不同冷卻方式對(duì)太陽能光伏組件發(fā)電性能分析

高奇 張琳琪

摘要：現(xiàn)如今我國對(duì)于光伏光熱組件以及光伏組件的研究基本上都是最為單一的研究方式，其中所缺少的是如何才能將冷卻方式系統(tǒng)化。對(duì)于目前狀態(tài)，所建立的銅管水降溫光伏光熱組建系統(tǒng)以及表面水降溫光伏組件系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析。在同等規(guī)格、材質(zhì)以及傾角的基礎(chǔ)上利用追蹤式光伏光熱組件系統(tǒng)進(jìn)行參照。其結(jié)果表明，銅管水降溫光伏光熱組件系統(tǒng)以及表面水降溫廣府組件系統(tǒng)和固定傾角光伏光熱組件系統(tǒng)進(jìn)行比較，其電池轉(zhuǎn)換效率在百分之0.3和百分之3之間，而這點(diǎn)也證明了表面水降溫廣府組建系統(tǒng)，不僅可以具備降溫作用，同時(shí)還能定期除塵，還能讓電池轉(zhuǎn)換效率提高。以下文章光伏光熱組件用（PV/T）代替，光伏組件利用（PV）代替。

關(guān)鍵詞：表面水降溫；對(duì)比研究；太陽能光伏；銅管水降溫

太陽電池效率是以溫度的高低來衡量的，會(huì)隨著溫度的升高而不斷降低，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，太陽電池溫度上升1攝氏度，其效率會(huì)下降百分之4左右。為了可以讓光伏效率進(jìn)一步提高，我國以及國外的相關(guān)學(xué)者對(duì)于太陽能電池的冷卻方式進(jìn)行研究。其中，張宇祥等相關(guān)人員通過對(duì)低電池覆蓋率對(duì)光伏光熱組件性能的影響發(fā)現(xiàn)，電池覆蓋率對(duì)于系統(tǒng)的光學(xué)性能影響較大，但是對(duì)于熱血性能影響較小。又有相關(guān)學(xué)者表明，利用單晶硅光伏板與全錯(cuò)扁盒式太陽能熱水器集熱板結(jié)合的方式，能將太陽能電池的綜合效率大大提高，大約在百分之70左右。

這點(diǎn)來看，對(duì)于太陽能冷卻的方式研究，不管是強(qiáng)制通風(fēng)冷卻，還是自然通風(fēng)，均是單一的對(duì)光伏組件進(jìn)行冷卻，而其系統(tǒng)性不言而喻，因此，本篇文章對(duì)銅管水降溫光伏光熱組件以及表面水降溫光伏組件等問題進(jìn)行粗淺研究。

一、 理論模型研究

此次主要是選擇晶太陽能電池組件，以下是具體參數(shù)。詳情見表1。

（一） 銅管水降溫光伏光熱組件理論模型

銅管水降溫光伏光熱組件是背面鋪設(shè)流道，之后通過流體將熱量轉(zhuǎn)出，以此來降低電池工作溫度，來提高光電轉(zhuǎn)換效率。制作銅管水降溫光伏光熱組件最為主要的是需要保證好太陽能電池與吸熱層之間的熱傳導(dǎo)以及電絕緣。

以下是銅管水降溫光伏光熱組件背板銅管鋪設(shè)詳情。

本次設(shè)計(jì)：該組件是在單晶硅電池之后鋪設(shè)冷卻通道 — 銅管，因此，其歸電器的有效太陽輻射強(qiáng)度與PV組件相同。在同樣的標(biāo)準(zhǔn)下，也就是在太陽輻射強(qiáng)度為1 000 W/m2，電池溫度在25攝氏度以下時(shí)，光電轉(zhuǎn)化效率為百分之15.57，而其輸出功率可以表達(dá)為P =0. 155 7 · [ 1 -0.005 · （ T -298）] · Is 因此，光伏光熱組件的熱量則為Cmod×dT/dt=Qsolar-Qc-Qr-Qx-P-Qout最終的電池轉(zhuǎn)換效率計(jì)算公式為p/AIS

（二） 表面水降溫光伏組件理論模型

光伏組件的降溫模式是利用水墨層來代替玻璃層的方式進(jìn)行降溫，但是這種模式會(huì)導(dǎo)致水資源大量消耗，同時(shí)，為了考慮水流可以順利通過組件中的玻璃蓋板表面，不僅需要達(dá)到除塵還可以為電池板降溫。

因?yàn)楸砻嫠禍毓夥M件背面板屬于是自然對(duì)流換熱，因此，前面板是流體掠過平板的強(qiáng)制對(duì)流換熱，而光伏組件換熱量應(yīng)當(dāng)為：

Qc = AhcJo （ T - T water） + Ahc，fe （ T - T a）

Nu =0. 037R0.8ePr1/3

h c，/e= （ ^Nu）/l

Hc，fe=1.31（T-Ta）

二、分析對(duì)比

（一） 電池板工作溫度比較

對(duì)于電池板工作溫度進(jìn)行比較，主要是將表面水降溫PV電池轉(zhuǎn)換率，固定傾角TPV電池轉(zhuǎn)換效率以及表面水降溫PV背板溫度等方面的發(fā)電效率進(jìn)行比較，該圖是在光伏光熱組件理論的支持下進(jìn)行降溫環(huán)節(jié)，同時(shí)對(duì)實(shí)際的工作溫度進(jìn)行對(duì)比。從上圖當(dāng)中可以看出光伏光熱組件理論值相愛的工作溫度以及實(shí)際溫度，都會(huì)隨著太陽輻射強(qiáng)度逐漸變化，理論工作溫度與實(shí)踐相差不多，因此，可以說明，該設(shè)想十分合理，而在實(shí)際過程中，其波動(dòng)可能會(huì)受到循環(huán)水箱溫度蓄熱波動(dòng)以及環(huán)境溫度等相關(guān)因素影響。

（二） 表面水降溫光伏組件

經(jīng)過試驗(yàn)表明，正面板溫度會(huì)受到太陽輻照度以及其他眾多因素的影響，在其中會(huì)產(chǎn)生變化，而背面溫度則會(huì)較為穩(wěn)定，因此，將太陽電池背板溫度與實(shí)際工作溫度進(jìn)行對(duì)比。

表面水降溫光伏組件理論工作溫度與實(shí)際溫度變化一致，因此，可以證明上述論述的合理性。表面水降溫光伏組件工作溫度會(huì)隨著太陽輻射程度的影響而不斷變化。而該試驗(yàn)當(dāng)中，理論模型中分層建立的較為簡(jiǎn)單，與實(shí)際測(cè)溫等因素相比，太陽電池實(shí)測(cè)工作溫度變化較慢。

三、電池轉(zhuǎn)換效率比較

（一） 銅管水降溫光伏光熱組件

根據(jù)理論轉(zhuǎn)換效率以及實(shí)際電池轉(zhuǎn)換效率相比。理論電池轉(zhuǎn)換效率是 Maplel 12軟件結(jié)合公式運(yùn)用該方式進(jìn)行計(jì)算。下圖是電池轉(zhuǎn)換效率百分比。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，銅管水降溫光伏光熱組件理論電池的轉(zhuǎn)換率偏差過大，在計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到透過量的影響，因此，光伏光熱組件電池轉(zhuǎn)換效率應(yīng)當(dāng)是電池輸出功率與有效太陽輻照強(qiáng)度之間的比值。

（二） 表面水降溫光伏組件

與光伏光熱組件，理論與實(shí)際電池轉(zhuǎn)換效率其曲線大致上一致，雖略有偏差但是影響不大。理論電池轉(zhuǎn)換效率曲線過于平滑，其轉(zhuǎn)換率平均為百分之15.78，最終實(shí)際平均電池轉(zhuǎn)換效率曲線最終也會(huì)受到環(huán)境所帶來的影響，最終轉(zhuǎn)換率為百分之18.36。

四、結(jié)論

本次對(duì)太陽能光伏光熱的綜合利用問題進(jìn)行研究，同時(shí)研究太陽能光伏電池冷卻方式，主要是針對(duì)，銅管水、表面水降溫光伏光熱組件問題進(jìn)行研究所創(chuàng)建的光、熱、性能理論模型。并且進(jìn)行了粗淺的分析。希望本次研究能對(duì)我國相關(guān)人員有一定幫助，促進(jìn)我國更好的對(duì)光伏光熱系統(tǒng)進(jìn)行研究開發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置改進(jìn)及發(fā)電性能研究[D]. 東南大學(xué)， 2015.

[2]佚名. 不同冷卻方式對(duì)太陽能光伏組件發(fā)電性能分析[J]. 建筑節(jié)能.

[3]靳志會(huì). 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行分析[D]. 河北工業(yè)大學(xué)， 2011.

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