光伏組件散熱專利技術綜述

何大波+吳旭東+韓玲

【摘要】 本文以光伏組件散熱為研究對象，介紹了光伏組件散熱技術的整體狀況，分析了專利申請狀況、各技術分支的專利申請，力求還原光伏組件散熱技術國內外的發(fā)展現(xiàn)狀以及尋找該領域未來發(fā)展的熱點。

【關鍵詞】 光伏 散熱 專利分析

一、光伏組件散熱概述

研究數(shù)據(jù)表明：電池溫度每上升1℃，晶硅電池的光電轉化效率就會下降約0.4%，非晶硅電池大約會下降0.1%[1]。另外，電池在達到其運行溫度上限后，電池溫度每上升10℃，晶硅電池的老化速率將增加一倍。因此，電池的冷卻方式是電池研究和制造中非常重要的一個環(huán)節(jié)。目前，光伏電池常見的散熱手段表現(xiàn)為自然冷卻和強制冷卻。自然冷卻安裝方便，造價低，但冷卻效果有限[2]，強制流動冷卻效果比自然對流好[3]。除此之外，還包括熱管散熱技術，液浸散熱技術[4]等等。

二、光伏組件散熱技術分解

首先通過瀏覽專利文獻并參考國內外相關非專利文獻，對光伏組件散熱所涉及的技術分支進行分解（表1），然后采用各分支的檢索策略，在CNABS中文檢索數(shù)據(jù)庫及DWPI檢索數(shù)據(jù)庫中進行檢索得到本文所要研究的初步專利數(shù)據(jù)樣本，最后經(jīng)過人工篩選得到最終所要分析的專利數(shù)據(jù)樣本。

三、光伏組件散熱技術專利分析

3.1 專利申請量趨勢分析

從圖中可以看出，總體上，專利申請量可以分為三個階段：2005年以前為第一階段，每年的申請量較少，這是由于光伏發(fā)電還處于起步階段；2005年-2010年為第二階段，申請量出現(xiàn)了大幅度的增長，屬于高速發(fā)展期；2010年-2015年為第三階段，申請量的增速出現(xiàn)回落，但總體上的申請量還是在增長。從國內外申請量的對比來看，全球申請量的趨勢基本上由國內申請所主導。特別是在第二、三階段，由于中國的爆發(fā)式增長和增長變緩，直接導致全球申請趨勢的變化。近年來光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家正是中國。

3.2主要原創(chuàng)國和地區(qū)/目標國和地區(qū)申請量分析

在光伏散熱技術領域，我國的申請量最大，排名前五位的還有歐洲、美國、韓國、日本，排名第六、七位的中國臺灣、澳大利亞也有一定量的申請；而其他國家的申請量已經(jīng)微乎其微。技術目標國和地區(qū)表征了一個國家或地區(qū)的市場在該領域的重要程度。以中國為目標國的專利申請最多，標志著中國具有很大的消費市場。前五位目標國的順序基本沒有變化，而這些國家和地區(qū)均屬于重視知識產(chǎn)權且原創(chuàng)申請量大的國家。而排名前十的國家中，澳大利亞和印度的原創(chuàng)申請量很小，但作為目標地區(qū)的申請量卻很大，這是由于這兩個地區(qū)均具有豐富的太陽能資源，擁有較大體量的市場，屬于企業(yè)需要重點布局的地方。加拿大與巴西也均屬于這類情況。

3.3技術分支專利量分析

從圖可以看出，熱交換器冷卻和強制對流冷卻排在前兩位，而這兩種冷卻方式均屬于主動冷卻，冷卻效果好是主動冷卻的最大特點，所以也成為了企業(yè)的重點研究對象。采用散熱板技術的自然對流冷卻由于其技術簡單，無能源消耗，一般與其它技術一并工作，單獨對其進行研究的專利申請非常少。對于分頻過濾、相變材料、流道的利用，這類技術由于屬于被動冷卻技術，運行時不需要消耗能源，同時故障率也較低，對光伏電池的保護穩(wěn)定性較高。對于熱電冷卻、相變儲能冷卻屬于次新技術，具有一定量的申請；對于改進電池表面材料來進行散熱屬于新技術，目前申請量最少。

結論：本文介紹了光伏組件散熱技術的原理及其技術分支，并對其相應的專利技術進行分析和整理，重點關注了該領域在國內外的發(fā)展趨勢。分析表明目前的光伏組件散熱技術已經(jīng)比較成熟，特別是利用傳統(tǒng)的散熱手段，并且對太陽能的利用也盡量最大化；未來應當在散熱新技術以及結合光伏發(fā)電自身特性上進行研究。

參 考 文 獻

[1] SKOPLAKI E，PALYVOS J A. On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance：a review of efficiency/power correlations[J]. Solar Energy，2009，83（5）：614-624

[2]肖澤成 等. 太陽電池冷卻及光伏/光熱一體化技術的新進展[J]. 電力與能源，2011，32（5）：397-401

[3] 張曉霞 等. 太陽能光伏電池在聚光條件下冷卻方式的研究. 沈陽建筑大學學報（自然科學版）. 2008，24（6）： 1091-1098

[4] 韓新月 等. 液浸對聚光硅太陽電池電性能的影響[J]. 太陽能學報，2013，34（5）：752-757endprint