Témakiírások
Koncentrátoros fotovoltaikus eszközök integrált hűtési megoldásai
témakiírás címe
Koncentrátoros fotovoltaikus eszközök integrált hűtési megoldásai
doktori iskola
témakiíró
társtémakiíró
tudományág
témakiírás leírása
A doktori kutatómunka célja a koncentrátoros napelemek integrált hűtési lehetőségeinek vizsgálata, leginkább a napelemstruktúrába integrált mikrocsatornás szerkezetek alkalmazásával.
A magasabb elérhető hatásfoknak köszönhetően a koncentrátoros napelemek a fotovoltaikus eszközök egyik fő kutatási irányává váltak. Előnyük, hogy kis felületük miatt drágább, de jobb hatásfokú technológiák is alkalmazhatók, amelyhez hozzáadódik továbbá a fénykoncentrálásból adódó hatásfoknövekedés. A jelenlegi hatásfok rekordokat ezért mind kristályos szilícium, mind többátmenetes vegyület-félvezető napelemeknél fénykoncentrálással érték el.
A fénykoncentrálás előnyei azonban csak akkor érvényesülnek, ha a cella üzemi hőmérséklete a fénykoncentrálásból adódó nagyobb hőterhelés ellenére sem emelkedik meg számottevően. Ezért a koncentrátoros napelemeknél hatékonyabb hűtési megoldásokra van szükség. A szakirodalom szerint kb. 100 szoros fénykoncentrálás felett már elkerülhetetlen az aktív hűtés alkalmazása. Ezek a hűtési megoldások azonban önmagukban is jelentős energiaráfordítást igényelnek, egyrészt gyártásuk, másrészt pedig üzemeltetésük során. Ahhoz, hogy a koncentrátoros napelemek a hétköznapi alkalmazásokban elterjedjenek egyszerűbb és gazdaságosabb hűtési megoldásokra van szükség.
A kutatási munka keretében a PhD hallgatónak olyan hűtési megoldásokat kell vizsgálnia, amelyeket a napelemek hátoldalában alakítjuk ki mikromegmunkálási technológiákkal. A kutatási munka magába foglalja a koncentrátoros napelemeknél eddig alkalmazott hűtési megoldások átfogó irodalomkutatását és a meglévő rendszerek kritikus elemzését. Ezekre alapozva szükséges kidolgozni a tesztcellák hátoldalába és/vagy hátoldalára integrált hűtőeszközöket, illetve azok előállítási eljárását, amelyek hatékonyabb és/vagy gazdaságosabb hűtést tesznek lehetővé a jelenlegi megoldásokhoz képest. Elsődleges kutatási iránynak a napelemek hátoldali fémezésében galvanizálással kialakított mikrocsatornás hűtőeszközök tekintendők, mivel ezek univerzálisan alkalmazhatók különböző napelemstruktúrákon, gazdaságosan előállíthatók és nagy hőelvonást képesek biztosítani.
A maximális hőátadás eléréséhez szükséges az integrált hűtőeszközök optimális geometriájának és elrendezésének előzetes meghatározása az áramlástani szempontok figyelembevételével. Ennek érdekében CFD szimulációval és analitikus számításokkal is szükséges a hűtőeszköz termikus szempontból optimális kialakításának a meghatározása. Későbbiekben az elkészült mintákon termikus tranziens technikán alapuló karakterizációs mérések elvégzésére nyílik lehetőség validációs célokkal.
A magasabb elérhető hatásfoknak köszönhetően a koncentrátoros napelemek a fotovoltaikus eszközök egyik fő kutatási irányává váltak. Előnyük, hogy kis felületük miatt drágább, de jobb hatásfokú technológiák is alkalmazhatók, amelyhez hozzáadódik továbbá a fénykoncentrálásból adódó hatásfoknövekedés. A jelenlegi hatásfok rekordokat ezért mind kristályos szilícium, mind többátmenetes vegyület-félvezető napelemeknél fénykoncentrálással érték el.
A fénykoncentrálás előnyei azonban csak akkor érvényesülnek, ha a cella üzemi hőmérséklete a fénykoncentrálásból adódó nagyobb hőterhelés ellenére sem emelkedik meg számottevően. Ezért a koncentrátoros napelemeknél hatékonyabb hűtési megoldásokra van szükség. A szakirodalom szerint kb. 100 szoros fénykoncentrálás felett már elkerülhetetlen az aktív hűtés alkalmazása. Ezek a hűtési megoldások azonban önmagukban is jelentős energiaráfordítást igényelnek, egyrészt gyártásuk, másrészt pedig üzemeltetésük során. Ahhoz, hogy a koncentrátoros napelemek a hétköznapi alkalmazásokban elterjedjenek egyszerűbb és gazdaságosabb hűtési megoldásokra van szükség.
A kutatási munka keretében a PhD hallgatónak olyan hűtési megoldásokat kell vizsgálnia, amelyeket a napelemek hátoldalában alakítjuk ki mikromegmunkálási technológiákkal. A kutatási munka magába foglalja a koncentrátoros napelemeknél eddig alkalmazott hűtési megoldások átfogó irodalomkutatását és a meglévő rendszerek kritikus elemzését. Ezekre alapozva szükséges kidolgozni a tesztcellák hátoldalába és/vagy hátoldalára integrált hűtőeszközöket, illetve azok előállítási eljárását, amelyek hatékonyabb és/vagy gazdaságosabb hűtést tesznek lehetővé a jelenlegi megoldásokhoz képest. Elsődleges kutatási iránynak a napelemek hátoldali fémezésében galvanizálással kialakított mikrocsatornás hűtőeszközök tekintendők, mivel ezek univerzálisan alkalmazhatók különböző napelemstruktúrákon, gazdaságosan előállíthatók és nagy hőelvonást képesek biztosítani.
A maximális hőátadás eléréséhez szükséges az integrált hűtőeszközök optimális geometriájának és elrendezésének előzetes meghatározása az áramlástani szempontok figyelembevételével. Ennek érdekében CFD szimulációval és analitikus számításokkal is szükséges a hűtőeszköz termikus szempontból optimális kialakításának a meghatározása. Későbbiekben az elkészült mintákon termikus tranziens technikán alapuló karakterizációs mérések elvégzésére nyílik lehetőség validációs célokkal.
felvehető hallgatók száma
1 fő
helyszín
Elektronikus Eszközök Tanszéke
jelentkezési határidő
2018-07-30