NUMERICAL INVESTIGATION OF HEAT SINK-BASED COOLING OF SOLAR PHOTOVOLTAIC PANELS UNDER HARSH WEATHER CONDITIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MS Thesis) 202214900_MS_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 23 June 2026. Download (5MB)

Arabic Abstract

تهدف هذه الدراسة إلى تعزيز إدارة الحرارة في الألواح الشمسية الكهروضوئية من خلال محاكاة استخدام المشتتات الحرارية حاسوبيًا في ظروف مناخية قاسية. وتعتمد الدراسة على الظروف المناخية الخاصة بالمملكة العربية السعودية، حيث تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى انخفاض كبير في كفاءة أداء الألواح. أظهرت نتائج المحاكاة أنه في عدم وجود أي نظام تبريد، يمكن أن تصل درجة حرارة الألواح الشمسية إلى متوسط قدره 392 كلفن، وذلك بحسب اتجاه الرياح. وأضافت الدراسة أن استخدام زعانف حرارية بسمك 1 ملم يمكن أن يخفض درجة الحرارة بحوالي 22 كلفن. وعند زيادة سمك الزعانف إلى 3.5 ملم و5 ملم، يتحسن الأداء الحراري بشكل أكبر، حيث تم تسجيل انخفاض حراري أقصى قدره 24 كلفن. وقد أظهرت الزعانف بسُمك 5 ملم أفضل أداء حراري وأكثره استقرارًا حتى في ظل عدم توافق اتجاه الرياح بشكل مثالي. تُبيّن هذه الدراسة أن التبريد السلبي باستخدام المشتتات الحرارية، ولا سيما الزعانف ذات السماكة الأكبر، يُعد خيارًا فعالًا من حيث التكلفة لتحسين كفاءة وموثوقية أنظمة الطاقة الشمسية في البيئات القاسية.

English Abstract

This study aims to enhance the thermal management of solar photovoltaic (PV) panels by computationally simulating the use of heat sinks in extreme climatic conditions. The study is based on the specific conditions of Saudi Arabia, where high ambient temperatures can significantly reduce panel performance. The simulation indicated that without any cooling, PV panels can reach average temperatures as high as 392 K, depending on the wind direction. The addition of 1 mm thick fins can reduce this by about 22K. Increasing the fin thickness further to 3.5 mm and 5 mm improve the results further by a maximum reduction of 24 K. The 5 mm configuration demonstrated the most consistent thermal performance, even with suboptimal wind alignment. This study demonstrates that passive heat sink cooling, particularly using thicker fins, is a viable and cost-effective solution for improving the efficiency and reliability of PV systems in harsh climates.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Boom, Pieter
Committee Members:	Sathyamurthy, Ravishankar and Ali Arshad, Muhammad Hafiz
Depositing User:	MOHAMMED AREFEEN (g202214900)
Date Deposited:	23 Jun 2025 12:39
Last Modified:	23 Jun 2025 12:39
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143569