Система управления температурным режимом солнечных батарей
Развитие и использование новых технологий ускорили процесс чрезмерной эксплуатации природных ресурсов. Чрезмерное использование природных ресурсов усугубило экологические проблемы, такие как парниковый эффект и разрушение озонового слоя, что не только влияет на среду обитания будущих поколений, но и вызывает резкое сокращение имеющихся ресурсов, серьезно препятствуя инновациям и развитию промышленных технологий. В последние годы солнечные элементы быстро развиваются в сторону высокой плотности теплового потока и высокой производительности. Повышение температуры солнечных элементов при высокой интенсивности света и большом токе приводит к снижению их фотоэлектрических характеристик и сокращению срока службы. Для обеспечения безопасности и стабильности батареи необходима эффективная система управления температурным режимом.
В настоящее время лабораторная эффективность преобразования концентрированных солнечных элементов достигла 47,1%, в то время как популярные на рынке монокристаллические кремниевые элементы имеют эффективность преобразования всего 26,7%. Такие факторы, как тип модуля, электрические потери и рабочая среда, всегда ограничивали повышение эффективности фотоэлектрической системы производства электроэнергии. Среди них температурный эффект является ключевым фактором, влияющим на производительность фотоэлектрических элементов. Выходная мощность и эффективность преобразования энергии системы значительно снижаются с увеличением рабочей температуры фотоэлектрических элементов. Статистика исследований показывает, что на каждый градус повышения рабочей температуры солнечных элементов эффективность преобразования снижается на 0,4%~0,5%. Хотя температурный эффект различных типов солнечных элементов различается, он все же может препятствовать развитию технологии солнечных элементов и материалов для повышения эффективности.
Исследование по охлаждению солнечных элементов представляет собой серию решений, разработанных исследователями для решения проблемы неравномерной интенсивности света и высокой плотности теплового потока, которые приводят к неравномерной температуре батареи, локальному перегреву и увеличению средней температуры по мере увеличения коэффициента концентрации. С развитием технологий отвода тепла и спроса технология управления температурным режимом солнечных элементов делится на традиционное охлаждение (воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение) и новые технологии охлаждения, такие как микроканальное охлаждение, струйное охлаждение и охлаждение материала с фазовым переходом.
Технология воздушного охлаждения снижает рабочую температуру солнечных элементов, позволяя воздуху проходить через модуль охлаждения посредством естественной или принудительной конвекции. Кьюс и др. установите радиаторы с алюминиевыми ребрами на задней стороне солнечных элементов, что может увеличить выходную мощность элементов на 13%. Температура солнечных элементов снижается на 5,4% и 11% соответственно в условиях конвекции самонагрева и принудительной конвекции, а выходная мощность увеличивается на 8% и 16% соответственно, Bayrak et al. Согласно результатам измерений на открытом воздухе, охлаждение ребер может контролировать батарею в допустимом температурном диапазоне.
Жидкостное охлаждение подразумевает своевременную передачу тепла, вырабатываемого солнечными элементами, во внешний мир посредством жидких рабочих тел. Зилли и др. использовали системы сопел с водяным охлаждением при высоких уровнях облучения, что привело к относительному увеличению мощности и эффективности поликристаллических кремниевых ячеек на 12,26% и 12,17%. Оптимальный метод охлаждения заключается в одновременном охлаждении передней и задней поверхностей элементов, а эффективность преобразования и выходная мощность солнечных элементов могут быть повышены до 40,572% и 20,083 Вт соответственно. По сравнению с воздушным охлаждением жидкостное охлаждение обладает сильной способностью к теплопередаче. Оно оказывает значительное влияние на улучшение производительности солнечных элементов.
В настоящее время технология тепловых трубок используется в схемах охлаждения аэрокосмической терморегуляции, компьютерных и серверных микросхемах, а также мощных электронных устройствах. Технология тепловых трубок, являющаяся новым типом метода охлаждения, постепенно привлекает внимание в области охлаждения солнечных элементов. По различным принципам работы тепловые трубки можно разделить на три типа: гравитационные тепловые трубки, петлевые тепловые трубки и пульсирующие тепловые трубки. Применения охлаждения сложны и разнообразны, а структура тепловых трубок также неоднородна, обладает характеристиками теплопередачи и высокой однородностью температуры.
Солнечные элементы быстро развиваются в направлении высокой плотности теплового потока и производительности, что создает серьезные проблемы для их систем управления температурным режимом. Сравнивая и анализируя традиционные технологии охлаждения (воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение) и новые технологии охлаждения (микроканальное охлаждение, струйное охлаждение и т. д.), можно обнаружить, что новые технологии охлаждения могут эффективно улучшить термоэлектрический КПД аккумуляторов за счет улучшения теплопередачи. , увеличивая площадь рассеивания тепла и увеличивая расход рабочей жидкости. Однако оборудование сложное, стоимость выше, чем у традиционных технологий охлаждения.
Взаимное соединение между технологиями охлаждения, такими как воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение, микроканалы и тепловые трубки, может еще больше повысить эффективность рассеивания тепла солнечных элементов, а также является направлением разработки передовых систем терморегулирования.
