太阳能光伏电池板冷却及发电效率的研究

诸锦 彭剑

摘要：不太阳能电池温度以及光伏发电效率在不同的冷却方式之下会有不同的效率。本次对太阳能光伏电池板冷却以及发电效率问题进行研究。目前我国在太阳能光伏电池板冷却方式上主要有三种，强制循环冷却、太阳能光伏光热冷却以及新型冷却系统冷却。在参考业内前辈的相关学术资料发现，自然循环冷却具备较强的经济性，新型太阳能光伏光热冷却效果最好，在实验研究当中，强制循环冷却方式较为适用。其中，新型太阳能光伏光热冷却效果虽然效果较好，并且与建筑结合之后，其技术更强，但是投入成本颇高，我国使用的传统光伏光热系统相比，平板式光伏光热系统能更好的减少太阳能光伏电池板温度，使其温差更低，有效解决了光伏光热点输出以及热输出矛盾的问题，因此，适用于在我国进行推广开发。

关键词：光伏电池；冷却技术；发电效率；太阳能

工业化程度不断提高，环境污染问题也逐渐严重，对于能源利用方面逐渐被众多学者所关注。太阳能是可再生资源的一种，并且清洁无污染，在各大领域当中被广泛应用。同时光伏发电技术也被众多学术界业内学者关注。太阳能系统因为其效率高、成本低，同时无污染的特点让其在众多领域广发应用。光伏发电系统是对太阳能电池进行利用，将其中的太阳能转换为电能。但是，我国在对光伏电池进行运用的过程中，效率一直止步不前，不能使其进一步更好的应用。而追究其原因发现，主要是大部分能量变成废热，导致光伏组件的温度提高，让能量转换效率减弱。经过研究发现：当电池温度升高1摄氏度，其电效率则会下降百分之5.单晶硅太阳能电池在0℃时，其转换率仅有百分之30，但是在实际生活应用当中，正常条件下的硅电池转换效率在百分之12到百分之17之间。因此，照射到电池表面的太阳能有众多能量流失，让电池温度提高，降低了电池效率。因此，研究太阳能电池冷却问题对于提高发电效率有一定的帮助，能促进我国太阳能发电效率的进一步提升。

一、传统冷却方式对太阳能发电效率的影响

目前较为传统的冷却方式就是上述三种，而接下来笔者该三种叙述太阳能发电效率影响。

（一）自然循环对流冷却

这种冷却方式是对太阳能电池板背面利用某种方式达到调节电池板温度的作用，这种方式不仅需要的资本成本小，同时仅仅需要电池板背面有合适的缝隙形成同城即可形成冷却。杨洪兴等人在研究当中提出了新的字让冷却同丰方式，在光伏组件屋面上设计空气通风流道，这种流道能降低电池表面温度15℃，其电力输出最终提高了百分之8.3.黄护林等人在研究当中发现，当电池背面空隙刀刀20～40mm时，太阳能电池板具备较好的效果，其温度与无通道或是无翅片的条件下，温度会低20℃左右，并且，其效率接近百分之10上下。

（二）强制循环冷却

强制循环冷却主要是需要额外的驱动动力，太阳能电池正反面同时进行冷却。与此同时，还需要工作介质在驱动力的驱使下去减弱电池板温度。正常情况下，其工作介质一般是空气或是透射率较高的液体。在强制冷却方式当中也有装风机来强制散热的方式。在五个流量之下，强制对流电池板平均绝对电效率会比自然对流的电池板高百分之0.675左右，当风机体积流量减少时，可以发现，电池板的散热效果也会随之下降，而系统的热效率也会不断减少，虽然电池板的电效率会随着体积流量不断变换，但是净电效率并不会有所变化，而风机散热方式其净电效率会比自然对流的电池板高百分之0.565左右。

（三）太阳能光伏光热冷却

太阳能光伏光热冷却方式，更科学的来讲是强制循环冷却与自然循环冷却的结合体，为了可以让太阳能的利用效率提高，将他爱阳能电池组件与太阳能集热器集合使用，形成光伏光热一体集热器，在正常的光照条件之下以及正常的温度之下，以水为工质的平板式光伏光热系统电池板能降低太陽能的电池温度，将转换效率逐渐提高，从而让输出功率能有所提升，与此同时，因为工质的热容量较大，因此，电池板温度的变化会变得缓慢，从而减少其未能转化的能量对太阳能电池组件的上海。与传统的光伏光热相比，平板式光伏光热的电池板与工质之间温度差异娇小，而在平板温度较低的情况下，更适用于光伏电池的光电转化，让工质获取更多的出口温度，以此来提高系统热效率。这种以水为工质的面板是光伏光热冷却方式光照较为充盈，在气温较低的地区使用可增添一定的热效率。如此，不仅能加强其中的循环热，还能让温度有明显的升高，在日常生活当中也可用作预热。

常泽辉等人利用铜管与太阳能电池背面形成管板式光能光热系统。在其研究的过程中在同样的温度与太阳辐射相等的条件下，用普通太阳能电磁与装有铜管换热器的太阳能电池进行对比，对其输出功率进行测量，发现带有铜管换热器的太阳能与其相比输出功率要高出百分之17左右。在光能光热系统评价上，相关人员对其研究发现，在平板型太阳集热器的自然循环光能光热系统当中。不管是 天气情况如何，最终的平均热效率都达到了百分之40左右，发电效率平均达到了百分之9.5，因考虑到热能品质与电能，其系统的综合效率在百分之60左右，在效率上与单独的光伏或是热水系统相比，有明显的增高。

二、新型冷却方式对太阳能发电效率的影响

目前，新型研发的技术有微通道冷却技术、液体射流冲击冷却技术以及热管冷却技术三种，并且以上三种方式均能让发电效率提高。热管技术主要是在不用理额外能源消耗的前提下，提供有效的冷却效果，这电是目前较为理想的一种方式。经过国内外研究显示：以水作为工质，其温度在不超过140℃的条件下，热管散热热流可以达到250～1000 kW /m2 。同时也有相关学者提出：20倍聚光率，光伏发电系统在不利用冷却手段时，其温度会达到84℃，并且电池效率也会下降百分之50，而如采用铜制扁平热管，其电池温度会在46摄氏度以下，其电池效率也仅仅只会降低百分之10.

三、结束语

本篇文章对三种传统的冷却方式进行论述，同时提出了新型冷却方式对太阳能发电效率的影响，希望本篇文章论述，能对相关人员有一定的启示作用，促进新型冷却方式进一步改善，更好的提高太阳能发电效率。

参考文献：

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[4]杨洪兴， 季杰.BIPV对建筑墙体得热影响的研究[J].太阳能学报， 1999， 20（3）： 270-273.

（作者单位：国家太阳能光伏产品质量监督检验中心）