Фасади дуқабатаи фотоэлектрикӣ (Photovoltaic Double-Skin Façade, PV-DSF), системаи фасадиест, ки шишаи фотоэлектрикӣ ва панели рӯйпӯши тарафи берун, ковокии ҳавоии вентилятсияшаванда ва қабатҳои девори дохилиро якҷо карда, ҳам истеҳсоли барқ аз офтоб ва ҳам идоракунии интиқоли гармиро дар пӯсти бино ҳадаф қарор медиҳад. Ин таҳқиқот барои омӯзиши рафтори гармӣ ва барқии PV-DSF-ҳои дорои панели рӯйпӯши берунӣ дар шароити тобистон дар муҳити MATLAB R2023a модели математикӣ сохтааст. Модел интиқоли якченака ва вобаста ба вақтро бо усули фарқҳои ниҳоии ғайриошкор ҳал мекунад; истеҳсоли фотоэлектрикӣ, гузаронандагӣ, конвексия, шуоъафкании мавҷи дароз ва ҳаракати ҳаворо, ки аз қувваи бардорандаи табиӣ ба вуҷуд меояд, якҷо баррасӣ мекунад.
Натиҷаи асосии таҳқиқот нишон медиҳад, ки истеҳсоли барқи PV-DSF пеш аз ҳама шуоъафкании офтобиро, ки ба сатҳи амудии рӯ ба ғарб мерасад, пайгирӣ мекунад ва дар байни параметрҳои тарҳ тағйирёбандаи асосие, ки ба истеҳсоли барқ таъсири равшан мерасонад, таносуби пӯшиши ҳуҷайраҳои фотоэлектрикӣ мебошад. Баръакс, таъсири захираи гармии панели рӯйпӯши берунӣ, қобилияти фурӯбарии офтобии сатҳи берунии он ва коэффисиенти шуоъдиҳии мавҷи дарози сатҳи дохилиаш бештар аз истеҳсоли барқ ба ҳарорати сатҳи берунии девор ва даромади гармӣ таъсир расонидаанд.
Дар натиҷаҳои модел сатҳи берунии девор рӯзона аз шуоъафкании мавҷи дароз гармӣ гирифта, шабона аз шуоъафканӣ гармӣ аз даст додааст. Талафи гармӣ тавассути конвексия ба самти ковокии ҳаво бошад, тамоми рӯз идома ёфтааст. Гузориш шудааст, ки дар тағйирёбии интиқоли холиси гармӣ ҷузъи шуоъафканӣ бартарӣ дорад. Зиёд кардани ғафсии панели рӯйпӯши берунӣ қимати қуллаи ҳароратро кам карда, онро тақрибан 2 соат ба таъхир андохтааст; кам кардани қобилияти фурӯбарии офтобии сатҳи берунӣ ё коэффисиенти шуоъдиҳии сатҳи дохилӣ низ ҳарорати қуллаи сатҳи берунии девор ва даромади умумии гармиро коҳиш додааст.
Ҳудуди татбиқи ин натиҷаҳо муҳим аст. Таҳқиқот модели ададиест, ки дар шароити рӯзи намояндагӣ, ки аз маълумоти моҳи июли Соли Типикии Метеорологии нӯҳ шаҳри Чин сохта шудааст, кор мекунад. Таҳқиқоти муфассали параметрӣ махсусан барои Hangzhou ва Wuhan гузаронида шудаанд. Гарчанде модел бо ченкуниҳои таҷрибавии таҳқиқоти қаблӣ муқоиса шудааст, ин мақола санҷиши алоҳидаи саҳроии ҳамаи конфигуратсияҳои PV-DSF-и дар ин ҷо омӯхташударо дар биноҳои воқеӣ пешниҳод намекунад.
Масъалае, ки таҳқиқот кӯшиш мекунад ҳал намояд
Гарчанде дар бораи рафтори гармии фасадҳои дуқабата адабиёти васеъ мавҷуд аст, вақте ба фасади берунӣ шишаи фотоэлектрикӣ илова мешавад, система дигар танҳо унсури сояафканӣ ва вентилятсия нест. Шишаи фотоэлектрикӣ як қисми шуоъафкании офтобиро ба энергияи барқӣ табдил медиҳад, як қисми онро фурӯ мебарад, як қисмашро мегузаронад ва самаранокии барқии он вобаста ба ҳарорати худ тағйир меёбад. Ҳамин тавр, истеҳсоли барқ ва интиқоли гармӣ дар дохили фасад ба ҳам пайваст мешаванд.
Холигии адабиёт, ки таҳқиқоти манбаъ муайян кардааст, ин аст, ки таъсири ин тағйирёбандаҳои тарҳ дар геометрияҳои воқеъбинонаи PV-DSF бо панели рӯйпӯши берунӣ ба қадри кофӣ равшан нест. Гуфта мешавад, ки дар қисми муҳими таҳқиқоти қаблии PV-DSF ва девори PV-Trombe панели рӯйпӯши берунӣ мавҷуд набудааст. Аз ин рӯ, ин таҳқиқот панели рӯйпӯши беруниро низ ба сохтори математикӣ дохил карда, таъсири алоҳидаи таносуби пӯшиш, ғафсии панел, қобилияти фурӯбарии офтобӣ ва коэффисиенти шуоъдиҳии мавҷи дарозро меомӯзад.
«Самаранокии термоэлектрикӣ» дар ин ҷо чӣ маъно дорад?
Мақолаи манбаъ ба забони англисӣ истилоҳи thermoelectric performance-ро истифода мебарад. Истифодаи он дар ин таҳқиқот истеҳсоли барқ бо таъсири Seebeck дар маводи термоэлектрикӣ нест. Дар ин ҷо маъно арзёбии якҷояи самаранокии гармӣ ва истеҳсоли барқи фотоэлектрикии PV-DSF мебошад. Аз ин рӯ, дар баёни туркӣ ибораи «самаранокии гармӣ-электрикӣ» истифода шудааст.
Фасади Дуқабатаи Фотоэлектрикӣ (PV-DSF) Чист?
Фасади дуқабатаи фотоэлектрикӣ системаи пӯсти биноест, ки дар тарафи берун шишаи фотоэлектрикӣ ва панели рӯйпӯши берунӣ, дар паси онҳо ковокии ҳавоии вентилятсияшаванда ва дар дарунтар девори бисёрқабатаи бино дорад; дар модели манбаъ ҳаракати табиии ҳаво дар ковокӣ гармиро дур мекунад, дар ҳоле ки шишаи фотоэлектрикӣ ҳамзамон аз энергияи офтоб барқ истеҳсол мекунад.
Сохтори физикӣ дар модели манбаъ
Модел PV-DSF-и баландияш 3 m ва бараш 1 m-ро ифода мекунад. Ғафсии ковокии ҳавоии вентилятсияшаванда 0,15 m ва масоҳати кушодагии вентилятсия 0,15 m2 мебошад. Пардаи фотоэлектрикии берунии девор аз шишаи фотоэлектрикӣ ва панели рӯйпӯши берунӣ иборат аст. Девори дохилӣ бошад, аз қабатҳои маҳлул, полистироли экструдшуда (XPS), бетон ва гаҷ иборат мебошад.
Хусусиятҳои гармии қабатҳои мавод
| Мавод | Ғафсӣ (m) | Зичӣ (kg·m−3) | Гармии хос (J·kg−1·K−1) | Гузаронандагии гармӣ (W·m−1·K−1) |
|---|---|---|---|---|
| Шишаи фотоэлектрикӣ | 0,0064 | 2800 | 850 | 0,76 |
| Панели рӯйпӯши берунӣ | 0,02 | 1800 | 1050 | 0,81 |
| Ковокии ҳавоии вентилятсияшаванда | 0,15 | Дар ҷадвали манбаъ дода нашудааст | Дар ҷадвали манбаъ дода нашудааст | Дар ҷадвали манбаъ дода нашудааст |
| Маҳлул | 0,01 | 1800 | 1050 | 0,93 |
| XPS | 0,04 | 35 | 1380 | 0,03 |
| Бетон | 0,18 | 2500 | 920 | 1,74 |
| Гаҷ | 0,025 | 1050 | 1050 | 0,33 |
Параметрҳои ибтидоии тарҳ
Қобилияти фурӯбарии офтобии сатҳи берунии панели рӯйпӯш 0,9, коэффисиенти шуоъдиҳии мавҷи дарози сатҳи дохилии панел 0,6 ва коэффисиенти шуоъдиҳии мавҷи дарози сатҳи берунии девор 0,6 гирифта шудааст. Самаранокии истеҳсоли барқи ҳуҷайраҳои фотоэлектрикии CdTe дар ҳарорати истинодии 25 °C %14 ва коэффисиенти ҳароратӣ %0,2·K−1 мебошад. Гузаронандагии шишаи фотоэлектрикӣ 0,8 ва қобилияти фурӯбарии шуоъафкании офтобии шиша 0,05 дода шудааст.
Чаро ҷараёни гармӣ рӯзона ва шабона фарқ мекунад?
Дар натиҷаҳои модел сатҳи дохилии панели рӯйпӯши берунӣ рӯзона гарм шуда, ба сатҳи берунии девор шуоъафкании мавҷи дароз интиқол медиҳад. Аз ин рӯ, ҷараёни гармии шуоъафканӣ дар сатҳи берунии девор рӯзона мусбат аст. Шабона, вақте панели рӯйпӯш сард мешавад, самти холиси шуоъафкании мавҷи дароз баръакс шуда, сатҳи берунии девор тавассути шуоъафканӣ гармӣ аз даст медиҳад. Дар айни замон, талафи гармӣ аз сатҳи берунии девор ба ковокии ҳаво тавассути конвексия тамоми рӯз идома мекунад. Манбаъ мегӯяд, ки дар рафтори ҷараёни умумии гармӣ ҷузъи шуоъафканӣ бартарӣ дорад.
Истеҳсоли барқи фотоэлектрикӣ чӣ гуна моделсозӣ шудааст?
Истеҳсоли барқи шишаи фотоэлектрикӣ дар манбаъ бо Муодилаи (1) дода шудааст:
\[ E=\varepsilon q_s\tau\eta_{\mathrm{ref}} \left[1-B_r\left(T_{\mathrm{PV}}-298.15\right)\right] \tag{1} \]
Дар ин муодила \(\varepsilon\) таносуби пӯшиши ҳуҷайраҳои фотоэлектрикӣ мебошад; \(q_s\) шуоъафкании офтобӣ дар сатҳи амудии рӯ ба ғарб аст ва воҳидаш W·m−2 мебошад; \(\tau\) гузаронандагии шишаи фотоэлектрикӣ мебошад; \(\eta_{\mathrm{ref}}\) самаранокии истеҳсоли барқ дар ҳарорати истинод аст; \(B_r\) коэффисиенти ҳароратии шишаи фотоэлектрикӣ мебошад; \(T_{\mathrm{PV}}\) ҳарорати шишаи фотоэлектрикӣ мебошад ва муодилаи манбаъ Kelvin-ро истифода мебарад.
Қимати 298,15 K ба ҳарорати истинодии 25 °C мувофиқ аст. Азбаски ислоҳи ҳарорат дар муодила бо аломати тарҳкунӣ ҷойгир шудааст, ҳангоми аз ҳарорати истинод боло рафтани ҳарорати шишаи фотоэлектрикӣ, зарбкунандаи ислоҳи ҳарорат дар қавсҳои мураббаъ хурд мешавад. Аз ин рӯ, дар ҳамон шуоъафкании офтобӣ ва таносуби пӯшиш, шишаи PV-и гармтар дар модел баромади барқии каме пасттар медиҳад.
Ҳудуди нотация/воҳид: Манбаъ \(E\)-ро «power generation» меномад; аммо дар Муодилаи (1) зарбкунандаи ошкори масоҳати фасад дида намешавад ва \(q_s\) W·m−2 воҳид дорад. Дар графикҳои натиҷа бошад, қувва бо W дода шудааст. Азбаски манбаъ дар атрофи ин муодила дар куҷо татбиқ шудани табдили масоҳатро алоҳида шарҳ намедиҳад, Verianla ин ифодаро аз нав таъриф накарда ва зарбкунандаи нави масоҳат илова накардааст.
Тавозуни гармии шишаи фотоэлектрикӣ
Тағйирёбии ҳарорати шишаи PV бо вақт бо Муодилаи (2) моделсозӣ шудааст:
\[ c_{\mathrm{PV}}\rho_{\mathrm{PV}}d_{\mathrm{PV}} \frac{T_{\mathrm{PV}}^{j+1}-T_{\mathrm{PV}}^{j}}{\Delta t} = \frac{\lambda_{\mathrm{PV}}}{d_{\mathrm{PV}}} \left(T_{e,1}-T_{\mathrm{PV}}^{j+1}\right) +h_{\mathrm{out}} \left(T_o-T_{\mathrm{PV}}^{j+1}\right) +q_s\alpha+\varepsilon q_s\tau-E \tag{2} \]
Тарафи чапи муодила истилоҳи захира/тағйири энергия дар шишаи фотоэлектрикӣ дар як қадами вақт аст. Дар тарафи рост гузаронандагӣ бо панели рӯйпӯши берунӣ, мубодилаи гармӣ бо ҳавои берунӣ, энергияи офтобии аз ҷониби шишаи фотоэлектрикӣ фурӯбурдашуда, истилоҳи вобаста ба шуоъафкании офтобӣ, ки аз қисми дорои ҳуҷайраҳо мегузарад, ва истилоҳи \(E\), ки ба истеҳсоли барқ ҷудо мешавад, якҷо ҷой гирифтаанд.
\(c_{\mathrm{PV}}\) гармии хос, \(\rho_{\mathrm{PV}}\) зичӣ, \(d_{\mathrm{PV}}\) ғафсии шишаи PV, \(\Delta t\) қадами вақт, \(T_o\) ҳарорати ҳавои берунӣ, \(\alpha\) қобилияти фурӯбарии офтобии шишаи PV ва \(h_{\mathrm{out}}\) коэффисиенти умумии интиқоли гармии сатҳи беруниро ифода мекунад.
Ёддошти истилоҳии манбаъ: Дар шарҳи муодила \(\lambda_{\mathrm{PV}}\) «thermal diffusivity» номида шудааст; аммо манбаъ барои ҳамин рамз воҳиди W·m−1·K−1 медиҳад. Ин воҳиди гузаронандагии гармӣ аст. Номгузории манбаъ хомӯшона тағйир дода нашудааст.
Чаро панели рӯйпӯши берунӣ ба гиреҳҳои фарқҳои ниҳоӣ ҷудо шудааст?
Қабул нашудааст, ки панел ва девор дар тамоми ғафсӣ як ҳарорат дошта бошанд. Гузаронандагии якченакаи гармӣ дар гиреҳҳои фазоии ғафсии панел ҳал мешавад. Манбаъ дар Муодилаи (3) барои панели рӯйпӯши берунӣ гиреҳи сатҳи берунӣ, гиреҳҳои дохилӣ ва гиреҳи сатҳи дохилии рӯ ба ковокии ҳаворо бо тавозунҳои алоҳидаи энергия муайян кардааст:
\[ \begin{cases} i=1,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{e,1}^{j+1}-T_{e,1}^{j}}{\Delta t} = k_{E1} \dfrac{T_{e,2}^{j+1}-T_{e,1}^{j+1}}{\Delta x} + \dfrac{\lambda_{\mathrm{PV}}}{d_{\mathrm{PV}}} \left(T_{\mathrm{PV}}-T_{e,1}^{j+1}\right) + q_s(1-\varepsilon)\tau_{\mathrm{PV}}\alpha_w \\[8pt] 2\le i\le n-1,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{e,i}^{j+1}-T_{e,i}^{j}}{\Delta t} = k_{Ei} \dfrac{T_{e,i+1}^{j+1}-T_{e,i}^{j+1}}{\Delta x} + k_{Wi} \dfrac{T_{e,i-1}^{j+1}-T_{e,i}^{j+1}}{\Delta x} \\[8pt] i=n,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{e,n}^{j+1}-T_{e,n}^{j}}{\Delta t} = \dfrac{T_f^{j+1}-T_{e,n}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{c,ew}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_n^{j+1}} \right)\Delta x} + \dfrac{T_{i,1}^{j+1}-T_{e,n}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{r,w}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_n^{j+1}} \right)\Delta x} + k_{Wn} \dfrac{T_{e,n-1}^{j+1}-T_{e,n}^{j+1}}{\Delta x} \end{cases} \tag{3} \]
Дар ин ҷо \(i\) мавқеи гиреҳ дар ғафсии панел, \(j\) ва \(j+1\) сохтори индексии сатҳҳои пайдарпайи вақтро нишон медиҳанд. Гиреҳи аввал сарҳади берунии тарафи PV ва гиреҳи охир сатҳи дохилии панелро, ки бо ковокии ҳаво ва девор дар ҳамтаъсирии гармӣ аст, ифода мекунад. Дар гиреҳҳои миёна тағйири энергия бо гузаронандагии байни ду гиреҳи ҳамсоя муайян мешавад.
Коэффисиентҳои гузаронандагии интерфейси шарқӣ ва ғарбӣ, ки манбаъ истифода кардааст, чунинанд:
\[ k_{E1}= \frac{\Delta x_{E1}} {\dfrac{\Delta x_1}{2k_1}+\dfrac{\Delta x_2}{2k_2}}, \qquad k_{Ei}= \frac{\Delta x_{Ei}} {\dfrac{\Delta x_i}{2k_i}+\dfrac{\Delta x_{i+1}}{2k_{i+1}}} \]
\[ k_{Wi}= \frac{\Delta x_{Wi}} {\dfrac{\Delta x_{i-1}}{2k_{i-1}}+\dfrac{\Delta x_i}{2k_i}}, \qquad k_{Wn}= \frac{\Delta x_{Wn}} {\dfrac{\Delta x_{n-1}}{2k_{n-1}}+\dfrac{\Delta x_n}{2k_n}} \]
Ин сохтор бо истифода аз муқовиматҳои гармии силсилавӣ, ки аз нисфи ғафсии ҳуҷайраҳои ҳамсоя иборатанд, гузаронандагиро аз интерфейс ифода мекунад. \(\Delta x\) қадами фазоӣ аст. Манбаъ барои сатҳи панели рӯ ба ковокии ҳаво коэффисиенти конвексияи \(h_{c,ew}\) ва барои шуоъафкании мавҷи дарози панел–девор \(h_{r,w}\)-ро истифода мебарад.
Тавозуни энергияи ковокии ҳаво
Тавозуни энергия барои ҳавои ковокии вентилятсияшаванда дар Муодилаи (4) дода шудааст:
\[ h_{c,ew}(T_{e,i}-T_f) + h_{c,iw}(T_{i,e}-T_f) = \frac{1}{R_f}(T_f-T_o) \tag{4} \]
\(T_f\) ҳарорати ҳавои ковокӣ аст. Сохторе муқаррар шудааст, ки дар он конвексия байни сатҳи дохилии панел, сатҳи берунии девор ва ҳаво бо мубодилаи энергияи ковокии ҳаво бо муҳити берунӣ мувозинат мешавад.
Манбаъ муқовимати гармии байни ҳуҷра ва ковокии ҳавои гардишкунанда-ро дар Муодилаи (5) ба шакли зерин чоп кардааст:
\[ R_f= -\frac{1}{h_{cg}+h_{cw}} - \frac{A_c} {m\,c_f \left( e^{-\frac{A_c}{(h_{cg}+h_{cw})\,m\,c_f}} -1 \right)} \tag{5} \]
Дар муодилаи манбаъ нотацияҳои \(h_{cg}\) ва \(h_{cw}\) истифода мешаванд, дар ҳоле ки дар шарҳи фавран баъдӣ барои сатҳи рӯйпӯши берунӣ ва девор рамзҳои \(h_{c,ew}\) ва \(h_{c,iw}\) муайян карда мешаванд. Ин гузариши нотация дар манбаъ алоҳида шарҳ дода нашудааст. Илова бар ин, истилоҳи экспоненсиалии Муодилаи (5) дар манбаъ ба шакли боло чоп шудааст; Verianla шакли андозагиро аз нав тартиб дода «ислоҳ» накардааст.
Муодилаҳои додашуда барои ҳаракати массаи ҳаво ва суръати ҳаво:
\[ m=vA_a\rho_f \tag{6} \]
\[ v= \sqrt{ \frac{2gH} {8\left(\dfrac{A_a}{A_v}\right)^2+2} \cdot \frac{T_f-T_o}{T_f+273} } \tag{7} \]
Дар ин ҷо \(H\) баландии девор; \(A_c\) масоҳати девор; \(A_a\) масоҳати буриши ковокии ҳаво; \(A_v\) масоҳати кушодагиҳои ҳаво; \(\rho_f\) зичии ҳавои ковокӣ; \(v\) суръати ҳаво мебошад. Истилоҳи физикии ҳаракатдиҳандаи Муодилаи (7) фарқи ҳарорати \(T_f-T_o\) аст: фарқи ҳарорат байни ҳавои ковокӣ ва муҳити берунӣ ба таъсири бардорандаи табиӣ пайваст карда мешавад. Манбаъ барои ҷараёни баръакс ё ҳолатҳои решаи манфӣ протоколи сарҳадии алоҳида шарҳ намедиҳад; аз ин рӯ Verianla барои чунин ҳолат рафтори нав муайян накардааст.
Гузаронандагии гармии вобаста ба вақти девори дохилӣ
Девори бисёрқабатаи дохилӣ низ бо гиреҳҳои фарқҳои ниҳоӣ моделсозӣ шудааст. Муодилаи (8)-и манбаъ:
\[ \begin{cases} i=1,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{i,1}^{j+1}-T_{i,1}^{j}}{\Delta t} = k_{E1} \dfrac{T_{i,2}^{j+1}-T_{i,1}^{j+1}}{\Delta x} + \dfrac{T_f^{j+1}-T_{i,1}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{c,iw}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_1^{j+1}} \right)\Delta x} + \dfrac{T_{e,n}^{j+1}-T_{i,1}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{r,w}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_1^{j+1}} \right)\Delta x} \\[8pt] 2\le i\le n-1,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{i,i}^{j+1}-T_{i,i}^{j}}{\Delta t} = k_{Ei} \dfrac{T_{i,i+1}^{j+1}-T_{i,i}^{j+1}}{\Delta x} + k_{Wi} \dfrac{T_{i,i-1}^{j+1}-T_{i,i}^{j+1}}{\Delta x} \\[8pt] i=n,\; c_p\rho\Delta x \dfrac{T_{i,n}^{j+1}-T_{i,n}^{j}}{\Delta t} = \dfrac{T_{\mathrm{in}}-T_{i,n}^{j+1}} {\left( \dfrac{1}{h_{\mathrm{in}}\Delta x} + \dfrac{1}{2k_n^{j+1}} \right)\Delta x} + k_{Wn} \dfrac{T_{i,n-1}^{j+1}-T_{i,n}^{j+1}}{\Delta x} \end{cases} \tag{8} \]
Ҳарорати тарҳии муҳити дохилӣ дар манбаъ 26 °C ва коэффисиенти умумии интиқоли гармии сатҳи дохилӣ \(h_{\mathrm{in}}\) 8,7 W·m−2·K−1 дода шудааст. Дар сохтори муодила тарафи \(i=1\) бо ковокии ҳаво ва панел, тарафи \(i=n\) бошад бо ҳарорати муҳити дохилӣ \(T_{\mathrm{in}}\) ҳамтаъсир аст.
Ёддошти индекси дохили манбаъ: Шарҳи фавран зери Муодилаи (8) \(T_{i,n}\)-ро «ҳарорати сатҳи берунии девор» муайян мекунад. Аммо шартҳои сарҳадии муодила гиреҳи \(i=1\)-ро ба ковокии ҳаво ва шуоъафкании панел, гиреҳи \(i=n\)-ро ба муҳити дохилии \(T_{\mathrm{in}}\) мепайванданд. Аз ин рӯ, байни матни манбаъ ва сохтори сарҳадии муодила номувофиқии номгузории индекс вуҷуд дорад; Verianla индексҳоро хомӯшона аз нав таъриф накардааст.
Коэффисиенти интиқоли гармии сатҳи берунӣ
Дар Замимаи A, бо сарфи назар кардани шуоъафкании мавҷи дароз дар сатҳи берунии шишаи фотоэлектрикӣ, коэффисиенти умумии интиқоли гармии сатҳи берунӣ ҳамчун функсияи суръати миёнаи шамоли берунӣ дода шудааст:
\[ h_{\mathrm{out}}=4.2v+2.5 \tag{A1} \]
Дар ин ҷо \(v\) суръати миёнаи шамоли муҳити берунӣ аст ва воҳидаш m·s−1 мебошад. Ин муодила робитаи ёрирасонест, ки мубодилаи гармии моделро бо муҳити берунӣ ба суръати шамол мепайвандад.
Шуоъафкании мавҷи дароз байни панел ва девор
Манбаъ аз сабаби ғафсии хурди ковокии ҳаво таъсири шуоъафкании канориро сарфи назар мекунад. Коэффисиенти эквивалентии интиқоли гармии шуоъафканӣ байни панел ва девор:
\[ h_{r,w}= \frac{ \sigma \left(T_{e,n}^{2}+T_{i,1}^{2}\right) \left(T_{e,n}+T_{i,1}\right) }{ \dfrac{1}{\varepsilon_{e,i}} + \dfrac{1}{\varepsilon_{i,e}} -1 } \tag{A2} \]
\(T_{e,n}\) дар ин робита ҳарорати сатҳи дохилии панели рӯйпӯши берунӣ ва \(T_{i,1}\) ҳарорати сатҳи девори рӯ ба ковокӣ истифода мешаванд. \(\varepsilon_{e,i}\) коэффисиенти шуоъдиҳии сатҳи дохилии панели рӯйпӯш ва \(\varepsilon_{i,e}\) коэффисиенти шуоъдиҳии сатҳи берунии девор аст. \(\sigma\) рамзи стандартии собити Stefan–Boltzmann дар робитаи шуоъафкании мавҷи дароз мебошад; манбаъ дар ин ҷо қимати ададии собитро алоҳида намедиҳад.
Натиҷаи муҳими физикии Муодилаи (A2) ин аст, ки бо кам шудани коэффисиенти шуоъдиҳӣ, коэффисиенти эквивалентии интиқоли гармии шуоъафканӣ байни ду сатҳ метавонад кам шавад. Дар натиҷаҳои параметрии таҳқиқот, кам шудани ҳарорати қуллаи девор ҳангоми коэффисиенти пасти шуоъдиҳии сатҳи дохилии рӯйпӯш бо ин робитаи шуоъафканӣ мувофиқ аст.
Конвексияи табиӣ: ададҳои Nusselt, Rayleigh ва Prandtl
Замимаи C коэффисиентҳои конвексияро дар сатҳҳои ковокии ҳаво тавассути адади Nusselt ҳисоб мекунад. Аммо манбаъ Муодилаи (A3)-ро дар шакли чопшуда чунин медиҳад:
\[ h_{c,iw}=Nu_{iw}\frac{\lambda_f}{H}, \qquad h_{c,iw}=Nu_{iw}\frac{\lambda_f}{H} \tag{A3} \]
Матни атрофии манбаъ дар бораи коэффисиентҳои конвексия барои ду сатҳи гуногун сухан мегӯяд ва Муодилаи баъдии (A4) барои ҳам \(Nu_{ew}\) ва ҳам \(Nu_{iw}\) робитаҳои алоҳида медиҳад. Бо вуҷуди ин, дар шакли чопшудаи A3 ҳамон ифодаҳои \(h_{c,iw}\) ва \(Nu_{iw}\) ду маротиба такрор шудаанд. Дар ин ҷо ба ҷои манбаъ муодилаи нави «ислоҳшуда» навишта нашудааст.
Ададҳои Nusselt дар манбаъ бо робитаҳои қисмӣи зерин ҳисоб карда мешаванд:
\[ Nu_{ew}= \begin{cases} 0.68+ \dfrac{0.67Ra_{ew}^{1/4}} {\left[1+\left(0.492/Pr\right)^{9/16}\right]^{4/9}}, & Ra_{ew}<10^9 \\[8pt] \left( 0.825+ \dfrac{0.387Ra_{ew}^{1/6}} {\left[1+\left(0.492/Pr\right)^{9/16}\right]^{8/27}} \right)^2, & Ra_{ew}>10^9 \end{cases} \]
\[ Nu_{iw}= \begin{cases} 0.68+ \dfrac{0.67Ra_{iw}^{1/4}} {\left[1+\left(0.492/Pr\right)^{9/16}\right]^{4/9}}, & Ra_{iw}<10^9 \\[8pt] \left( 0.825+ \dfrac{0.387Ra_{iw}^{1/6}} {\left[1+\left(0.492/Pr\right)^{9/16}\right]^{8/27}} \right)^2, & Ra_{iw}>10^9 \end{cases} \tag{A4} \]
Манбаъ дар ҳамин бахш ададҳои беандоза ва хосиятҳои ҳаворо чунин муайян мекунад:
\[ Ra_{ew}= \frac{gH^3\beta(T_{e,i}-T_f)} {a_f\nu_f}, \qquad Ra_{iw}= \frac{gH^3\beta(T_f-T_{i,e})} {a_f\nu_f} \]
\[ Pr=\frac{\nu_f}{a_f}, \qquad \nu_f=\frac{\mu_f}{\rho_f}, \qquad a_f=\frac{\lambda_f}{\rho_f c_f}, \qquad \beta=\frac{1}{T_f} \]
Адади Rayleigh таъсири фарқи ҳарорат ва қувваи бардорандаро ба конвексияи табиӣ; адади Prandtl таносуби хосиятҳои паҳншавии импулс ва гармӣ; адади Nusselt бошад қувваи нисбии конвексияи сатҳро нисбат ба гузаронандагӣ ифода мекунад. Ин шарҳҳо барои фаҳмидани нақши физикии муодилаҳо мебошанд; натиҷаи нави таҷрибавии таҳқиқот нестанд.
Нотацияи ҳарорат: Манбаъ қаблан \(T_f\)-ро бо °C муайян мекунад, аммо дар Замимаи C \(\beta=1/T_f\) менависад; дар ҳамин мақола Муодилаи (7) табдили ҳарорати мутлақро ба шакли \(T_f+273\) ошкоро истифода мебарад. Азбаски барои ифодаи \(\beta\) дар Замимаи C табдили ҷудогонаи °C→K дар матн зикр нашудааст, Verianla онро хомӯшона илова накардааст.
Тағйири хосиятҳои ҳаво бо ҳарорат
Манбаъ бо қабул кардани он ки диапазони ҳарорат дар ковокии ҳаво маҳдуд аст, байни хосиятҳои ҳаво ва ҳарорат робитаҳои хаттӣ истифода кардааст:
\[ \begin{cases} \mu_f= \left[18.45+0.05(T_f-27)\right]\times10^{-6} \\ \rho_f= 1.177-0.004(T_f-27) \\ \lambda_f= 0.02646+0.00008(T_f-27) \end{cases} \tag{A5} \]
\(\mu_f\) часпакии динамикӣ, \(\rho_f\) зичӣ ва \(\lambda_f\) гузаронандагии гармии ҳаворо ифода мекунанд. Манбаъ ошкоро мегӯяд, ки ин наздиксозии хаттӣ аз сабаби диапазони маҳдуди ҳарорат истифода шудааст.
Ҳассосият ба қадами фазоӣ ва замонӣ
Барои муайян кардани он ки ҳалли фарқҳои ниҳоӣ ба қадамҳои ададӣ аз ҳад зиёд ҳассос аст ё не, бо истифода аз ҳарорати сатҳи берунии девор санҷиши қадам гузаронида шудааст. Дар матн қадамҳои фазоӣ 0,0005; 0,001; 0,002; 0,004; 0,01 ва 0,015 m номбар шудаанд. Аммо дар легендаи Шакли 2-и манбаъ ба ҷои 0,01 m, 0,008 m дида мешавад. Ҳамин параграф мегӯяд, ки вақте қадами фазоӣ аз 0,008 m камтар аст, натиҷаҳо ба ҳам наздиканд. Дар ҳисобҳои ниҳоӣ 0,001 m интихоб шудааст.
Санҷиши қадами вақт бо арзишҳои 30, 60, 120, 240, 600 ва 1200 s анҷом дода шудааст. Манбаъ мегӯяд, ки дар қадамҳои вақти аз 240 s калонтар натиҷаҳо хато мешаванд; дар қадамҳои хурдтар натиҷаҳо ба ҳам наздиканд. Барои мувозинат байни ҳассосият ва устувории ҳисоб 60 s ҳамчун қадами вақт истифода шудааст.
| Параметр | Арзишҳои дар манбаъ санҷидашуда | Мушоҳидаи манбаъ | Арзиши интихобшуда |
|---|---|---|---|
| Қадами фазоӣ | Матн: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,004; 0,01; 0,015 m. Легендаи шакл: ба ҷои 0,01 — 0,008 m. | Гуфта шудааст, ки дар зери 0,008 m натиҷаҳо ба ҳам наздиканд. | 0,001 m |
| Қадами вақт | 30; 60; 120; 240; 600; 1200 s | Гуфта шудааст, ки қадамҳои аз 240 s калонтар натиҷаҳои хато медиҳанд. | 60 s |
Модел чӣ гуна тасдиқ карда шуд?
Муҳаққиқон ба ҷои сохтани таҷҳизоти нави прототипии таҷрибавӣ барои ин мақола, маълумоти таҷрибавии таҳқиқоти қаблан нашршударо барои тасдиқи модел истифода бурдаанд. Конфигуратсияҳои параметрии модели ададӣ ва санҷишҳои таҷрибавӣ мувофиқ карда шуда, тағйирёбандаҳои муқоиса баромади қувва ва ҳарорати ҳуҷайраи PV буданд.
| Тағйирёбандаи тасдиқ | MAE | RMSE |
|---|---|---|
| Баромади қувва | 1,63 W | 1,84 W |
| Ҳарорати ҳуҷайраи PV | 0,63 °C | 0,68 °C |
MAE (Mean Absolute Error / Хатои Мутлақи Миёна) миёнаи фарқҳои мутлақ байни пешгӯиҳо ва арзишҳои таҷрибавиро ифода мекунад. RMSE (Root Mean Square Error / Решаи Миёнаи Квадратии Хато) бошад, азбаски ба хатоҳои калон вазни квадратӣ медиҳад, ба инҳирофҳои калонтар ҳассостар аст. Манбаъ ин сатҳҳои хаторо ҳамчун натиҷаи тасдиқ шарҳ медиҳад, ки эътимоднокии моделро барои моделсозии самаранокии гармии PV-DSF дастгирӣ мекунад.
Сабаби асосии фарқҳои боқимонда дар ҳарорати ҳуҷайраи PV равиши содакардашудаи коэффисиенти интиқоли гармии сатҳи берунӣ нишон дода шудааст. Ин нуқта нишон медиҳад, ки модел «нусхаи айнан якхелаи ченкунӣ» нест ва раванди физикӣ бо робитаҳои муайян тақриб карда шудааст.
Рӯзи намояндагии моҳи июл чӣ гуна сохта шуд?
Таҳқиқот аз минтақаи иқлимии тобистони гарм–зимистони сард дар Чин нӯҳ шаҳри намояндагиро интихоб кардааст: Changsha, Chengdu, Chongqing, Hangzhou, Hefei, Nanchang, Nanjing, Shanghai ва Wuhan. Аз маълумоти Соли Типикии Метеорологии моҳи июл, бо истифода аз шуоъафкании глобалии уфуқӣ, шуоъафкании мустақими нормалӣ ва шуоъафкании парокандаи уфуқӣ, шуоъафкании соатии офтобӣ дар сатҳи амудии рӯ ба ғарб ҳисоб карда шудааст.
Ҳарорати ҳавои берунӣ ва шуоъафкании офтобии сатҳи амудии ғарбӣ, ки ба ҳамон соати ҳар яке аз 31 рӯз мувофиқанд, ба таври арифметикӣ миёна гирифта шуда, рӯзи 24-соатаи намояндагӣ сохта шудааст. Аз ин рӯ, «рӯзи типикӣ» дар модел ченкунии ягонаи саҳроӣ дар рӯзи муайяни тақвимӣ нест, балки рӯзи синтетикиест, ки хусусиятҳои соатии моҳи июлро бо роҳи миёнагирӣ ифода мекунад.
| Шаҳр | Ҳарорати миёнаи ҳавои берунӣ (°C) | Шуоъафкании миёнаи офтобӣ дар сатҳи амудии рӯ ба ғарб (W·m−2) |
|---|---|---|
| Chengdu | 26,33 | 122,23 |
| Hangzhou | 27,29 | 118,43 |
| Changsha | 29,76 | 142,28 |
| Hefei | 30,28 | 147,52 |
| Nanchang | 29,79 | 137,46 |
| Wuhan | 29,81 | 140,61 |
Матни манбаъ барои се шаҳри дигар ин ҷуфтҳои миёнаро ба таври ададӣ алоҳида нанавиштааст. Аз ин рӯ, аз графики манбаъ бо тахмини визуалӣ арзишҳои нави дақиқ истеҳсол нашудаанд.
Рафтори ҳаррӯзаи истеҳсоли барқ дар фасади ғарбӣ
Шуоъафкании офтобӣ дар сатҳи амудии рӯ ба ғарб субҳ оҳиста афзуда, баъд аз нисфирӯзӣ бо ворид шудани ҷузъи мустақими офтоб босуръат баланд шуда ва сипас ба сӯи ғуруби офтоб коҳиш ёфтааст. Манбаъ мегӯяд, ки қуллаи шуоъафканӣ тақрибан 15:00 ба вуҷуд меояд.
| Шаҳр | Қувваи қулла (W) |
|---|---|
| Changsha | 33,48 |
| Chengdu | 27,48 |
| Chongqing | 31,27 |
| Hangzhou | 27,98 |
| Hefei | 33,84 |
| Nanchang | 31,41 |
| Nanjing | 32,08 |
| Shanghai | 28,23 |
| Wuhan | 32,51 |
Гарчанде каҷи қувва шуоъафкании офтобиро аз наздик пайгирӣ мекунад, он комилан хаттӣ нест. Тавре ки дар Муодилаи (1) дида мешавад, азбаски ҳарорати PV низ ба истеҳсоли барқ таъсир мерасонад, ҳангоми тағйири ҳарорати PV дар як сатҳи шуоъафканӣ баромад метавонад каме тағйир ёбад.
Ҳароратҳои ҷузъҳои PV-DSF чиро нишон доданд?
Ҳароратҳои ҷузъҳои PV-DSF умуман тағйирёбии ҳаррӯзаи ҳарорати ҳавои беруниро пайгирӣ карданд; аммо дар ҳарорати сатҳи берунии девор тақрибан таъхири 1–2 соат мушоҳида шуд. Ҳарорати шишаи PV ва сатҳи дохилии панели рӯйпӯши берунӣ рӯзона аз ҳарорати ҳавои берунӣ ба таври назаррас баландтар аст.
Манбаъ хабар медиҳад, ки қимати қуллаи ҳарорати шишаи PV метавонад аз ҳарорати ҳавои берунӣ 17,40–28,59 °C ва қуллаи ҳарорати сатҳи дохилии панели рӯйпӯши берунӣ бошад 16,86–27,08 °C баландтар бошад. Ҳарорати қуллаи сатҳи дохилии панели рӯйпӯши берунӣ аз ҳарорати қуллаи сатҳи берунии девор 9,93–15,28 °C баландтар ёфт шудааст.
Ин фарқ бо он вобаста дониста шудааст, ки шишаи фотоэлектрикӣ ва панели рӯйпӯш қисми муҳими бори офтобии воридшударо пеш аз расидан ба девори дохилӣ қабул мекунанд. Ҳарорати ковокии ҳаво нисбатан ба ҳарорати ҳавои берунӣ наздик монда ва тамоми рӯз аз ҳарорати сатҳи берунии девор пасттар будааст; ин бо натиҷаи талафи доимии гармӣ тавассути конвексия аз сатҳи девор ба ҳавои ковокӣ мувофиқ аст.
Ҷараёнҳои гармӣ дар сатҳи берунии девор
Дар қоидаи аломати манбаъ, ҷараёни гармии манфӣ талафи гармӣ аз сатҳ ва ҷараёни гармии мусбат даромади гармӣ ба сатҳро ифода мекунад. Дар натиҷаҳои рӯзи намояндагӣ ҷараёни гармии конвективӣ тамоми рӯз манфӣ аст. Ҷараёни гармии шуоъафканӣ рӯзона мусбат ва шабона манфӣ аст.
| Ҷузъи интиқоли гармӣ | Диапазони гузоришшуда (W·m−2) | Маънои аломат |
|---|---|---|
| Ҷараёни гармии конвективӣ | −196,76 то −94,62 | Талафи доимии гармӣ аз сатҳи берунии девор ба ковокии ҳаво |
| Ҷараёни гармии шуоъафканӣ | 204,69 то 329,48 | Қиматҳои қуллаи рӯзонаи матни манбаъ; самти даромади рӯзона бартарӣ дорад |
| Ҷараёни умумии гармӣ | 67,27 то 139,29 | Аз сабаби бартарии шуоъафканӣ, қиматҳои холиси мусбати қулла дар манбаъ |
Гуфта шудааст, ки қуллаи ҷараёни гармии шуоъафканӣ 1–2 соат пас аз қуллаи ҷараёни конвективӣ ва қуллаи ҷараёни умумии гармӣ тақрибан 1 соат пас аз қуллаи шуоъафканӣ ба вуҷуд меояд. Ин таъхир таъсири замонии рафтори захираи гармии қабатҳои фасадро нишон медиҳад.
Кадом Параметри Тарҳ Ба Истеҳсоли Барқ Дар PV-DSF Бештар Таъсир Мерасонад?
Дар байни чор тағйирёбандаи тарҳие, ки ин таҳқиқот санҷидааст, тағйирёбандае, ки ба истеҳсоли барқи фотоэлектрикӣ таъсири равшан мерасонад, таносуби пӯшиши ҳуҷайраҳои фотоэлектрикӣ мебошад; таъсири ғафсии панели рӯйпӯши берунӣ, қобилияти фурӯбарии офтобии сатҳи берунӣ ва коэффисиенти шуоъдиҳии сатҳи дохилӣ ба истеҳсоли барқ аз ҷониби манбаъ дар сатҳи ночиз арзёбӣ шудааст. Ин натиҷа дар ҳудуди таҳлили параметрии модел барои Hangzhou ва Wuhan эътибор дорад.
Таъсири таносуби пӯшиши ҳуҷайраҳои фотоэлектрикӣ
Ҳангоми аз %0 то %100 зиёд кардани таносуби пӯшиш, истеҳсоли барқ тақрибан мутаносиб афзудааст. Манбаъ барои таносуби пӯшиши %100 дар Hangzhou 306,94 W ва дар Wuhan 357,92 W қимати «daily total power generation»-ро медиҳад. Манбаъ ин қиматҳои умумии ҳаррӯзаро бо воҳиди W гузориш кардааст; дар ин ҷо ба Wh табдил дода нашудаанд.
Таъсири таносуби пӯшиш ба рафтори гармӣ нисбат ба таъсири он ба истеҳсоли барқ хеле хурдтар аст. Ҳангоми аз %0 то %100 зиёд шудани таносуби пӯшиш, ҳарорати максималии сатҳи берунии девор дар Hangzhou аз 39,52 °C то 38,30 °C ва дар Wuhan аз 45,59 °C то 44,15 °C коҳиш ёфтааст.
Манбаъ шарҳ медиҳад, ки ҳангоми мавҷуд будани ҳуҷайраҳои бештари PV як қисми шуоъафкании офтобии ба панели рӯйпӯш мерасида баста мешавад ва ҳамин тавр гармие, ки аз сатҳи дохилии панел ба девор тавассути шуоъафкании мавҷи дароз интиқол меёбад, каме коҳиш меёбад. Бо вуҷуди ин, азбаски бузургии тағйири ҳарорат маҳдуд мондааст, таъсири таносуби пӯшиш ба ҳарорати сатҳи берунии девор ночиз арзёбӣ шудааст.
| Меъёр | Hangzhou | Wuhan |
|---|---|---|
| Ҳарорати максималии сатҳи берунии девор | 39,52 → 38,30 °C | 45,59 → 44,15 °C |
| Қимати ҷараёни гармии конвективӣ, матни манбаъ | 144,99 → 120,45 W·m−2 | 209,56 → 177,46 W·m−2 |
| Ҷараёни гармии шуоъафканӣ | 225,39 → 196,95 W·m−2 | 352,18 → 314,55 W·m−2 |
| Ҷараёни умумии гармӣ | 80,40 → 76,50 W·m−2 | 142,62 → 137,09 W·m−2 |
Ёддошти аломат: Манбаъ қаблан ҷараёни конвективиро ҳамчун талафи гармии манфӣ муайян мекунад ва дар Шакли 10 сутунҳои конвективиро дар тарафи манфӣ нишон медиҳад; аммо дар параграфи параметрии боло арзишҳои 144,99 → 120,45 ва 209,56 → 177,46-ро бе аломати минус менависад. Ҷадвал рақамҳои матни манбаъро ҳамон тавр нигоҳ медорад ва онҳоро бо аломати нав аз нав таъриф намекунад.
Таъсири ғафсии панели рӯйпӯши берунӣ
Ҳангоми аз 0,01 m то 0,10 m зиёд шудани ғафсии панели рӯйпӯши берунӣ, тағйир дар баромади қувваи PV хурд мондааст. Дар Hangzhou қувваи қулла аз 27,92 W то 28,26 W ва дар Wuhan аз 32,38 W то 32,99 W афзудааст. Манбаъ ин фарқро аз нигоҳи истеҳсоли барқ ночиз арзёбӣ кардааст.
Дар тарафи гармӣ бошад, таъсир хеле равшантар аст. Панели ғафстар инерсияи гармии бештар ба вуҷуд оварда, расидани тағйири ҳарорати сатҳи дохилии панелро ба сатҳи берунии девор ба таъхир андохта ва ларзиши ҳароратро ҳамвор кардааст.
| Меъёр | Hangzhou | Wuhan |
|---|---|---|
| Қувваи қуллаи PV | 27,92 → 28,26 W | 32,38 → 32,99 W |
| Тағйири ҳарорати қуллаи сатҳи берунии девор | 5,87 °C коҳиш | 7,80 °C коҳиш |
| Тағйири ҳарорати шабона/поёнӣ | 1,22 °C афзоиш | 1,90 °C афзоиш |
| Таъхири вақти қулла | 2 соат | 2 соат |
| Коҳиши ҷараёни гармии конвективӣ | 35,50 W·m−2 | 63,40 W·m−2 |
| Коҳиши ҷараёни гармии шуоъафканӣ | 50,23 W·m−2 | 82,00 W·m−2 |
| Коҳиши ҷараёни умумии гармӣ | 14,74 W·m−2 | 18,60 W·m−2 |
Аз ин рӯ, ғафсии панели рӯйпӯши берунӣ дар таҳқиқоти манбаъ бештар аз он ки тағйирёбандаи оптимизатсияи истеҳсоли барқ бошад, ҳамчун тағйирёбандаи захираи гармӣ, фурӯнишонии ҳарорати қулла ва таъхири вақт барҷаста мешавад.
Таъсири қобилияти фурӯбарии офтобии сатҳи берунӣ
Қобилияти фурӯбарии офтобӣ параметри беандозаи мавод/сатҳ мебошад, ки муайян мекунад панели рӯйпӯши берунӣ чӣ қадар аз энергияи кӯтоҳмавҷи офтобии ба он расидаро фурӯ мебарад. Дар таҳлили манбаъ қобилияти фурӯбарӣ аз 0,9 то 0,1 коҳиш дода шудааст.
Коҳиши қобилияти фурӯбарӣ истеҳсоли барқи PV-ро танҳо ба миқдори хеле кам тағйир додааст. Қувваи қуллаи Hangzhou аз 27,98 W то 28,38 W ва қувваи қуллаи Wuhan аз 32,51 W то 33,14 W афзудааст. Манбаъ ин таъсирро ночиз тасниф кардааст.
Аммо таъсир ба ҳарорати сатҳи берунии девор равшантар аст. Ҳангоми аз 0,9 то 0,1 кам шудани қобилияти фурӯбарӣ, ҳарорати қулла дар Hangzhou аз 38,79 °C то 35,40 °C ва дар Wuhan аз 44,73 °C то 39,98 °C коҳиш ёфтааст.
| Меъёр | Hangzhou | Wuhan |
|---|---|---|
| Қувваи қуллаи PV | 27,98 → 28,38 W | 32,51 → 33,14 W |
| Ҳарорати қуллаи сатҳи берунии девор | 38,79 → 35,40 °C | 44,73 → 39,98 °C |
| Коҳиши ҷараёни гармии конвективӣ | 62,99 W·m−2 | 95,97 W·m−2 |
| Коҳиши ҷараёни гармии шуоъафканӣ | 76,25 W·m−2 | 116,44 W·m−2 |
| Коҳиши ҷараёни умумии гармӣ | 13,25 W·m−2 | 20,46 W·m−2 |
Занҷири физикӣ дар манбаъ равшан чунин аст: қобилияти фурӯбарии пасттар → панели рӯйпӯш энергияи офтобиро камтар фурӯ мебарад → ҳарорати панел паст мешавад → интиқоли гармии шуоъафканӣ ва ғайримустақими конвективӣ аз панел ба девор кам мешавад → ҳарорати сатҳи берунии девор ва даромади холиси гармӣ коҳиш меёбад.
Таъсири коэффисиенти шуоъдиҳии сатҳи дохилии панели рӯйпӯши берунӣ
Коэффисиенти шуоъдиҳии мавҷи дароз \(\varepsilon\) хусусияти беандозаи сатҳ аст, ки самаранокии сатҳро дар мубодилаи шуоъафкании гармӣ ифода мекунад. Манбаъ коэффисиенти шуоъдиҳии сатҳи дохилии панели рӯйпӯшро, ки ба ковокии ҳаво рӯ овардааст, байни 0,9 ва 0,1 тағйир додааст.
Истеҳсоли қувваи PV аз ин тағйир қариб таъсир нагирифтааст. Коҳиши коэффисиенти шуоъдиҳӣ аз 0,9 то 0,1 дар қувваи қуллаи Hangzhou танҳо 0,07 W ва дар қувваи қуллаи Wuhan танҳо 0,13 W коҳиш ба вуҷуд овардааст.
Дар муқобил, ҳарорати сатҳи берунии девор сахт таъсир гирифтааст. Дар Hangzhou ҳарорати қулла аз 40,09 °C то 32,75 °C ва дар Wuhan аз 46,45 °C то 36,26 °C коҳиш ёфтааст. Манбаъ инчунин мегӯяд, ки вақте коэффисиенти шуоъдиҳӣ аллакай ба арзишҳои паст мерасад, ҳарорат ба ин параметр ҳассостар мешавад.
| Меъёр | Hangzhou | Wuhan |
|---|---|---|
| Тағйири қувваи қуллаи PV | 0,07 W коҳиш | 0,13 W коҳиш |
| Ҳарорати қуллаи сатҳи берунии девор | 40,09 → 32,75 °C | 46,45 → 36,26 °C |
| Коҳиши ҷараёни гармии шуоъафканӣ | 154,64 W·m−2 | 244,05 W·m−2 |
| Коҳиши ҷараёни гармии конвективӣ | 129,29 W·m−2 | 209,09 W·m−2 |
| Коҳиши ҷараёни умумии гармӣ | 25,35 W·m−2 | 34,95 W·m−2 |
Тибқи тафсири манбаъ, сабаби асосӣ кам шудани интиқоли шуоъафкании мавҷи дароз аз сатҳи дохилии панел ба сатҳи берунии девор аст. Азбаски дар дохили система интиқоли шуоъафканӣ бартарӣ дорад, тағйири ин параметр ба даромади умумии гармӣ низ таъсир мерасонад.
Чор параметри тарҳро якҷо чӣ гуна бояд хонд?
| Параметри тарҳ | Таъсир ба истеҳсоли барқи PV | Таъсир ба рафтори гармии сатҳи берунии девор | Механизми барҷаста дар манбаъ |
|---|---|---|---|
| Таносуби пӯшиши ҳуҷайраҳои PV | Равшан; истеҳсол тақрибан бо таносуби пӯшиш меафзояд | Хурд / ночиз | Афзоиши масоҳати фаъоли PV |
| Ғафсии панели рӯйпӯши берунӣ / захираи гармӣ | Ночиз | Қулларо кам мекунад, ба таъхир меандозад ва ларзиши ҳароратро ҳамвор мекунад | Афзоиши инерсияи гармӣ |
| Қобилияти фурӯбарии офтобии сатҳи берунӣ | Ночиз | Ҳангоми коҳиш додан ҳарорати қулла ва даромади гармӣ кам мешаванд | Фурӯбурдани энергияи камтари офтобӣ |
| Коэффисиенти шуоъдиҳии мавҷи дарози сатҳи дохилӣ | Амалан бетаъсир | Ҳангоми коҳиш додан ҳарорати қулла ва даромади гармӣ ба таври назаррас кам мешаванд | Коҳиши шуоъафкании мавҷи дарози панел–девор |
Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот
Тарҳи таҳқиқот
Таҳқиқот ба ҷои маъракаи прототипии таҷрибавӣ равиши моделсозии ададии ба физика асосёфтаро истифода кардааст. Дар муҳити MATLAB R2023a истеҳсоли барқи PV-DSF, тавозуни энергияи шишаи PV, гузаронандагии вобаста ба вақт дар панели рӯйпӯши берунӣ, тавозуни энергияи ҳавои ковокии вентилятсияшаванда ва гузаронандагии вобаста ба вақт дар девори дохилӣ ба ҳам пайваст карда шудаанд.
Барои панел ва девор интиқоли якченакаи гармӣ қабул шудааст. Усули фарқҳои ниҳоӣ бо схемаи ғайриошкор татбиқ шудааст. Қадами ниҳоии фазоӣ 0,001 m ва қадами вақт 60 s интихоб шудаанд.
Параметрҳои асосии геометрӣ ва физикӣ
| Параметр | Арзиш |
|---|---|
| Баландии PV-DSF | 3 m |
| Бари PV-DSF | 1 m |
| Ғафсии ковокии ҳаво | 0,15 m |
| Масоҳати кушодагии вентилятсия | 0,15 m2 |
| Қобилияти фурӯбарии офтобии сатҳи берунии рӯйпӯш | 0,9 |
| Коэффисиенти шуоъдиҳии сатҳи дохилии рӯйпӯш | 0,6 |
| Коэффисиенти шуоъдиҳии сатҳи берунии девор | 0,6 |
| Самаранокии истинодии CdTe PV | %14, дар 25 °C |
| Коэффисиенти ҳароратии PV | %0,2·K−1 |
| Гузаронандагии шишаи PV | 0,8 |
| Қобилияти фурӯбарии офтобии шишаи PV | 0,05 |
| Ҳарорати тарҳии муҳити дохилӣ | 26 °C |
| Коэффисиенти умумии интиқоли гармии сатҳи дохилӣ | 8,7 W·m−2·K−1 |
Фарзияҳо ва содакуниҳои модел
- Интиқоли гармӣ дар тӯли панел ва девор якченака моделсозӣ шудааст.
- Шуоъафкании мавҷи дароз дар сатҳи берунии шишаи фотоэлектрикӣ дар ҳисоби коэффисиенти сатҳи берунӣ дар Замимаи A сарфи назар шудааст.
- Бо сабаби ғафсии хурди ковокии ҳаво, дар ҳисоби шуоъафкании панел–девор таъсири шуоъафкании канорӣ сарфи назар шудааст.
- Бо сабаби диапазони маҳдуди ҳарорати омӯхташуда, хосиятҳои ҳаво ҳамчун функсияҳои хаттии ҳарорат тақриб карда шудаанд.
- Рӯзи намояндагии моҳи июл бо миёнаи арифметикии маълумоти соатии 31 рӯз барои ҳамон соатҳо сохта шудааст.
- Ҳангоми омӯзиши таъсири параметрҳо дигар тағйирёбандаҳои тарҳ собит нигоҳ дошта шудаанд.
- Муқоисаи муфассали параметрӣ барои Hangzhou ва Wuhan гузаронида шудааст, зеро иқлими онҳо аз ҳам ба таври равшан фарқ мекунад.
Доираи тасдиқи модел
Дар тасдиқ маълумоти таҷрибавии баромади қувва ва ҳарорати ҳуҷайраи PV аз адабиёти қаблӣ истифода шудааст. Барои баромади қувва MAE 1,63 W ва RMSE 1,84 W; барои ҳарорат MAE 0,63 °C ва RMSE 0,68 °C ёфт шудааст. Манбаъ қисми муҳими фарқҳои ҳароратро ба содакунӣ дар коэффисиенти интиқоли гармии сатҳи берунӣ нисбат додааст.
Ин тасдиқ дастгирӣ мекунад, ки модел метавонад бо маълумоти таҷрибавӣ мувофиқати қобили қабул нишон диҳад; аммо маънои онро надорад, ки ҳамаи таносубҳои пӯшиш, ғафсиҳои панел, қобилиятҳои фурӯбарӣ, коэффисиентҳои шуоъдиҳӣ ва сенарияҳои шаҳрии ин мақола алоҳида бо таҷрибаҳои физикии прототипӣ тасдиқ шудаанд.
Бозёфтҳои асосӣ
Дар таҳлили нӯҳ шаҳр раванди рӯзонаи истеҳсоли қувваи PV шуоъафкании офтобии сатҳи амудии рӯ ба ғарбро аз наздик пайгирӣ кардааст. Ҳарорати ҳавои берунӣ ба истеҳсоли барқ таъсири дуюмдараҷа нишон додааст. Шуоъафкании офтобии сатҳи ғарбӣ тақрибан соати 15:00 ба қулла расида, қувваи қуллаи PV байни шаҳрҳо дар диапазони 27,48–33,84 W гузориш шудааст.
Сатҳи берунии девор рӯзона аз панели рӯйпӯш тавассути шуоъафкании мавҷи дароз гармӣ гирифта, шабона бо ҳамон механизм гармӣ аз даст додааст. Талафи гармӣ тавассути конвексия тамоми рӯз идома кардааст. Ҷараёни гармии шуоъафканӣ ҳамчун механизми бартаридошта дар рафтори умумии интиқоли гармӣ ёфт шудааст.
Зиёд кардани таносуби пӯшиши ҳуҷайраҳои PV истеҳсоли барқро ба таври назаррас афзуда, ҳарорати сатҳи берунии деворро танҳо ба миқдори маҳдуд кам кардааст. Зиёд кардани ғафсии панели рӯйпӯши берунӣ бошад, бе тағйири маънодори истеҳсоли барқ қуллаи ҳарорати сатҳи берунии деворро кам карда, ларзиши ҳароратро фурӯ нишонда ва қулларо тақрибан 2 соат ба таъхир андохтааст.
Кам кардани қобилияти фурӯбарии офтобии панели рӯйпӯши берунӣ бори гармии аз офтоб гирифтаи панелро коҳиш дода, аз ин рӯ ҳарорати қуллаи сатҳи берунии девор ва даромади умумии гармиро кам кардааст. Кам кардани коэффисиенти шуоъдиҳии сатҳи дохилии панел бошад, интиқоли шуоъафкании мавҷи дароз байни панел ва деворро маҳдуд карда, махсусан дар коэффисиентҳои пасти шуоъдиҳӣ ба ҳарорати сатҳи берунии девор таъсири қавӣ расонидааст.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад
- Дар модели PV-DSF-и омӯхташуда тағйирёбии ҳаррӯзаи истеҳсоли барқ бо шуоъафкании офтобии сатҳи амудии ғарбӣ робитаи қавӣ дорад.
- Дар байни чор параметри тарҳи омӯхташуда тағйирёбандаи асосие, ки ба истеҳсоли барқи PV таъсири равшан мерасонад, таносуби пӯшиши ҳуҷайраҳои PV мебошад.
- Рафтори захираи гармии панели рӯйпӯши берунӣ ба бузургии қулла, таъхир ва ларзиши ҳаррӯзаи ҳарорати сатҳи берунии девор таъсир мерасонад.
- Кам кардани қобилияти фурӯбарии офтобии сатҳи берунӣ дар модел ҳарорати сатҳи берунии девор ва даромади гармиро кам мекунад.
- Кам кардани коэффисиенти шуоъдиҳии мавҷи дарози сатҳи дохилӣ интиқоли шуоъафканиро аз панел ба девор маҳдуд карда, ҳарорати қуллаи девор ва даромади умумии гармиро кам мекунад.
- Дар натиҷаҳои модел шуоъафкании мавҷи дароз дар сатҳи берунии девор ҷузъи бартаридошта дар рафтори ҳаррӯзаи ҷараёни умумии гармӣ мебошад.
- Барои қадамҳои интихобшудаи фазоӣ ва замонӣ санҷиши ҳассосият анҷом дода шуда, модел бо маълумоти таҷрибавии қаблӣ тавассути меъёрҳои хато муқоиса шудааст.
Умумисозиҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад
- Натиҷаҳо исбот намекунанд, ки дар ҳамаи иқлимҳо ва ҳамаи геометрияҳои PV-DSF ҳамон тағйироти ададии ҳарорат ё қувва ба вуҷуд меоянд.
- Натиҷаҳои параметрии Hangzhou ва Wuhan-ро бо ҳамон коэффисиентҳо мустақиман ба шаҳрҳои дигар интиқол додан мумкин нест.
- Таҳқиқот барои ҳамаи вариантҳои тарҳи санҷидашуда дар биноҳои воқеӣ таҷрибаҳои алоҳидаи саҳроӣ пешниҳод намекунад.
- Самаранок будани як параметр дар модел маънои онро надорад, ки арзиши иқтисодии оптималии тарҳ ба таври худкор ҳадди пасттарин ё баландтарини ҳамон параметр аст.
- Барои зиёд кардани ғафсии панел, бори сохторӣ, хароҷот, насб, сӯхтор, нигоҳдорӣ ё оптимуми давраи ҳаёт дар ин таҳқиқот муайян нашудааст.
- Барои коэффисиенти пасти шуоъдиҳӣ ё қобилияти пасти фурӯбарии офтобӣ пиршавии мавод, ифлосшавӣ ва самаранокии дарозмуддати саҳроӣ мавзӯи мустақими ин модел нестанд.
- Натиҷаҳои ададии дар манбаъ додашуда арзишҳои маҳаллии самаранокие нестанд, ки барои Türkiye ё географияи дигари ҳадафи татбиқ тасдиқ шудаанд.
Доираи усулӣ ва маҳдудиятҳо
Мақола сарлавҳаи алоҳидаи «Limitations» надорад; аммо тавсифи математикии модел ҳудудҳои доираи худро равшан нишон медиҳад. Интиқоли гармӣ якченака аст, баъзе таъсирҳои шуоъафканӣ сарфи назар шудаанд, хосиятҳои ҳаво бо функсияҳои хаттии ҳарорат тақриб карда шудаанд ва рӯзи моҳи июл аз миёнаҳои соатии моҳона сохта шудааст.
Илова бар ин, тасдиқи модел бо маълумоти нави таҷрибавии ҳамаи сенарияҳои параметрии барои ин таҳқиқот сохташуда не, балки бо натиҷаҳои таҷрибавии адабиёти қаблӣ анҷом шудааст. Аз ин рӯ, таҳқиқот барои фаҳмидани самтҳои тарҳ ва таъсири параметрҳо чаҳорчӯбаи қавии ададии ба физика асосёфтаро пешниҳод мекунад, аммо ҷойгузини андозагирии ниҳоии лоиҳа барои бинои воқеии муайян нест.
Нуқтаҳои нотация ва гузоришдиҳӣ дар дохили манбаъ
| Мавзӯъ | Ҳолати дар манбаъ дидашуда | Равиши Verianla |
|---|---|---|
| Рӯйхати қадамҳои фазоӣ | Матн 0,01 m менависад, дар ҳоле ки легендаи Шакли 2 0,008 m нишон медиҳад; матн инчунин мегӯяд «дар зери 0,008 m». | Ҳар ду маълумот нигоҳ дошта шудаанд ва яке хомӯшона ба ҷои дигаре гузошта нашудааст. |
| Номи \(\lambda_{\mathrm{PV}}\) | Матн «thermal diffusivity» мегӯяд, воҳид W·m−1·K−1. | Фарқи истилоҳ/воҳид нишон дода шудааст. |
| Муодилаи A3 | Муодилаи чопшуда ҳамон ифодаи \(h_{c,iw}=Nu_{iw}\lambda_f/H\)-ро ду маротиба такрор мекунад. | Ба ҷои манбаъ муодилаи «ислоҳшуда» сохта нашудааст. |
| Шарҳи индекси Муодилаи 8 | Матн \(T_{i,n}\)-ро ҳарорати сатҳи берунии девор меномад, дар ҳоле ки сохтори сарҳадии муодила \(i=1\)-ро ба ковокии ҳаво мепайвандад. | Номувофиқии индекс намоён нигоҳ дошта шудааст. |
| Нотацияи Муодилаи 5 | \(h_{cg}\) ва \(h_{cw}\) истифода мешаванд; дар шарҳи наздик \(h_{c,ew}\) ва \(h_{c,iw}\) муайян карда мешаванд. | Рамзҳо якҷо карда шуда, ҳамчун як тағйирёбанда пешниҳод нашудаанд. |
| Воҳиди «Daily total power generation» | Арзишҳои 306,94 ва 357,92 дар манбаъ бо воҳиди W дода шудаанд. | Ба Wh табдил дода нашудааст; воҳиди манбаъ нигоҳ дошта шудааст. |
| Аломати ҷараёни конвективӣ | Дар таърифи умумии аломат конвексия манфӣ аст; дар матни натиҷаҳои параметрӣ баъзе арзишҳои конвективӣ бе аломати минус навишта шудаанд. | Рақамҳои матни манбаъ нигоҳ дошта шуда, қоидаи аломат алоҳида шарҳ дода шудааст. |
Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул
Таҳқиқоти аслӣ: Influence of Design Parameters on the Thermoelectric Performance of Photovoltaic Double-Skin Façades
Муаллифон: Yang Li; Hao Yuan; Rong Xia; Liqiang Hou.
Тартиби муаллифон: Yang Li, Hao Yuan, Rong Xia, Liqiang Hou.
Саҳми баробар: Дар мақолаи манбаъ изҳороти муаллифи аввали баробар/саҳми баробар мавҷуд нест.
Муаллифи масъул: Liqiang Hou.
Муассиса 1: Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510060, China.
Муассиса 2: Collaborative Innovation Center for Natural Resources Planning and Marine Technology of Guangzhou, Guangzhou 510060, China.
Муассиса 3: Guangdong Enterprise Key Laboratory for Urban Sensing, Monitoring and Early Warning, Guangzhou 510060, China.
Муассиса 4: College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China.
Муассиса 5: School of Design and Architecture, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China.
Маҷалла: Buildings.
Ношир: MDPI.
Сол / ҷилд / шумора / рақами мақола: 2026; 16(5); 1004.
DOI: 10.3390/buildings16051004.
Санаи ирсол: 26 декабри 2025.
Санаи бознигарӣ: 8 феврали 2026.
Санаи қабул: 28 феврали 2026.
Санаи нашр: 4 марти 2026.
Навъи манбаъ: Мақолаи аслии таҳқиқотӣ; таҳқиқоти моделсозии ададии ба физика асосёфта ва симулятсияи параметрӣ.
Ҳолати ҳамтоёбӣ: Мақолаи дар маҷаллаи ҳамтоёбишуда нашршуда.
Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).
Саҳифаи расмии нашр: https://www.mdpi.com/2075-5309/16/5/1004
Усули математикӣ: MATLAB R2023a; интиқоли якченака ва вобаста ба вақти гармӣ; ҳалли ғайриошкори фарқҳои ниҳоӣ барои панели рӯйпӯши берунӣ ва девор; моделсозии пайвастаи истеҳсоли фотоэлектрикӣ, конвексия, шуоъафкании мавҷи дароз ва ҷараёни ҳаво бо бардорандагии табиӣ.
Тасдиқи модел: Муқоиса бо маълумоти таҷрибавии баромади қувва ва ҳарорати ҳуҷайраи PV, ки дар адабиёти қаблӣ нашр шудаанд. Барои қувва MAE 1,63 W ва RMSE 1,84 W; барои ҳарорати PV MAE 0,63 °C ва RMSE 0,68 °C.
Маълумоти иқлимӣ: Маълумоти моҳи июли Соли Типикии Метеорологӣ барои нӯҳ шаҳри намояндагӣ аз минтақаи тобистони гарм–зимистони сарди Чин; рӯзи 24-соатаи намояндагӣ бо миёнаи арифметикии арзишҳои ҳамон соати 31 рӯз.
Шаҳрҳои параметрӣ: Hangzhou ва Wuhan.
Маблағгузорӣ: Collaborative Innovation Center for Natural Resources Planning and Marine Technology of Guangzhou, 2023B04J0301; Key Research and Development Program of Guangdong Province ва Guangdong Enterprise Key Laboratory for Urban Sensing, Monitoring and Early Warning, 2025B04J0031; Zhejiang Province Construction Research Project, 2024K065 ва 2025K064.
Дастрасии маълумот: Манбаъ мегӯяд, ки маълумот бо дархост пешниҳод мешавад.
Бархӯрди манфиатҳо: Yang Li дар Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute Co., Ltd. кор мекунад. Муаллифони дигар изҳор кардаанд, ки таҳқиқот бидуни муносибатҳое анҷом дода шудааст, ки метавонанд бархӯрди эҳтимолии тиҷоратӣ ё молиявии манфиатҳоро ба вуҷуд оранд.
Саҳми муаллифон: Консептуализатсия L.H.; методология Y.L.; нармафзор Y.L.; таҳлили расмӣ R.X.; таҳқиқот Y.L. ва H.Y.; куросияи маълумот R.X.; тасдиқ H.Y.; тарҳи аввал Y.L.; бозбинӣ ва таҳрир L.H.; дарёфти маблағгузорӣ Y.L. ва L.H.
Ҳадди асосии тафсири усулӣ: Натиҷаҳо ба модели математикӣ ва шароити интихобшудаи иқлимӣ/сарҳадӣ тааллуқ доранд. Таҳқиқот барои ҳамаи конфигуратсияҳои параметрӣ таҷрибаҳои нави саҳроӣ пешниҳод намекунад. Модели якченака, сарфи назарҳои зикршудаи шуоъафканӣ, равиши хаттии хосиятҳои ҳаво ва усули сохтани рӯзи намояндагӣ заминаеро, ки натиҷаҳо дар он татбиқ мешаванд, маҳдуд мекунанд.
Шарҳ гузоред
Нишонии почтаи электронии шумо нашр намешавад. Майдонҳои ҳатмӣ бо * нишон дода шудаанд