不同冷卻方式對太陽能光伏組件發電性能分析

高奇 張琳琪

摘要：現如今我國對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化。對于目前狀態，所建立的銅管水降溫光伏光熱組建系統以及表面水降溫光伏組件系統對其進行系統的研究分析。在同等規格、材質以及傾角的基礎上利用追蹤式光伏光熱組件系統進行參照。其結果表明，銅管水降溫光伏光熱組件系統以及表面水降溫廣府組件系統和固定傾角光伏光熱組件系統進行比較，其電池轉換效率在百分之0.3和百分之3之間，而這點也證明了表面水降溫廣府組建系統，不僅可以具備降溫作用，同時還能定期除塵，還能讓電池轉換效率提高。以下文章光伏光熱組件用（PV/T）代替，光伏組件利用（PV）代替。

關鍵詞：表面水降溫；對比研究；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，會隨著溫度的升高而不斷降低，經過研究發現，太陽電池溫度上升1攝氏度，其效率會下降百分之4左右。為了可以讓光伏效率進一步提高，我國以及國外的相關學者對于太陽能電池的冷卻方式進行研究。其中，張宇祥等相關人員通過對低電池覆蓋率對光伏光熱組件性能的影響發現，電池覆蓋率對于系統的光學性能影響較大，但是對于熱血性能影響較小。又有相關學者表明，利用單晶硅光伏板與全錯扁盒式太陽能熱水器集熱板結合的方式，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。

這點來看，對于太陽能冷卻的方式研究，不管是強制通風冷卻，還是自然通風，均是單一的對光伏組件進行冷卻，而其系統性不言而喻，因此，本篇文章對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。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流道，之后通過流體將熱量轉出，以此來降低電池工作溫度，來提高光電轉換效率。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詳情。

本次設計：該組件是在單晶硅電池之后鋪設冷卻通道 — 銅管，因此，其歸電器的有效太陽輻射強度與PV組件相同。在同樣的標準下，也就是在太陽輻射強度為1 000 W/m2，電池溫度在25攝氏度以下時，光電轉化效率為百分之15.57，而其輸出功率可以表達為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最終的電池轉換效率計算公式為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行降溫，但是這種模式會導致水資源大量消耗，同時，為了考慮水流可以順利通過組件中的玻璃蓋板表面，不僅需要達到除塵還可以為電池板降溫。

因為表面水降溫光伏組件背面板屬于是自然對流換熱，因此，前面板是流體掠過平板的強制對流換熱，而光伏組件換熱量應當為：

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、分析對比

（一） 電池板工作溫度比較

對于電池板工作溫度進行比較，主要是將表面水降溫PV電池轉換率，固定傾角TPV電池轉換效率以及表面水降溫PV背板溫度等方面的發電效率進行比較，該圖是在光伏光熱組件理論的支持下進行降溫環節，同時對實際的工作溫度進行對比。從上圖當中可以看出光伏光熱組件理論值相愛的工作溫度以及實際溫度，都會隨著太陽輻射強度逐漸變化，理論工作溫度與實踐相差不多，因此，可以說明，該設想十分合理，而在實際過程中，其波動可能會受到循環水箱溫度蓄熱波動以及環境溫度等相關因素影響。

（二） 表面水降溫光伏組件

經過試驗表明，正面板溫度會受到太陽輻照度以及其他眾多因素的影響，在其中會產生變化，而背面溫度則會較為穩定，因此，將太陽電池背板溫度與實際工作溫度進行對比。

表面水降溫光伏組件理論工作溫度與實際溫度變化一致，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隨著太陽輻射程度的影響而不斷變化。而該試驗當中，理論模型中分層建立的較為簡單，與實際測溫等因素相比，太陽電池實測工作溫度變化較慢。

三、電池轉換效率比較

（一） 銅管水降溫光伏光熱組件

根據理論轉換效率以及實際電池轉換效率相比。理論電池轉換效率是 Maplel 12軟件結合公式運用該方式進行計算。下圖是電池轉換效率百分比。

經過實驗發現，銅管水降溫光伏光熱組件理論電池的轉換率偏差過大，在計算時，應當考慮到透過量的影響，因此，光伏光熱組件電池轉換效率應當是電池輸出功率與有效太陽輻照強度之間的比值。

（二） 表面水降溫光伏組件

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

四、結論

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

參考文獻：

[1]太陽能光伏發電系統結構布置改進及發電性能研究[D]. 東南大學， 2015.

[2]佚名. 不同冷卻方式對太陽能光伏組件發電性能分析[J]. 建筑節能.

[3]靳志會. 太陽能光伏發電系統設計及運行分析[D]. 河北工業大學， 2011.

（作者單位：國家太陽能光伏產品質量監督檢驗中心）