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蓄冷降温式太阳电池组件传热分析及对组件效率的影响研究

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太阳能因为取之不尽、用之不竭而成为各国政府在新能源利用研究方面的重要内容。太阳能利用主要有光电、光热和光化学转换利用三种。光电转换利用时,太阳电池光电转换效率是太阳电池性能指标的一个重要参数。而目前太阳电池光电转换效率普遍较低,这也成为光电转换利用技术进一步发展的瓶颈。
　　 温度是影响太阳电池光电转换效率的一个重要因素,尤其是晶体硅太阳电池的光电转换效率具有负温度效应,它随着太阳电池工作温度的升高而线性降低,温度每上升l度,功率输出与标称功率相比减少0.4～0.66％,效率同比下降。依此可估算出,通风不良时输出功率的下降可接近30％,效率绝对值下降达2～4％。因此,在太阳电池工作过程中对其进行冷却以降低电池工作温度就成为一项非常有意义的工作。
　　 本文对太阳电池的传热过程进行了理论分析,得出了太阳电池工作过程中各层温度的计算表达式,并将其用于分析比较日较差不同的两个地区以及相同地区不同日较差日子内蓄冷降温式太阳电池组件工作过程中的温度和效率变化。通过计算结果分析可以得出,较日较差小的地区,蓄冷降温式太阳电池组件在日较差大的地区储存更多的冷量用于冷却白天工作过程中的太阳电池,因此其工作温度更低,效率也更高。同样,工作在相同地区的蓄冷降温式太阳电池组件,在辐射相当的情况下,日较差大的日子中组件的电池工作温度更低,效率更高。
　　 另外本文通过小型模拟实验对蓄冷降温式太阳电池组件水箱内的温度分布进行了初步分析,明确了水箱内存在的温度分层现象,后续的实验研究也印证了这一点。通过实验研究对比分析了常规太阳电池组件、散热太阳电池组件和蓄冷降温式太阳电池组件的性能。实验数据分析结果表明,蓄冷降温式太阳电池组件的电池工作温度比常规和散热太阳电池组件的电池工作温度低,散热太阳电池组件的电池工作温度也比常规太阳电池组件的低。因此,在相同的工作条件下,蓄冷组件的效率最高,散热组件次之,而常规组件的效率最低。通过对某日的实验数据分析得出,较常规组件而言,蓄冷组件全天的平均输出(34.8W)较常规组件(29W)和散热组件(30.7W)分别提高了20％和13.4％,散热组件全天的平均输出较常规组件提高了5.9％。蓄冷组件工作全天的平均效率为10.4％,较常规组件(8.4％)和散热组件(8.9％)分别提高了23.8％和16.8％,散热组件全天的平均效率较常规组件也有6.0％的提高。
　　 通过理论和实验研究,本文得出以下结论:蓄冷降温式太阳电池组件在日较差大的地区工作温度更低,效率更高；同一地区日较差较大的日子蓄冷组件的电池工作温度更低,效率更高；在相同的工作条件下,较常规组件而言散热组件采用了导热系数更高的铝合金作为背板材料,强化了组件向环境的散热,所以组件工作温度更低,效率更高；较散热组件而言,蓄冷组件通过蓄热材料水来储存大气的自然温差能,白天组件工作时能得到更有效的冷却,温度更低,效率更高。

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