不同冷却方式对太阳能光伏组件发电性能分析

高奇 张琳琪

摘要：现如今我国对于光伏光热组件以及光伏组件的研究基本上都是最为单一的研究方式，其中所缺少的是如何才能将冷却方式系统化。对于目前状态，所建立的铜管水降温光伏光热组建系统以及表面水降温光伏组件系统对其进行系统的研究分析。在同等规格、材质以及倾角的基础上利用追踪式光伏光热组件系统进行参照。其结果表明，铜管水降温光伏光热组件系统以及表面水降温广府组件系统和固定倾角光伏光热组件系统进行比较，其电池转换效率在百分之0.3和百分之3之间，而这点也证明了表面水降温广府组建系统，不仅可以具备降温作用，同时还能定期除尘，还能让电池转换效率提高。以下文章光伏光热组件用（PV/T）代替，光伏组件利用（PV）代替。

关键词：表面水降温；对比研究；太阳能光伏；铜管水降温

太阳电池效率是以温度的高低来衡量的，会随着温度的升高而不断降低，经过研究发现，太阳电池温度上升1摄氏度，其效率会下降百分之4左右。为了可以让光伏效率进一步提高，我国以及国外的相关学者对于太阳能电池的冷却方式进行研究。其中，张宇祥等相关人员通过对低电池覆盖率对光伏光热组件性能的影响发现，电池覆盖率对于系统的光学性能影响较大，但是对于热血性能影响较小。又有相关学者表明，利用单晶硅光伏板与全错扁盒式太阳能热水器集热板结合的方式，能将太阳能电池的综合效率大大提高，大约在百分之70左右。

这点来看，对于太阳能冷却的方式研究，不管是强制通风冷却，还是自然通风，均是单一的对光伏组件进行冷却，而其系统性不言而喻，因此，本篇文章对铜管水降温光伏光热组件以及表面水降温光伏组件等问题进行粗浅研究。

一、 理论模型研究

此次主要是选择晶太阳能电池组件，以下是具体参数。详情见表1。

（一） 铜管水降温光伏光热组件理论模型

铜管水降温光伏光热组件是背面铺设流道，之后通过流体将热量转出，以此来降低电池工作温度，来提高光电转换效率。制作铜管水降温光伏光热组件最为主要的是需要保证好太阳能电池与吸热层之间的热传导以及电绝缘。

以下是铜管水降温光伏光热组件背板铜管铺设详情。

本次设计：该组件是在单晶硅电池之后铺设冷却通道 — 铜管，因此，其归电器的有效太阳辐射强度与PV组件相同。在同样的标准下，也就是在太阳辐射强度为1 000 W/m2，电池温度在25摄氏度以下时，光电转化效率为百分之15.57，而其输出功率可以表达为P =0. 155 7 · [ 1 -0.005 · （ T -298）] · Is 因此，光伏光热组件的热量则为Cmod×dT/dt=Qsolar-Qc-Qr-Qx-P-Qout最终的电池转换效率计算公式为p/AIS

（二） 表面水降温光伏组件理论模型

光伏组件的降温模式是利用水墨层来代替玻璃层的方式进行降温，但是这种模式会导致水资源大量消耗，同时，为了考虑水流可以顺利通过组件中的玻璃盖板表面，不仅需要达到除尘还可以为电池板降温。

因为表面水降温光伏组件背面板属于是自然对流换热，因此，前面板是流体掠过平板的强制对流换热，而光伏组件换热量应当为：

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、分析对比

（一） 电池板工作温度比较

对于电池板工作温度进行比较，主要是将表面水降温PV电池转换率，固定倾角TPV电池转换效率以及表面水降温PV背板温度等方面的发电效率进行比较，该图是在光伏光热组件理论的支持下进行降温环节，同时对实际的工作温度进行对比。从上图当中可以看出光伏光热组件理论值相爱的工作温度以及实际温度，都会随着太阳辐射强度逐渐变化，理论工作温度与实践相差不多，因此，可以说明，该设想十分合理，而在实际过程中，其波动可能会受到循环水箱温度蓄热波动以及环境温度等相关因素影响。

（二） 表面水降温光伏组件

经过试验表明，正面板温度会受到太阳辐照度以及其他众多因素的影响，在其中会产生变化，而背面温度则会较为稳定，因此，将太阳电池背板温度与实际工作温度进行对比。

表面水降温光伏组件理论工作温度与实际温度变化一致，因此，可以证明上述论述的合理性。表面水降温光伏组件工作温度会随着太阳辐射程度的影响而不断变化。而该试验当中，理论模型中分层建立的较为简单，与实际测温等因素相比，太阳电池实测工作温度变化较慢。

三、电池转换效率比较

（一） 铜管水降温光伏光热组件

根据理论转换效率以及实际电池转换效率相比。理论电池转换效率是 Maplel 12软件结合公式运用该方式进行计算。下图是电池转换效率百分比。

经过实验发现，铜管水降温光伏光热组件理论电池的转换率偏差过大，在计算时，应当考虑到透过量的影响，因此，光伏光热组件电池转换效率应当是电池输出功率与有效太阳辐照强度之间的比值。

（二） 表面水降温光伏组件

与光伏光热组件，理论与实际电池转换效率其曲线大致上一致，虽略有偏差但是影响不大。理论电池转换效率曲线过于平滑，其转换率平均为百分之15.78，最终实际平均电池转换效率曲线最终也会受到环境所带来的影响，最终转换率为百分之18.36。

四、结论

本次对太阳能光伏光热的综合利用问题进行研究，同时研究太阳能光伏电池冷却方式，主要是针对，铜管水、表面水降温光伏光热组件问题进行研究所创建的光、热、性能理论模型。并且进行了粗浅的分析。希望本次研究能对我国相关人员有一定帮助，促进我国更好的对光伏光热系统进行研究开发。

参考文献：

[1]太阳能光伏发电系统结构布置改进及发电性能研究[D]. 东南大学， 2015.

[2]佚名. 不同冷却方式对太阳能光伏组件发电性能分析[J]. 建筑節能.

[3]靳志会. 太阳能光伏发电系统设计及运行分析[D]. 河北工业大学， 2011.

（作者单位：国家太阳能光伏产品质量监督检验中心）