太陽能光伏電池板冷卻及發電效率的研究

諸錦 彭劍

摘要：不太陽能電池溫度以及光伏發電效率在不同的冷卻方式之下會有不同的效率。本次對太陽能光伏電池板冷卻以及發電效率問題進行研究。目前我國在太陽能光伏電池板冷卻方式上主要有三種，強制循環冷卻、太陽能光伏光熱冷卻以及新型冷卻系統冷卻。在參考業內前輩的相關學術資料發現，自然循環冷卻具備較強的經濟性，新型太陽能光伏光熱冷卻效果最好，在實驗研究當中，強制循環冷卻方式較為適用。其中，新型太陽能光伏光熱冷卻效果雖然效果較好，并且與建筑結合之后，其技術更強，但是投入成本頗高，我國使用的傳統光伏光熱系統相比，平板式光伏光熱系統能更好的減少太陽能光伏電池板溫度，使其溫差更低，有效解決了光伏光熱點輸出以及熱輸出矛盾的問題，因此，適用于在我國進行推廣開發。

關鍵詞：光伏電池；冷卻技術；發電效率；太陽能

工業化程度不斷提高，環境污染問題也逐漸嚴重，對于能源利用方面逐漸被眾多學者所關注。太陽能是可再生資源的一種，并且清潔無污染，在各大領域當中被廣泛應用。同時光伏發電技術也被眾多學術界業內學者關注。太陽能系統因為其效率高、成本低，同時無污染的特點讓其在眾多領域廣發應用。光伏發電系統是對太陽能電池進行利用，將其中的太陽能轉換為電能。但是，我國在對光伏電池進行運用的過程中，效率一直止步不前，不能使其進一步更好的應用。而追究其原因發現，主要是大部分能量變成廢熱，導致光伏組件的溫度提高，讓能量轉換效率減弱。經過研究發現：當電池溫度升高1攝氏度，其電效率則會下降百分之5.單晶硅太陽能電池在0℃時，其轉換率僅有百分之30，但是在實際生活應用當中，正常條件下的硅電池轉換效率在百分之12到百分之17之間。因此，照射到電池表面的太陽能有眾多能量流失，讓電池溫度提高，降低了電池效率。因此，研究太陽能電池冷卻問題對于提高發電效率有一定的幫助，能促進我國太陽能發電效率的進一步提升。

一、傳統冷卻方式對太陽能發電效率的影響

目前較為傳統的冷卻方式就是上述三種，而接下來筆者該三種敘述太陽能發電效率影響。

（一）自然循環對流冷卻

這種冷卻方式是對太陽能電池板背面利用某種方式達到調節電池板溫度的作用，這種方式不僅需要的資本成本小，同時僅僅需要電池板背面有合適的縫隙形成同城即可形成冷卻。楊洪興等人在研究當中提出了新的字讓冷卻同豐方式，在光伏組件屋面上設計空氣通風流道，這種流道能降低電池表面溫度15℃，其電力輸出最終提高了百分之8.3.黃護林等人在研究當中發現，當電池背面空隙刀刀20～40mm時，太陽能電池板具備較好的效果，其溫度與無通道或是無翅片的條件下，溫度會低20℃左右，并且，其效率接近百分之10上下。

（二）強制循環冷卻

強制循環冷卻主要是需要額外的驅動動力，太陽能電池正反面同時進行冷卻。與此同時，還需要工作介質在驅動力的驅使下去減弱電池板溫度。正常情況下，其工作介質一般是空氣或是透射率較高的液體。在強制冷卻方式當中也有裝風機來強制散熱的方式。在五個流量之下，強制對流電池板平均絕對電效率會比自然對流的電池板高百分之0.675左右，當風機體積流量減少時，可以發現，電池板的散熱效果也會隨之下降，而系統的熱效率也會不斷減少，雖然電池板的電效率會隨著體積流量不斷變換，但是凈電效率并不會有所變化，而風機散熱方式其凈電效率會比自然對流的電池板高百分之0.565左右。

（三）太陽能光伏光熱冷卻

太陽能光伏光熱冷卻方式，更科學的來講是強制循環冷卻與自然循環冷卻的結合體，為了可以讓太陽能的利用效率提高，將他愛陽能電池組件與太陽能集熱器集合使用，形成光伏光熱一體集熱器，在正常的光照條件之下以及正常的溫度之下，以水為工質的平板式光伏光熱系統電池板能降低太陽能的電池溫度，將轉換效率逐漸提高，從而讓輸出功率能有所提升，與此同時，因為工質的熱容量較大，因此，電池板溫度的變化會變得緩慢，從而減少其未能轉化的能量對太陽能電池組件的上海。與傳統的光伏光熱相比，平板式光伏光熱的電池板與工質之間溫度差異嬌小，而在平板溫度較低的情況下，更適用于光伏電池的光電轉化，讓工質獲取更多的出口溫度，以此來提高系統熱效率。這種以水為工質的面板是光伏光熱冷卻方式光照較為充盈，在氣溫較低的地區使用可增添一定的熱效率。如此，不僅能加強其中的循環熱，還能讓溫度有明顯的升高，在日常生活當中也可用作預熱。

常澤輝等人利用銅管與太陽能電池背面形成管板式光能光熱系統。在其研究的過程中在同樣的溫度與太陽輻射相等的條件下，用普通太陽能電磁與裝有銅管換熱器的太陽能電池進行對比，對其輸出功率進行測量，發現帶有銅管換熱器的太陽能與其相比輸出功率要高出百分之17左右。在光能光熱系統評價上，相關人員對其研究發現，在平板型太陽集熱器的自然循環光能光熱系統當中。不管是 天氣情況如何，最終的平均熱效率都達到了百分之40左右，發電效率平均達到了百分之9.5，因考慮到熱能品質與電能，其系統的綜合效率在百分之60左右，在效率上與單獨的光伏或是熱水系統相比，有明顯的增高。

二、新型冷卻方式對太陽能發電效率的影響

目前，新型研發的技術有微通道冷卻技術、液體射流沖擊冷卻技術以及熱管冷卻技術三種，并且以上三種方式均能讓發電效率提高。熱管技術主要是在不用理額外能源消耗的前提下，提供有效的冷卻效果，這電是目前較為理想的一種方式。經過國內外研究顯示：以水作為工質，其溫度在不超過140℃的條件下，熱管散熱熱流可以達到250～1000 kW /m2 。同時也有相關學者提出：20倍聚光率，光伏發電系統在不利用冷卻手段時，其溫度會達到84℃，并且電池效率也會下降百分之50，而如采用銅制扁平熱管，其電池溫度會在46攝氏度以下，其電池效率也僅僅只會降低百分之10.

三、結束語

本篇文章對三種傳統的冷卻方式進行論述，同時提出了新型冷卻方式對太陽能發電效率的影響，希望本篇文章論述，能對相關人員有一定的啟示作用，促進新型冷卻方式進一步改善，更好的提高太陽能發電效率。

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（作者單位：國家太陽能光伏產品質量監督檢驗中心）