DOI: https://doi.org/10.48084/etasr.15688
تاريخ النشر: 2026-02-09
المؤلف: Najim A. Mulaan وآخرون
الموضوع الرئيسي: أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية والفوتوفولطية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة قضية التحلل الحراري الذي يؤثر على كفاءة الألواح الكهروضوئية (PV) في بيئة درجات الحرارة العالية في بغداد، العراق. تقيم نظام تبريد مائي مغلق منخفض التكلفة، يستخدم أنابيب الألمنيوم المثبتة على ظهر الألواح الكهروضوئية لتعزيز تبادل الحرارة. تم إجراء تحليل مقارن باستخدام لوحين بولي كريستاليين متطابقين (20 واط)، أحدهما مزود بنظام التبريد والآخر يعمل كمرجع غير مبرد، وكلاهما تعرض لظروف مناخية متطابقة.
تشير النتائج إلى أن نظام التبريد خفض بنجاح درجة حرارة تشغيل اللوح الكهروضوئي بمقدار 20-25 درجة مئوية مقارنة باللوح المرجعي. أدى هذا الانخفاض الحراري الكبير إلى زيادة في القدرة الناتجة بنسبة 16.1%، مع ارتفاع الكفاءة الإجمالية من 7.99% إلى 9.28%. تؤكد النتائج الجدوى التقنية والاقتصادية لنظام التبريد المقترح كنهج فعال ومستدام لتعزيز إنتاجية الطاقة الشمسية في المناطق ذات المناخ الحار.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على زيادة اعتماد أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) كمصدر للطاقة المستدامة، بينما تتناول أيضًا الحاجز الكبير الذي تسببه تكاليف التركيب الأولية العالية. لتعزيز كفاءة الألواح الشمسية، التي تتأثر سلبًا بالدرجات المرتفعة، تبحث الدراسة في تنفيذ نظام تبريد بدائرة مائية. يهدف هذا النهج إلى تحسين الأداء الحراري والكهربائي للألواح الشمسية، مما يوفر بديلاً فعالاً من حيث التكلفة عن الحلول الأكثر تعقيدًا مثل أنظمة تتبع الشمس.
تستعرض مراجعة الأدبيات ضمن المقدمة طرق التبريد المختلفة، بما في ذلك رش الماء والأنظمة الهجينة، التي أثبتت فعاليتها في تقليل درجات حرارة الألواح وتحسين الكفاءة. ومن الجدير بالذكر أن الدراسات السابقة أفادت بزيادة الكفاءة تتراوح بين 6.2% إلى أكثر من 20% مع تقنيات تبريد مختلفة. تشير النتائج إلى أن أنظمة التبريد القائمة على الماء يمكن أن تعزز أداء الألواح الكهروضوئية بشكل كبير، مما يجعلها خيارًا قابلاً للتطبيق مقارنة بأساليب التبريد التقليدية. تهدف هذه الدراسة إلى المساهمة في مجموعة المعرفة من خلال استكشاف التطبيق العملي لنظام تبريد مائي بسيط، مما يدعم الجهود المستمرة لتحسين استخدام الطاقة الشمسية.
النتائج
تظهر نتائج هذه الدراسة أن دمج نظام تبريد مائي، يستخدم أنابيب الألمنيوم المملوءة بالماء على الجانب الخلفي من الألواح الشمسية، يعزز بشكل كبير كفاءتها. من خلال امتصاص الحرارة الزائدة بشكل فعال، يقلل نظام التبريد من درجة حرارة الخلايا الشمسية، مما يؤدي بدوره إلى تحسين الناتج الكهربائي والأداء الحراري. لا يعالج هذا النهج المبتكر فقط المشكلة الشائعة لارتفاع درجة الحرارة في الألواح الشمسية، بل يقترح أيضًا طريقة قابلة للتطبيق لتحسين تحويل الطاقة في الأنظمة الكهروضوئية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثير الكبير لنظام التبريد المائي على أداء الألواح الشمسية الكهروضوئية (PV). تشير النتائج التجريبية إلى أن اللوح الشمسي القياسي (V1) يعاني من انخفاض تدريجي في الجهد بسبب ارتفاع درجات الحرارة، بينما يحافظ اللوح المبرد بالماء (V2) على استقرار الجهد ويظهر زيادة تدريجية، مما يوضح فعالية نظام التبريد في تنظيم درجة حرارة الخلايا. على وجه التحديد، تم تقليل درجة حرارة اللوح المبرد بمقدار 15-20 درجة مئوية، مما أدى إلى تحسين الناتج الكهربائي والكفاءة، حيث حقق اللوح المبرد بالماء ناتجًا كهربائيًا قدره 23.21 واط وكفاءة قدرها 9.28%، مقارنة بـ 19.99 واط و7.99% للوح القياسي.
تؤكد الدراسة وجود علاقة عكسية راسخة بين درجة حرارة الخلايا الشمسية والأداء الكهربائي، حيث حقق نظام التبريد المقترح تحسينًا بنسبة 16.1% في السعة الإجمالية وزيادة ملحوظة في الجهد بنسبة 11.6%. يتجاوز هذا الأداء الدراسات السابقة، التي أفادت بزيادات أقل في الكفاءة. من الناحية الاقتصادية، يقدم نظام التبريد المائي بديلاً فعالاً من حيث التكلفة عن أنظمة تتبع الشمس، مع انخفاض تكاليف الاستثمار وسهولة الصيانة. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستكشاف خيارات مضخات أكثر كفاءة وطرق تبريد بديلة، مثل التبريد بالهواء أو آليات التحكم المتقدمة، لتعزيز أداء النظام وكفاءة الطاقة بشكل أكبر.
DOI: https://doi.org/10.48084/etasr.15688
Publication Date: 2026-02-09
Author(s): Najim A. Mulaan et al.
Primary Topic: Solar Thermal and Photovoltaic Systems
Overview
This study investigates the issue of thermal degradation impacting the efficiency of photovoltaic (PV) panels in the high-temperature environment of Baghdad, Iraq. It evaluates a low-cost, closed-cycle water cooling system, which utilizes aluminum tubes affixed to the back of the PV panels to enhance heat exchange. A comparative analysis was conducted using two identical polycrystalline panels (20 W), one equipped with the cooling system and the other serving as an uncooled reference, both subjected to identical climatic conditions.
The findings indicate that the cooling system successfully lowered the operating temperature of the PV panel by 20-25 °C compared to the reference panel. This significant thermal reduction led to an increase in output power by 16.1%, with overall efficiency rising from 7.99% to 9.28%. The results affirm the technical and economic viability of the proposed cooling system as an effective and sustainable approach to enhance solar energy productivity in hot climate regions.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the increasing adoption of solar photovoltaic (PV) systems as a sustainable energy source, while also addressing the significant barrier posed by high initial installation costs. To enhance the efficiency of solar panels, which is adversely affected by elevated temperatures, the study investigates the implementation of a water circulation cooling system. This approach aims to improve both thermal and electrical performance of solar panels, offering a cost-effective alternative to more complex solutions like solar tracking systems.
The literature review within the introduction outlines various cooling methods, including water spraying and hybrid systems, that have demonstrated effectiveness in reducing panel temperatures and improving efficiency. Notably, previous studies have reported efficiency increases ranging from 6.2% to over 20% with different cooling techniques. The findings suggest that water-based cooling systems can significantly enhance PV performance, making them a viable option compared to traditional cooling methods. This research aims to contribute to the body of knowledge by exploring the practical application of a simple water cooling system, thereby supporting the ongoing efforts to optimize solar energy utilization.
Results
The results of this study demonstrate that the integration of a water cooling system, utilizing water-filled aluminum tubes on the rear side of solar panels, significantly enhances their efficiency. By effectively absorbing excess heat, the cooling system reduces the temperature of the solar cells, which in turn leads to improved electrical output and thermal performance. This innovative approach not only addresses the common issue of overheating in solar panels but also suggests a viable method for optimizing energy conversion in photovoltaic systems.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant impact of a water cooling system on the performance of solar photovoltaic (PV) panels. Experimental results indicate that the standard solar panel (V1) experiences a gradual voltage decline due to rising temperatures, while the water-cooled panel (V2) maintains voltage stability and shows a gradual increase, demonstrating the cooling system’s effectiveness in regulating cell temperature. Specifically, the cooled panel’s temperature was reduced by 15-20 °C, leading to improved power output and efficiency, with the water-cooled panel achieving a power output of 23.21 W and an efficiency of 9.28%, compared to 19.99 W and 7.99% for the standard panel.
The study confirms a well-established inverse relationship between solar cell temperature and electrical performance, with the proposed cooling system yielding a 16.1% improvement in overall capacity and a notable voltage increase of 11.6%. This performance surpasses previous studies, which reported lower efficiency gains. Economically, the water cooling system presents a cost-effective alternative to solar tracking systems, with lower investment costs and ease of maintenance. Future research is recommended to explore more efficient pump options and alternative cooling methods, such as air cooling or advanced control mechanisms, to further enhance the system’s performance and energy efficiency.