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Evelyn Drabiniok - Bionische Photovoltaik-Kühlung

  • Photovoltaik-Module wandeln Sonnenenergie in elektrische Energie. Die Effizienz der Module wird einerseits durch die Materialien und ihre Funktionsweise limitiert. Andererseits führt nicht gewandelte Sonneneinstrahlung zu einer Aufheizung der Module, was ihre Effizienz erheblich reduziert.

    An diesem Punkt setzt die hier vorgestellte mikrostrukturierte polymere Verdunstungsvorrichtung an. Sie realisiert eine bionische und selbstregulierende Verdunstungskühlung für hinterlüftete Photovoltaik-Module.

    In Abhängigkeit der vorliegenden Umweltparameter Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung werden sowohl die Zelltemperatur als auch die Kühlung durch die Kombination von Hinterlüftung und Verdunstungsvorrichtung bestimmt.

    Neben der Realisierbarkeit wird die technologische Umsetzbarkeit der konzipierten Verdunstungsvorrichtung vorgestellt. Darüber hinaus wird das Kühlprinzip im praktischen Betrieb eindrucksvoll demonstriert.

    1. Auflage
    2017. 181 Seiten; gebunden; sw; 16,5 x 23,5 cm
    Preis: 39,90 EUR
    ISBN978-3-9815495-5-3; € 39,90

    Inhaltsverzeichnis

    Symbolverzeichnis
    Abkürzungsverzeichnis

    1 Einleitung
    1.1 Literaturübersicht
    1.1.1 Photovoltaik-Kühlung
    1.1.2 Technologische Umsetzung der biologischen Prinzipien von Bäumen
    1.2 Zielsetzung und Gliederung der Arbeit

    2 Theoretischer Hintergrund und Konzeption
    2.1 Photovoltaik
    2.1.1 Aufbau und Funktionsweise
    2.1.2 Wirkungsgrad
    2.2 Temperaturverhalten von Photovoltaikzellen
    2.2.1 Wärmeübertragung
    2.2.2 Temperatur von PV-Modulen
    2.3 Biologische Grundlagen der Verdunstungskühlung
    2.3.1 Biologische Funktionselemente
    2.3.2 Wassertransport
    2.4 Verdunstung und Verdunstungskühlung
    2.4.1 Literaturübersicht
    2.4.2 Der physikalische Vorgang der Verdunstung von Wasser
    2.5 Technologische Konzeption
    2.5.1 Mikrofluidische Aspekte
    2.5.2 Materialauswahl
    2.5.3 Technologische Umsetzung

    3 Modellierung der Zelltemperatur von PV-Modulen
    3.1 Aufheizverhalten
    3.2 Verdunstung und Evaporationskühlung
    3.2.1 Verdunstung
    3.2.2 Verdunstungskühlung
    3.3 Ergebnisse der Modellierung
    3.3.1 Einfluss der Temperaturen auf die Temperaturreduktion
    3.3.2 Einfluss der Luftfeuchtigkeit im Luftspalt auf die Temperaturreduktion
    3.3.3 Einfluss der solaren Wärmeeinstrahlung auf die Temperaturreduktion
    3.3.4 Einfluss der Porenfläche auf die Temperaturreduktion
    3.3.5 Einfluss der Windgeschwindigkeiten auf die Temperaturreduktion
    3.4 Fazit

    4 Technologische Realisierung
    4.1 Aufbau und Design
    4.1.1 Masken
    4.1.2 Material
    4.2 Herstellung
    4.3 Konnektierung und Halter

    5 Charakterisierung und Abgleich mit dem Modell
    5.1 Messaufbau zur experimentellen Charakterisierung der Verdunstungsvorrichtung
    5.1.1 Klimakammer
    5.1.2 Windkanal
    5.1.3 Verdunstungsüberwachung
    5.1.4 Temperaturmessung
    5.2 Messauswertung
    5.2.1 Verdunstungsrate
    5.2.2 Zelltemperatur
    5.3 Abgleich mit dem Modell
    5.3.1 Verdunstungsrate
    5.3.2 Zelltemperatur
    5.4 Grenzflächeneffekt der Verdunstung an oberflächlichen Mikroporen
    5.4.1 Verdunstungsgrenzflächen
    5.4.2 Thermische Grenzflächen
    5.4.3 Einsatzmöglichkeiten der vorgestellten Porenanordnungen
    5.5 Fazit

    6 Konzept zur industriellen Umsetzung
    6.1 Wirtschaftliche Aspekte
    6.1.1 Wasserverbrauch
    6.1.2 Herstellungskosten
    6.2 Umsetzung in der industriellen Produktion
    6.3 Fazit

    7 Zusammenfassung
    7.1 Zusammenfassung
    7.2 Ausblick

    Literaturverzeichnis

     

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