太阳能汽车高效冷却和低阻力空气动力学设计



太阳能汽车高效冷却和低阻力空气动力学设计

汽车上使用新的能源使得汽车空气动力学有了新的研究发展，如太阳能汽车的表面冷却问题。太阳能汽车表面覆盖有光伏模块组件，其外形优化设计不仅要考虑减小空气阻力，而且也要考虑加强表面的散热，以提高光伏元件的能量转换效率。同时，由于汽车轻量化的要求，因此附加主动冷却装置几乎不现实，而冷却作用的唯一来源就是汽车运动引起的强制热对流。由于汽车的外形复杂，车上不同区域空气流动条件有很大的区别，因此这将直接影响车载太阳能电池的温度，且无法应用商业计算流体力学（CFD）软件进行求解。针对空气动力学和热力学效率高的太阳能汽车实例，建立了详尽的带有附加约束条件和边界条件的物理模型，并进行了试验验证。

利用太阳能电池的简单非定常热模型预测太阳能电池的温度和效率。由于电池表面散热取决于该点的空气流速，所以太阳能电池温度的计算需要求解全部空气动力方程。考虑到太阳能电池温度达到稳定状态时的耗时很长，计算也将非常复杂，提出了一种简化方法即通过使用边界层理论的近似关系或者利用CFD求解能量方程中的速度场，并可缩短其计算时间。试验结果表明，流动分离区导致太阳能电池的局部过热。线性分析表明，对于恒定负荷，功率损耗不取决于电路的结构。如果温度和光照度不均匀，则最大功率点的跟踪会很复杂。因此，安装在流动分离区内的太阳能电池应该被视为独立的模块，因为其受热最严重而会限制整个系统的性能。

刊名：Solar Energy（英）

刊期：2014年第103期

作者：Nikolay A. Vinnichenko et al

编译：何云廷