlinganyo (8) yanafafanua \(T_{i,n}\) kama “joto la uso wa nje wa ukuta”. Hata hivyo, masharti ya mpaka ya mlinganyo yanaunganisha nodi ya \(i=1\) na pengo la hewa na mionzi ya paneli, na nodi ya \(i=n\) na mazingira ya ndani \(T_{\mathrm{in}}\). Kwa hiyo, kuna kutokulingana kwa majina ya fahirisi kati ya maandishi ya chanzo na muundo wa mpaka wa mlinganyo; Verianla haijafafanua upya fahirisi kimya kimya.

Mgawo wa uhamishaji wa joto wa uso wa nje

Katika Kiambatisho A, kwa kupuuza mionzi ya mawimbi marefu kwenye uso wa nje wa kioo cha fotovoltaiki, mgawo wa jumla wa uhamishaji wa joto wa uso wa nje umetolewa kama kazi ya kasi ya wastani ya upepo wa nje:

\[ h_{\mathrm{out}}=4.2v+2.5 \tag{A1} \]

Hapa \(v\) ni kasi ya wastani ya upepo wa mazingira ya nje na kitengo chake ni m·s⁻¹. Mlinganyo huu ni uhusiano msaidizi unaounganisha ubadilishanaji wa joto wa modeli na mazingira ya nje kwa kasi ya upepo.

Mionzi ya mawimbi marefu kati ya paneli na ukuta

Chanzo kinapuuza athari ya mionzi ya pembeni kwa sababu ya unene mdogo wa pengo la hewa. Mgawo sawa wa uhamishaji wa joto kwa mionzi kati ya paneli na ukuta:

\[ h_{r,w}= \frac{ \sigma \left(T_{e,n}^{2}+T_{i,1}^{2}\right) \left(T_{e,n}+T_{i,1}\right) }{ \dfrac{1}{\varepsilon_{e,i}} + \dfrac{1}{\varepsilon_{i,e}} -1 } \tag{A2} \]

Katika uhusiano huu, \(T_{e,n}\) hutumiwa kama joto la uso wa ndani wa paneli ya kifuniko cha nje, na \(T_{i,1}\) kama joto la uso wa ukuta unaoelekea pengo. \(\varepsilon_{e,i}\) ni mgawo wa utoaji wa mionzi wa uso wa ndani wa paneli ya kifuniko, na \(\varepsilon_{i,e}\) ni mgawo wa utoaji wa mionzi wa uso wa nje wa ukuta. \(\sigma\) ni alama sanifu ya konstanti ya Stefan–Boltzmann katika uhusiano wa mionzi ya mawimbi marefu; chanzo hakitoi thamani ya namba ya konstanti hiyo hapa.

Matokeo muhimu ya kimwili ya Mlinganyo (A2) ni kwamba mgawo wa utoaji wa mionzi unapopungua, mgawo sawa wa uhamishaji wa joto kwa mionzi kati ya nyuso mbili unaweza kupungua. Katika matokeo ya viparameta ya utafiti, kupungua kwa joto la kilele la ukuta kwa mgawo mdogo wa utoaji wa mionzi wa uso wa ndani wa kifuniko kunalingana na uhusiano huu wa mionzi.

Konveksheni asilia: namba za Nusselt, Rayleigh na Prandtl

Kiambatisho C hukokotoa vigawo vya konveksheni kwenye nyuso za pengo la hewa kwa kutumia namba ya Nusselt. Hata hivyo, chanzo kinatoa Mlinganyo (A3) katika umbo lake lililochapishwa kama ifuatavyo:

\[ h_{c,iw}=Nu_{iw}\frac{\lambda_f}{H}, \qquad h_{c,iw}=Nu_{iw}\frac{\lambda_f}{H} \tag{A3} \]

Maandishi yanayozunguka katika chanzo yanazungumzia vigawo vya konveksheni kwa nyuso mbili tofauti, na Mlinganyo unaofuata (A4) unatoa uhusiano tofauti kwa \(Nu_{ew}\) na \(Nu_{iw}\). Hata hivyo, katika umbo lililochapishwa la A3, usemi uleule wa \(h_{c,iw}\) na \(Nu_{iw}\) umerudiwa mara mbili. Hapa haijaandikwa mlinganyo mpya “uliorekebishwa” badala ya chanzo.

Namba za Nusselt katika chanzo hukokotolewa kwa uhusiano wa vipande ufuatao:

\[ Nu_{ew}= \begin{cases} 0.68+ \dfrac{0.67Ra_{ew}^{1/4}} {\left[1+\left(0.492/Pr\right)^{9/16}\right]^{4/9}}, & Ra_{ew}<10^9 \\[8pt] \left( 0.825+ \dfrac{0.387Ra_{ew}^{1/6}} {\left[1+\left(0.492/Pr\right)^{9/16}\right]^{8/27}} \right)^2, & Ra_{ew}>10^9 \end{cases} \]

\[ Nu_{iw}= \begin{cases} 0.68+ \dfrac{0.67Ra_{iw}^{1/4}} {\left[1+\left(0.492/Pr\right)^{9/16}\right]^{4/9}}, & Ra_{iw}<10^9 \\[8pt] \left( 0.825+ \dfrac{0.387Ra_{iw}^{1/6}} {\left[1+\left(0.492/Pr\right)^{9/16}\right]^{8/27}} \right)^2, & Ra_{iw}>10^9 \end{cases} \tag{A4} \]

Katika sehemu hiyo hiyo, chanzo kinafafanua namba zisizo na vipimo na sifa za hewa kama ifuatavyo:

\[ Ra_{ew}= \frac{gH^3\beta(T_{e,i}-T_f)} {a_f\nu_f}, \qquad Ra_{iw}= \frac{gH^3\beta(T_f-T_{i,e})} {a_f\nu_f} \]

\[ Pr=\frac{\nu_f}{a_f}, \qquad \nu_f=\frac{\mu_f}{\rho_f}, \qquad a_f=\frac{\lambda_f}{\rho_f c_f}, \qquad \beta=\frac{1}{T_f} \]

Namba ya Rayleigh huwakilisha athari ya tofauti ya joto na nguvu ya kunyanyua katika konveksheni asilia; namba ya Prandtl uwiano wa sifa za usambaaji wa mwendo na joto; na namba ya Nusselt nguvu ya jamaa ya konveksheni ya uso ikilinganishwa na upitishaji. Maelezo haya yanalenga kuelewa jukumu la kimwili la milinganyo; si matokeo mapya ya majaribio ya utafiti.

Noti ya joto: Chanzo hapo awali kinafafanua \(T_f\) kwa °C, lakini katika Kiambatisho C kinaandika \(\beta=1/T_f\); katika makala hiyo hiyo Mlinganyo (7) hutumia wazi ubadilishaji wa joto kamili katika umbo \(T_f+273\). Kwa kuwa ubadilishaji tofauti wa °C→K kwa usemi wa \(\beta\) katika Kiambatisho C haujaelezwa katika maandishi, Verianla haujaongezwa kimya kimya.

Mabadiliko ya sifa za hewa kwa joto

Chanzo kimetumia uhusiano wa mstari kati ya sifa za hewa na joto kwa kuchukulia kwamba masafa ya joto katika pengo la hewa ni finyu:

\[ \begin{cases} \mu_f= \left[18.45+0.05(T_f-27)\right]\times10^{-6} \\ \rho_f= 1.177-0.004(T_f-27) \\ \lambda_f= 0.02646+0.00008(T_f-27) \end{cases} \tag{A5} \]

\(\mu_f\) huwakilisha mnato wa dinamiki, \(\rho_f\) msongamano na \(\lambda_f\) upitishaji joto wa hewa. Chanzo kinaeleza wazi kwamba ukadiriaji huu wa mstari umetumika kwa sababu ya masafa finyu ya joto.

Unyeti kwa hatua za nafasi na wakati

Ili kuona kama suluhisho la tofauti zenye mwisho ni nyeti kupita kiasi kwa hatua za namba, jaribio la hatua lilifanywa kwa kutumia joto la uso wa nje wa ukuta. Katika maandishi, hatua za nafasi zimeorodheshwa kama 0,0005; 0,001; 0,002; 0,004; 0,01 na 0,015 m. Hata hivyo, katika ufafanuzi wa Kielelezo 2 cha chanzo, 0,008 m inaonekana badala ya 0,01 m. Aya hiyo hiyo inaeleza kwamba matokeo huwa karibu wakati hatua ya nafasi ni chini ya 0,008 m. Katika hesabu za mwisho, 0,001 m ilichaguliwa.

Jaribio la hatua ya wakati lilifanywa kwa thamani za 30, 60, 120, 240, 600 na 1200 s. Chanzo kinaeleza kwamba kwa hatua za wakati zilizo kubwa kuliko 240 s, matokeo huwa na makosa; kwa hatua ndogo, matokeo huwa karibu. Ili kupata uwiano kati ya unyeti na uthabiti wa hesabu, 60 s ilitumika kama hatua ya wakati.

Modeli ilithibitishwaje?

Badala ya kuunda usanidi mpya wa majaribio wa mfano halisi kwa makala hii, watafiti walitumia data za majaribio kutoka utafiti uliochapishwa awali kwa ajili ya uthibitishaji wa modeli. Mipangilio ya viparameta ya modeli ya namba na majaribio ililinganishwa; vigezo vya kulinganisha vilikuwa pato la nguvu na joto la seli ya PV.

MAE (Mean Absolute Error / Kosa Wastani Kabisa), huwakilisha wastani wa tofauti kabisa kati ya utabiri na thamani za majaribio. RMSE (Root Mean Square Error / Mzizi wa Wastani wa Mraba wa Kosa), kwa kuwa hutoa uzito wa mraba kwa makosa makubwa, ni nyeti zaidi kwa mikengeuko mikubwa. Chanzo kinatafsiri viwango hivi vya makosa kama matokeo ya uthibitishaji yanayounga mkono uaminifu wa modeli katika kuiga utendaji wa joto wa PV-DSF.

Sababu kuu ya tofauti zilizobaki katika joto la seli ya PV imeelezwa kuwa mbinu iliyorahisishwa ya mgawo wa uhamishaji wa joto wa uso wa nje. Jambo hili linaonyesha kwamba modeli si “nakala kamili ya kipimo” na kwamba mchakato wa kimwili unakadiriwa kwa uhusiano fulani.

Siku wakilishi ya Julai iliundwaje?

Utafiti ulichagua miji tisa wakilishi kutoka ukanda wa hali ya hewa wa majira ya joto yenye joto–majira ya baridi yenye baridi nchini China: Changsha, Chengdu, Chongqing, Hangzhou, Hefei, Nanchang, Nanjing, Shanghai na Wuhan. Kutoka data za Typical Meteorological Year za Julai, mionzi ya jua ya kila saa kwenye uso wima unaoelekea magharibi ilikokotolewa kwa kutumia mionzi ya jumla ya mlalo, mionzi ya moja kwa moja ya kawaida na mionzi iliyotawanyika ya mlalo.

Joto la hewa ya nje na mionzi ya jua kwenye uso wima wa magharibi kwa saa ileile katika kila moja ya siku 31 zilifanyiwa wastani wa kihisabati ili kuunda siku wakilishi ya saa 24. Kwa hiyo, “siku ya kawaida” katika modeli si kipimo kimoja cha uwandani kilichofanywa katika siku maalum ya kalenda, bali ni siku ya sintetiki inayowakilisha sifa za kila saa za Julai kwa njia ya wastani.

Maandishi ya chanzo hayatoi kando kwa namba jozi hizi za wastani kwa miji mingine mitatu. Kwa hiyo, hakuna thamani mpya kamili iliyotolewa kwa makadirio ya kuona kutoka kwenye grafu ya chanzo.

Tabia ya kila siku ya uzalishaji wa umeme kwenye fasadi ya magharibi

Mionzi ya jua kwenye uso wima unaoelekea magharibi iliongezeka polepole asubuhi, ikapanda kwa kasi baada ya mchana wakati sehemu ya moja kwa moja ya jua ilipoanza kutawala, kisha ikapungua kuelekea machweo. Chanzo kinaeleza kwamba kilele cha mionzi kilitokea takriban 15:00.

Ingawa mkondo wa nguvu hufuata kwa karibu mionzi ya jua, si wa mstari kabisa. Kama inavyoonekana katika Mlinganyo (1), kwa kuwa joto la PV pia huathiri uzalishaji wa umeme, pato linaweza kubadilika kidogo wakati joto la PV linabadilika katika kiwango kilekile cha mionzi.

Joto la vipengele vya PV-DSF lilionyesha nini?

Joto la vipengele vya PV-DSF kwa ujumla lilifuata mabadiliko ya kila siku ya joto la hewa ya nje; lakini katika joto la uso wa nje wa ukuta kulionekana takriban kuchelewa kwa saa 1–2. Joto la kioo cha PV na la uso wa ndani wa paneli ya kifuniko cha nje huwa juu zaidi kwa kiasi kikubwa kuliko joto la hewa ya nje wakati wa mchana.

Chanzo kinaripoti kwamba thamani ya kilele cha joto la kioo cha PV inaweza kuwa juu kuliko joto la hewa ya nje kwa 17,40–28,59 °C, na kilele cha joto la uso wa ndani wa paneli ya kifuniko cha nje kwa 16,86–27,08 °C. Joto la kilele la uso wa ndani wa paneli ya kifuniko cha nje lilipatikana kuwa juu kuliko joto la kilele la uso wa nje wa ukuta kwa 9,93–15,28 °C.

Tofauti hii imehusishwa na kioo cha fotovoltaiki na paneli ya kifuniko kupokea sehemu kubwa ya mzigo wa jua unaoingia kabla haujafika kwenye ukuta wa ndani. Joto la pengo la hewa lilibaki karibu kiasi na joto la hewa ya nje na lilikuwa chini ya joto la uso wa nje wa ukuta siku nzima; jambo hili linaendana na matokeo ya upotevu endelevu wa joto kwa konveksheni kutoka uso wa ukuta kwenda hewani katika pengo.

Mtiririko wa joto kwenye uso wa nje wa ukuta

Katika kanuni ya ishara ya chanzo, mtiririko hasi wa joto unawakilisha upotevu wa joto kutoka kwenye uso, na mtiririko chanya unawakilisha ongezeko la joto kwenye uso. Katika matokeo ya siku wakilishi, mtiririko wa joto kwa konveksheni ni hasi siku nzima. Mtiririko wa joto kwa mionzi ni chanya mchana na hasi usiku.

Imeelezwa kwamba kilele cha mtiririko wa joto kwa mionzi hutokea saa 1–2 baada ya kilele cha mtiririko wa konveksheni, na kilele cha mtiririko wa jumla wa joto hutokea takriban saa 1 baada ya kilele cha mionzi. Kuchelewa huku kunaonyesha athari ya muda ya tabia ya kuhifadhi joto ya tabaka za fasadi.

Ni Kigezo Gani cha Muundo Kinachoathiri Zaidi Uzalishaji wa Umeme katika PV-DSF?

Kati ya vigezo vinne vya muundo vilivyojaribiwa katika utafiti huu, kigezo kinachoathiri uzalishaji wa umeme wa fotovoltaiki kwa kiasi kikubwa ni uwiano wa kufunikwa kwa seli za fotovoltaiki; athari za unene wa paneli ya kifuniko cha nje, ufyonzaji wa mionzi ya jua wa uso wa nje na mgawo wa utoaji wa mionzi wa uso wa ndani kwenye uzalishaji wa umeme zilitathminiwa na chanzo kuwa katika kiwango kinachoweza kupuuzwa. Hitimisho hili linatumika ndani ya mipaka ya uchanganuzi wa viparameta wa modeli uliofanywa kwa Hangzhou na Wuhan.

Athari ya uwiano wa kufunikwa kwa seli za fotovoltaiki

Uwiano wa kufunikwa ulipoongezwa kutoka %0 hadi %100, uzalishaji wa umeme uliongezeka karibu kwa uwiano. Chanzo kinatoa kwa uwiano wa kufunikwa wa %100 thamani ya Hangzhou ya 306,94 W na ya Wuhan ya 357,92 W kama “daily total power generation”. Chanzo kimeripoti jumla hizi za kila siku kwa kitengo cha W; hapa hazijabadilishwa kuwa Wh.

Athari ya uwiano wa kufunikwa kwenye tabia ya joto ni ndogo sana ikilinganishwa na athari yake kwenye uzalishaji wa umeme. Uwiano wa kufunikwa ulipoongezeka kutoka %0 hadi %100, joto la juu kabisa la uso wa nje wa ukuta huko Hangzhou lilipungua kutoka 39,52 °C hadi 38,30 °C, na huko Wuhan kutoka 45,59 °C hadi 44,15 °C.

Chanzo kinaeleza kwamba seli nyingi zaidi za PV zinapokuwepo, sehemu ya mionzi ya jua inayofika kwenye paneli ya kifuniko huzuiwa, na hivyo joto linalohamishwa kutoka uso wa ndani wa paneli kwenda ukutani kwa mionzi ya mawimbi marefu hupungua kidogo. Hata hivyo, kwa kuwa ukubwa wa mabadiliko ya joto uliendelea kuwa mdogo, athari ya uwiano wa kufunikwa kwenye joto la uso wa nje wa ukuta ilitathminiwa kuwa inaweza kupuuzwa.

Dokezo la ishara: Chanzo hapo awali kinafafanua mtiririko wa konveksheni kama upotevu hasi wa joto na katika Kielelezo 10 kinaonyesha nguzo za konveksheni upande hasi; lakini katika aya ya viparameta hapo juu kinaandika thamani 144,99 → 120,45 na 209,56 → 177,46 bila alama ya kutoa. Jedwali linahifadhi namba za maandishi ya chanzo kama zilivyo na halizifafanui upya kwa ishara mpya.

Athari ya unene wa paneli ya kifuniko cha nje

Unene wa paneli ya kifuniko cha nje ulipoongezwa kutoka 0,01 m hadi 0,10 m, mabadiliko katika pato la nguvu ya PV yalibaki madogo. Huko Hangzhou nguvu ya kilele iliongezeka kutoka 27,92 W hadi 28,26 W, na huko Wuhan kutoka 32,38 W hadi 32,99 W. Chanzo kilitathmini tofauti hii kuwa inaweza kupuuzwa kwa upande wa uzalishaji wa umeme.

Kwa upande wa joto, athari ilikuwa dhahiri zaidi. Paneli nene zaidi ilileta inertsi kubwa zaidi ya joto; ilichelewesha kufika kwa mabadiliko ya joto la uso wa ndani wa paneli kwenye uso wa nje wa ukuta na kulainisha mabadiliko ya joto.

Kwa hiyo, katika utafiti wa chanzo unene wa paneli ya kifuniko cha nje unaonekana zaidi kama kigezo cha kuhifadhi joto, kupunguza joto la kilele na kuchelewesha wakati kuliko kama kigezo cha kuboresha uzalishaji wa umeme.

Athari ya ufyonzaji wa mionzi ya jua wa uso wa nje

Ufyonzaji wa mionzi ya jua ni kigezo kisicho na vipimo cha nyenzo/uso kinachoamua kiasi gani cha nishati ya jua ya mawimbi mafupi inayofika kwenye paneli ya kifuniko cha nje hufyonzwa. Katika uchanganuzi wa chanzo, ufyonzaji ulipunguzwa kutoka 0,9 hadi 0,1.

Kupungua kwa ufyonzaji kulibadilisha uzalishaji wa umeme wa PV kwa kiasi kidogo sana. Nguvu ya kilele ya Hangzhou iliongezeka kutoka 27,98 W hadi 28,38 W, na ya Wuhan kutoka 32,51 W hadi 33,14 W. Chanzo kiliorodhesha athari hii kuwa inaweza kupuuzwa.

Athari kwenye joto la uso wa nje wa ukuta ilikuwa dhahiri zaidi. Ufyonzaji ulipopungua kutoka 0,9 hadi 0,1, joto la kilele huko Hangzhou lilipungua kutoka 38,79 °C hadi 35,40 °C, na huko Wuhan kutoka 44,73 °C hadi 39,98 °C.

Mlolongo wa kimwili katika chanzo umeelezwa wazi hivi: ufyonzaji mdogo → paneli ya kifuniko hufyonza nishati kidogo ya jua → joto la paneli hupungua → uhamishaji wa joto kwa mionzi na kwa konveksheni isiyo ya moja kwa moja kutoka paneli kwenda ukutani hupungua → joto la uso wa nje wa ukuta na ongezeko halisi la joto hupungua.

Athari ya mgawo wa utoaji wa mionzi wa uso wa ndani wa paneli ya kifuniko cha nje

Mgawo wa utoaji wa mionzi ya mawimbi marefu \(\varepsilon\) ni sifa ya uso isiyo na vipimo inayowakilisha ufanisi wa uso katika ubadilishanaji wa mionzi ya joto. Chanzo kilibadilisha mgawo wa utoaji wa mionzi wa uso wa ndani wa paneli ya kifuniko unaoelekea pengo la hewa kati ya 0,9 na 0,1.

Uzalishaji wa nguvu ya PV karibu haukuathiriwa na mabadiliko haya. Kupunguza mgawo wa utoaji wa mionzi kutoka 0,9 hadi 0,1 kulisababisha kupungua kwa 0,07 W pekee katika nguvu ya kilele ya Hangzhou na 0,13 W pekee katika nguvu ya kilele ya Wuhan.

Kwa upande mwingine, joto la uso wa nje wa ukuta liliathiriwa sana. Huko Hangzhou joto la kilele lilipungua kutoka 40,09 °C hadi 32,75 °C, na huko Wuhan kutoka 46,45 °C hadi 36,26 °C. Chanzo pia kinaeleza kwamba mgawo wa utoaji wa mionzi unapofikia tayari thamani za chini, joto huwa nyeti zaidi kwa kigezo hiki.

Kwa mujibu wa tafsiri ya chanzo, sababu kuu ni kupungua kwa uhamishaji wa mionzi ya mawimbi marefu kutoka uso wa ndani wa paneli hadi uso wa nje wa ukuta. Kwa kuwa uhamishaji kwa mionzi ndio unaotawala ndani ya mfumo, mabadiliko ya kigezo hiki pia huathiri ongezeko la jumla la joto.

Vigezo vinne vya muundo vinapaswa kusomwaje pamoja?

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muundo wa utafiti

Utafiti ulitumia mkabala wa uundaji wa modeli ya namba unaotegemea fizikia badala ya kampeni ya mfano halisi ya majaribio. Katika mazingira ya MATLAB R2023a, uzalishaji wa umeme wa PV-DSF, usawa wa nishati wa kioo cha PV, upitishaji unaobadilika kwa wakati katika paneli ya kifuniko cha nje, usawa wa nishati wa hewa ya pengo linalopitishwa hewa na upitishaji unaobadilika kwa wakati katika ukuta wa ndani viliunganishwa.

Uhamishaji wa joto wa mwelekeo mmoja ulichukuliwa kwa paneli na ukuta. Mbinu ya tofauti zenye mwisho ilitekelezwa kwa skimu fiche. Hatua ya mwisho ya nafasi ilichaguliwa kuwa 0,001 m na hatua ya wakati 60 s.

Vigezo vya msingi vya kijiometri na kimwili

Dhana na urahisishaji wa modeli

• Uhamishaji wa joto katika paneli na ukuta umeundwa kwa modeli ya mwelekeo mmoja.
• Mionzi ya mawimbi marefu kwenye uso wa nje wa kioo cha fotovoltaiki imepuuzwa katika hesabu ya mgawo wa uso wa nje katika Kiambatisho A.
• Kwa sababu ya unene mdogo wa pengo la hewa, athari za mionzi ya pembeni zimepuuzwa katika hesabu ya mionzi ya paneli–ukuta.
• Sifa za hewa zimekadiriwa kama kazi za mstari za joto kwa sababu ya masafa finyu ya joto yaliyotafitiwa.
• Siku wakilishi ya Julai iliundwa kwa wastani wa kihisabati wa data za kila saa za siku 31 kwa saa zilezile.
• Wakati athari za vigezo zilipochunguzwa, vigezo vingine vya muundo viliwekwa thabiti.
• Ulinganisho wa kina wa viparameta ulifanywa kwa Hangzhou na Wuhan kwa sababu hali zao za hewa hutofautiana kwa kiasi kikubwa.

Upeo wa uthibitishaji wa modeli

Katika uthibitishaji, data za majaribio za pato la nguvu na joto la seli ya PV kutoka fasihi ya awali zilitumika. Kwa pato la nguvu MAE ilikuwa 1,63 W na RMSE 1,84 W; kwa joto MAE ilikuwa 0,63 °C na RMSE 0,68 °C. Chanzo kilihusisha sehemu kubwa ya tofauti za joto na urahisishaji katika mgawo wa uhamishaji wa joto wa uso wa nje.

Uthibitishaji huu unaunga mkono kwamba modeli inaweza kuonyesha ulinganifu wa kuridhisha na data za majaribio; hata hivyo, haumaanishi kwamba uwiano wote wa kufunikwa, unene wa paneli, ufyonzaji, vigawo vya utoaji wa mionzi na hali za miji katika makala hii zilithibitishwa kivyake kwa majaribio ya kimwili ya mfano halisi.

Matokeo makuu

Katika uchanganuzi wa miji tisa, mwenendo wa uzalishaji wa nguvu ya PV ndani ya siku ulifuata kwa karibu mionzi ya jua ya uso wima unaoelekea magharibi. Joto la hewa ya nje lilikuwa na athari ya pili kwenye uzalishaji wa umeme. Mionzi ya jua ya uso wa magharibi ilifikia kilele takriban saa 15:00 na nguvu ya kilele ya PV iliripotiwa kuwa katika masafa ya 27,48–33,84 W kati ya miji.

Uso wa nje wa ukuta ulipata joto mchana kutoka paneli ya kifuniko kwa mionzi ya mawimbi marefu; usiku ulipoteza joto kwa utaratibu huohuo. Upotevu wa joto kwa konveksheni uliendelea siku nzima. Mtiririko wa joto kwa mionzi ulipatikana kuwa utaratibu unaotawala tabia ya jumla ya uhamishaji wa joto.

Kuongeza uwiano wa kufunikwa kwa seli za PV kuliongeza uzalishaji wa umeme kwa kiasi kikubwa huku kukipunguza joto la uso wa nje wa ukuta kwa kiwango kidogo tu. Kuongeza unene wa paneli ya kifuniko cha nje, bila kubadilisha uzalishaji wa umeme kwa kiasi cha maana, kulipunguza kilele cha joto la uso wa nje wa ukuta, kulizuia kuyumba kwa joto na kukichelewesha kilele kwa takriban saa 2.

Kupunguza ufyonzaji wa mionzi ya jua wa paneli ya kifuniko cha nje kulipunguza mzigo wa joto unaopokelewa na paneli kutoka jua, na hivyo kupunguza joto la kilele la uso wa nje wa ukuta na ongezeko la jumla la joto. Kupunguza mgawo wa utoaji wa mionzi wa uso wa ndani wa paneli kulizuia uhamishaji wa mionzi ya mawimbi marefu kati ya paneli na ukuta na kulikuwa na athari kubwa kwenye joto la uso wa nje wa ukuta, hasa kwa vigawo vidogo vya utoaji wa mionzi.

Hitimisho linaloungwa mkono na utafiti

• Katika modeli ya PV-DSF iliyochunguzwa, mabadiliko ya kila siku ya uzalishaji wa umeme yanahusiana kwa nguvu na mionzi ya jua ya uso wima wa magharibi.
• Kati ya vigezo vinne vya muundo vilivyochunguzwa, kigezo kikuu kinachoathiri uzalishaji wa umeme wa PV kwa kiasi kikubwa ni uwiano wa kufunikwa kwa seli za PV.
• Tabia ya kuhifadhi joto ya paneli ya kifuniko cha nje huathiri ukubwa wa kilele, kuchelewa na mabadiliko ya kila siku ya joto la uso wa nje wa ukuta.
• Kupunguza ufyonzaji wa mionzi ya jua wa uso wa nje hupunguza joto la uso wa nje wa ukuta na ongezeko la joto katika modeli.
• Kupunguza mgawo wa utoaji wa mionzi ya mawimbi marefu wa uso wa ndani huzuia uhamishaji wa mionzi kutoka paneli kwenda ukutani na kupunguza joto la kilele la ukuta na ongezeko la jumla la joto.
• Katika matokeo ya modeli, mionzi ya mawimbi marefu kwenye uso wa nje wa ukuta ndiyo sehemu inayotawala tabia ya kila siku ya mtiririko wa jumla wa joto.
• Jaribio la unyeti lilifanywa kwa hatua za nafasi na wakati zilizochaguliwa, na modeli ililinganishwa na data za majaribio ya awali kwa kutumia vipimo vya makosa.

Ujumlishaji ambao utafiti hauungi mkono

• Matokeo hayathibitishi kwamba mabadiliko yale yale ya namba katika joto au nguvu yatatokea katika hali zote za hewa na jiometri zote za PV-DSF.
• Matokeo ya viparameta ya Hangzhou na Wuhan hayawezi kuhamishwa moja kwa moja kwa miji mingine kwa vigawo vilevile.
• Utafiti hautoi majaribio tofauti ya uwandani katika majengo halisi kwa kila tofauti ya muundo iliyojaribiwa.
• Kupatikana kwa kigezo kuwa na athari katika modeli hakumaanishi kwamba thamani bora kiuchumi ya muundo ni moja kwa moja mpaka wa chini kabisa au wa juu kabisa wa kigezo hicho.
• Kwa kuongeza unene wa paneli, mzigo wa kimuundo, gharama, usakinishaji, moto, matengenezo au optimumu ya mzunguko wa maisha haijaamuliwa katika utafiti huu.
• Kwa mgawo mdogo wa utoaji wa mionzi au ufyonzaji mdogo wa mionzi ya jua, kuzeeka kwa nyenzo, uchafuzi na utendaji wa muda mrefu uwandani si mada ya moja kwa moja ya modeli hii.
• Matokeo ya namba yaliyotolewa katika chanzo si thamani za utendaji wa eneo zilizothibitishwa kwa Türkiye au jiografia nyingine ya matumizi lengwa.

Upeo na mapungufu ya mbinu

Makala haina kichwa tofauti cha “Limitations”; hata hivyo, ufafanuzi wa kihisabati wa modeli unaonyesha wazi mipaka ya upeo wake. Uhamishaji wa joto ni wa mwelekeo mmoja, baadhi ya athari za mionzi zimepuuzwa, sifa za hewa zimekadiriwa kwa kazi za mstari za joto, na siku ya Julai imeundwa kutoka wastani wa kila saa wa mwezi.

Zaidi ya hayo, uthibitishaji wa modeli haukufanywa kwa data mpya za majaribio za hali zote za viparameta zilizoundwa kwa utafiti huu, bali kwa matokeo ya majaribio kutoka fasihi ya awali. Kwa hiyo, ingawa utafiti unatoa mfumo imara wa namba unaotegemea fizikia wa kuelewa mielekeo ya muundo na athari za vigezo, hauchukui nafasi ya upangaji wa mwisho wa vipimo vya mradi kwa jengo halisi maalum.

Masuala ya noti na uripoti ndani ya chanzo

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia: Influence of Design Parameters on the Thermoelectric Performance of Photovoltaic Double-Skin Façades

Waandishi: Yang Li; Hao Yuan; Rong Xia; Liqiang Hou.

Mpangilio wa waandishi: Yang Li, Hao Yuan, Rong Xia, Liqiang Hou.

Mchango sawa: Katika makala ya chanzo hakuna taarifa ya waandishi wa kwanza sawa/mchango sawa.

Mwandishi wa mawasiliano: Liqiang Hou.

Taasisi 1: Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510060, China.

Taasisi 2: Collaborative Innovation Center for Natural Resources Planning and Marine Technology of Guangzhou, Guangzhou 510060, China.

Taasisi 3: Guangdong Enterprise Key Laboratory for Urban Sensing, Monitoring and Early Warning, Guangzhou 510060, China.

Taasisi 4: College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China.

Taasisi 5: School of Design and Architecture, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China.

Jarida: Buildings.

Mchapishaji: MDPI.

Mwaka / juzuu / toleo / namba ya makala: 2026; 16(5); 1004.

DOI: 10.3390/buildings16051004.

Tarehe ya kuwasilisha: 26 Desemba 2025.

Tarehe ya marekebisho: 8 Februari 2026.

Tarehe ya kukubaliwa: 28 Februari 2026.

Tarehe ya kuchapishwa: 4 Machi 2026.

Aina ya chanzo: Makala asilia ya utafiti; uundaji wa modeli ya namba unaotegemea fizikia na utafiti wa uigaji wa viparameta.

Hali ya mapitio ya kitaalamu: Makala iliyochapishwa katika jarida lililopitiwa na wataalamu.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Ukurasa rasmi wa uchapishaji: https://www.mdpi.com/2075-5309/16/5/1004

Mbinu ya kihisabati: MATLAB R2023a; uhamishaji wa joto wa mwelekeo mmoja unaobadilika kwa wakati; suluhisho fiche la tofauti zenye mwisho kwa paneli ya kifuniko cha nje na ukuta; uundaji uliounganishwa wa uzalishaji wa fotovoltaiki, konveksheni, mionzi ya mawimbi marefu na mtiririko wa hewa unaosababishwa na nguvu ya kunyanyua ya asili.

Uthibitishaji wa modeli: Ulinganisho na data za majaribio zilizochapishwa katika fasihi ya awali za pato la nguvu na joto la seli ya PV. Kwa nguvu MAE 1,63 W na RMSE 1,84 W; kwa joto la PV MAE 0,63 °C na RMSE 0,68 °C.

Data ya hali ya hewa: Data za Julai za Typical Meteorological Year kwa miji tisa wakilishi kutoka ukanda wa majira ya joto yenye joto–majira ya baridi yenye baridi nchini China; siku wakilishi ya saa 24 iliyoundwa kwa wastani wa kihisabati wa thamani za saa ileile za siku 31.

Miji ya uchanganuzi wa viparameta: Hangzhou na Wuhan.

Ufadhili: Collaborative Innovation Center for Natural Resources Planning and Marine Technology of Guangzhou, 2023B04J0301; Key Research and Development Program of Guangdong Province na Guangdong Enterprise Key Laboratory for Urban Sensing, Monitoring and Early Warning, 2025B04J0031; Zhejiang Province Construction Research Project, 2024K065 na 2025K064.

Upatikanaji wa data: Chanzo kinaeleza kwamba data zitatolewa kwa ombi.

Mgongano wa maslahi: Yang Li anafanya kazi katika Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute Co., Ltd. Waandishi wengine wametangaza kwamba utafiti ulifanywa bila mahusiano yanayoweza kusababisha mgongano wa maslahi ya kibiashara au kifedha.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana L.H.; metodolojia Y.L.; programu Y.L.; uchanganuzi rasmi R.X.; utafiti Y.L. na H.Y.; uratibu wa data R.X.; uthibitishaji H.Y.; rasimu ya kwanza Y.L.; mapitio na uhariri L.H.; upatikanaji wa ufadhili Y.L. na L.H.

Kikomo kikuu cha tafsiri ya kimbinu: Matokeo yanahusu modeli ya kihisabati na hali zilizochaguliwa za hali ya hewa/mipaka. Utafiti hautoi majaribio mapya ya uwandani kwa usanidi wote wa viparameta. Modeli ya mwelekeo mmoja, upuuzaji wa mionzi uliotajwa, mkabala wa mstari wa sifa za hewa na mbinu ya kuunda siku wakilishi hupunguza muktadha ambao matokeo yanaweza kutumika.