来自伊朗Tarbiat Modares大学的研究人员开发了一种倾斜式太阳能烟囱系统,将光伏发电与地下空间的被动式通风系统相结合,可以有效降低室内温度。“烟囱效应”作为典型的被动式节能技术,广泛运用于建筑领域,能有效促进室内外空气自然流动与交换。
该系统的工作原理是:太阳能电池板在发电时会产生热量,加热其背面通道内的空气。热空气上升形成烟囱效应,将室内空气排出;同时,室外新鲜空气经过地下空间冷却后进入室内,从而实现降温。此外,空气流动还能带走光伏板的热量,降低其工作温度,进而提升发电效率。

研究团队在伊朗德黑兰进行了一项模拟实验:在一个6m×5m×2.8m的房间连接6m×5m×2.5m的地下室,并通过一个4.2m×2.4m的光伏烟囱实现通风。结果显示,该系统可提供110至1000W的制冷量,使夏季室内温度保持在舒适范围内。

然而,在气候更炎热的伊拉克巴格达,相同尺寸的光伏烟囱难以保证夏季室内温度始终舒适,夜间尤其明显。为此,团队建议在夜间加装小型风扇以增强通风。若配合空调使用,该光伏烟囱系统可降低55.9%的空调制冷负荷,每年空调用电量约为340度。

根据该团队的计算,这样的一套光伏烟囱每年可发电2000度以上,相当于空调耗电量的6倍,其中由于烟囱对光伏板背面的通风降温效果,使得该系统可多发0.5%的电量。

该文提出将烟囱效应与太阳能技术相结合,不仅可以降低太阳能电池板的工作温度,提高其发电效率,还可以强化地下空间自然通风,降低夏天的室内温度。