太陽(yáng)能光伏電池板冷卻及發(fā)電效率的研究

諸錦 彭劍

摘要：不太陽(yáng)能電池溫度以及光伏發(fā)電效率在不同的冷卻方式之下會(huì)有不同的效率。本次對(duì)太陽(yáng)能光伏電池板冷卻以及發(fā)電效率問(wèn)題進(jìn)行研究。目前我國(guó)在太陽(yáng)能光伏電池板冷卻方式上主要有三種，強(qiáng)制循環(huán)冷卻、太陽(yáng)能光伏光熱冷卻以及新型冷卻系統(tǒng)冷卻。在參考業(yè)內(nèi)前輩的相關(guān)學(xué)術(shù)資料發(fā)現(xiàn)，自然循環(huán)冷卻具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，新型太陽(yáng)能光伏光熱冷卻效果最好，在實(shí)驗(yàn)研究當(dāng)中，強(qiáng)制循環(huán)冷卻方式較為適用。其中，新型太陽(yáng)能光伏光熱冷卻效果雖然效果較好，并且與建筑結(jié)合之后，其技術(shù)更強(qiáng)，但是投入成本頗高，我國(guó)使用的傳統(tǒng)光伏光熱系統(tǒng)相比，平板式光伏光熱系統(tǒng)能更好的減少太陽(yáng)能光伏電池板溫度，使其溫差更低，有效解決了光伏光熱點(diǎn)輸出以及熱輸出矛盾的問(wèn)題，因此，適用于在我國(guó)進(jìn)行推廣開發(fā)。

關(guān)鍵詞：光伏電池；冷卻技術(shù)；發(fā)電效率；太陽(yáng)能

工業(yè)化程度不斷提高，環(huán)境污染問(wèn)題也逐漸嚴(yán)重，對(duì)于能源利用方面逐漸被眾多學(xué)者所關(guān)注。太陽(yáng)能是可再生資源的一種，并且清潔無(wú)污染，在各大領(lǐng)域當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。同時(shí)光伏發(fā)電技術(shù)也被眾多學(xué)術(shù)界業(yè)內(nèi)學(xué)者關(guān)注。太陽(yáng)能系統(tǒng)因?yàn)槠湫矢?、成本低，同時(shí)無(wú)污染的特點(diǎn)讓其在眾多領(lǐng)域廣發(fā)應(yīng)用。光伏發(fā)電系統(tǒng)是對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行利用，將其中的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。但是，我國(guó)在對(duì)光伏電池進(jìn)行運(yùn)用的過(guò)程中，效率一直止步不前，不能使其進(jìn)一步更好的應(yīng)用。而追究其原因發(fā)現(xiàn)，主要是大部分能量變成廢熱，導(dǎo)致光伏組件的溫度提高，讓能量轉(zhuǎn)換效率減弱。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電池溫度升高1攝氏度，其電效率則會(huì)下降百分之5.單晶硅太陽(yáng)能電池在0℃時(shí)，其轉(zhuǎn)換率僅有百分之30，但是在實(shí)際生活應(yīng)用當(dāng)中，正常條件下的硅電池轉(zhuǎn)換效率在百分之12到百分之17之間。因此，照射到電池表面的太陽(yáng)能有眾多能量流失，讓電池溫度提高，降低了電池效率。因此，研究太陽(yáng)能電池冷卻問(wèn)題對(duì)于提高發(fā)電效率有一定的幫助，能促進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電效率的進(jìn)一步提升。

一、傳統(tǒng)冷卻方式對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電效率的影響

目前較為傳統(tǒng)的冷卻方式就是上述三種，而接下來(lái)筆者該三種敘述太陽(yáng)能發(fā)電效率影響。

（一）自然循環(huán)對(duì)流冷卻

這種冷卻方式是對(duì)太陽(yáng)能電池板背面利用某種方式達(dá)到調(diào)節(jié)電池板溫度的作用，這種方式不僅需要的資本成本小，同時(shí)僅僅需要電池板背面有合適的縫隙形成同城即可形成冷卻。楊洪興等人在研究當(dāng)中提出了新的字讓冷卻同豐方式，在光伏組件屋面上設(shè)計(jì)空氣通風(fēng)流道，這種流道能降低電池表面溫度15℃，其電力輸出最終提高了百分之8.3.黃護(hù)林等人在研究當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池背面空隙刀刀20～40mm時(shí)，太陽(yáng)能電池板具備較好的效果，其溫度與無(wú)通道或是無(wú)翅片的條件下，溫度會(huì)低20℃左右，并且，其效率接近百分之10上下。

（二）強(qiáng)制循環(huán)冷卻

強(qiáng)制循環(huán)冷卻主要是需要額外的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，太陽(yáng)能電池正反面同時(shí)進(jìn)行冷卻。與此同時(shí)，還需要工作介質(zhì)在驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)使下去減弱電池板溫度。正常情況下，其工作介質(zhì)一般是空氣或是透射率較高的液體。在強(qiáng)制冷卻方式當(dāng)中也有裝風(fēng)機(jī)來(lái)強(qiáng)制散熱的方式。在五個(gè)流量之下，強(qiáng)制對(duì)流電池板平均絕對(duì)電效率會(huì)比自然對(duì)流的電池板高百分之0.675左右，當(dāng)風(fēng)機(jī)體積流量減少時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，電池板的散熱效果也會(huì)隨之下降，而系統(tǒng)的熱效率也會(huì)不斷減少，雖然電池板的電效率會(huì)隨著體積流量不斷變換，但是凈電效率并不會(huì)有所變化，而風(fēng)機(jī)散熱方式其凈電效率會(huì)比自然對(duì)流的電池板高百分之0.565左右。

（三）太陽(yáng)能光伏光熱冷卻

太陽(yáng)能光伏光熱冷卻方式，更科學(xué)的來(lái)講是強(qiáng)制循環(huán)冷卻與自然循環(huán)冷卻的結(jié)合體，為了可以讓太陽(yáng)能的利用效率提高，將他愛(ài)陽(yáng)能電池組件與太陽(yáng)能集熱器集合使用，形成光伏光熱一體集熱器，在正常的光照條件之下以及正常的溫度之下，以水為工質(zhì)的平板式光伏光熱系統(tǒng)電池板能降低太陽(yáng)能的電池溫度，將轉(zhuǎn)換效率逐漸提高，從而讓輸出功率能有所提升，與此同時(shí)，因?yàn)楣べ|(zhì)的熱容量較大，因此，電池板溫度的變化會(huì)變得緩慢，從而減少其未能轉(zhuǎn)化的能量對(duì)太陽(yáng)能電池組件的上海。與傳統(tǒng)的光伏光熱相比，平板式光伏光熱的電池板與工質(zhì)之間溫度差異嬌小，而在平板溫度較低的情況下，更適用于光伏電池的光電轉(zhuǎn)化，讓工質(zhì)獲取更多的出口溫度，以此來(lái)提高系統(tǒng)熱效率。這種以水為工質(zhì)的面板是光伏光熱冷卻方式光照較為充盈，在氣溫較低的地區(qū)使用可增添一定的熱效率。如此，不僅能加強(qiáng)其中的循環(huán)熱，還能讓溫度有明顯的升高，在日常生活當(dāng)中也可用作預(yù)熱。

常澤輝等人利用銅管與太陽(yáng)能電池背面形成管板式光能光熱系統(tǒng)。在其研究的過(guò)程中在同樣的溫度與太陽(yáng)輻射相等的條件下，用普通太陽(yáng)能電磁與裝有銅管換熱器的太陽(yáng)能電池進(jìn)行對(duì)比，對(duì)其輸出功率進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)帶有銅管換熱器的太陽(yáng)能與其相比輸出功率要高出百分之17左右。在光能光熱系統(tǒng)評(píng)價(jià)上，相關(guān)人員對(duì)其研究發(fā)現(xiàn)，在平板型太陽(yáng)集熱器的自然循環(huán)光能光熱系統(tǒng)當(dāng)中。不管是 天氣情況如何，最終的平均熱效率都達(dá)到了百分之40左右，發(fā)電效率平均達(dá)到了百分之9.5，因考慮到熱能品質(zhì)與電能，其系統(tǒng)的綜合效率在百分之60左右，在效率上與單獨(dú)的光伏或是熱水系統(tǒng)相比，有明顯的增高。

二、新型冷卻方式對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電效率的影響

目前，新型研發(fā)的技術(shù)有微通道冷卻技術(shù)、液體射流沖擊冷卻技術(shù)以及熱管冷卻技術(shù)三種，并且以上三種方式均能讓發(fā)電效率提高。熱管技術(shù)主要是在不用理額外能源消耗的前提下，提供有效的冷卻效果，這電是目前較為理想的一種方式。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外研究顯示：以水作為工質(zhì)，其溫度在不超過(guò)140℃的條件下，熱管散熱熱流可以達(dá)到250～1000 kW /m2 。同時(shí)也有相關(guān)學(xué)者提出：20倍聚光率，光伏發(fā)電系統(tǒng)在不利用冷卻手段時(shí)，其溫度會(huì)達(dá)到84℃，并且電池效率也會(huì)下降百分之50，而如采用銅制扁平熱管，其電池溫度會(huì)在46攝氏度以下，其電池效率也僅僅只會(huì)降低百分之10.

三、結(jié)束語(yǔ)

本篇文章對(duì)三種傳統(tǒng)的冷卻方式進(jìn)行論述，同時(shí)提出了新型冷卻方式對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電效率的影響，希望本篇文章論述，能對(duì)相關(guān)人員有一定的啟示作用，促進(jìn)新型冷卻方式進(jìn)一步改善，更好的提高太陽(yáng)能發(fā)電效率。

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（作者單位：國(guó)家太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）