太陽電池組件的水冷冷卻流動傳熱特征及方法研究.pdf

1、晶體硅太陽電池的光電轉換效率隨著自身溫度的升高而減小，溫度每提高1℃，功率輸出減少0.4到0.66％不等，因而在太陽電池工作時對其采取一定的冷卻降溫措施，對于提高其發(fā)電效率十分有效。
　　 本論文對太陽電池冷卻降溫的流動傳熱特性及方法進行了研究。冷卻降溫方法的總體思路是采用水冷，具體措施有兩種方法，一是蓄水冷卻降溫方法，承接導師前期研究過的課題“蓄冷降溫式太陽電池組件”，二是自來水冷卻降溫方法，命名為“自來水冷卻式太陽電池組件”

2、。兩套組件對于太陽電池部分的模型設定是相同的，最大的區(qū)別在于換熱方式：前者的冷卻設備是蓄冷水箱，通過水箱內(nèi)蓄水實現(xiàn)太陽電池背板的冷卻過程，后者的冷卻設備是容納流動的自來水的管道，通過水的對流換熱及管翅片的導熱實現(xiàn)太陽電池背板的冷卻過程。
　　 本文第二章進行太陽電池組件冷卻負荷的研究。首先利用Visual Basic編程語言編寫出了一個簡易的計算軟件，將太陽輻射測試數(shù)據(jù)轉化成組件平面所接受到的太陽輻照數(shù)據(jù)；然后建立了組件的分層結

3、構模型，列出了各層之間能量傳遞的方程組，并且提供了使用Maple12軟件結合其他相應軟件求解該方程組的方案思路，為后續(xù)的冷卻系統(tǒng)設計提供了依據(jù)。
　　 第三章研究的是蓄冷降溫式太陽電池組件的對流換熱系數(shù)問題。蓄水箱內(nèi)太陽電池背板與水之間的換熱是一種熱面在上的自然對流換熱，是最為復雜的傳熱過程之一。本文作者提出了使用FLUENT軟件求出組件水箱內(nèi)部蓄冷工質(zhì)自然對流換熱系數(shù)h值的“反饋修正”法。運用這種方法，得出了標準測試條件(ST

4、C)下、以及實際氣象條件下代入具體氣象參數(shù)后，對流換熱系數(shù)h值隨時間變化的數(shù)值表，為太陽電池組件冷卻負荷的計算提供了基礎。本章后部，將已有蓄冷降溫式太陽電池組件的實驗測定數(shù)據(jù)同軟件模擬數(shù)據(jù)進行了對照，確認了軟件模擬方法的準確性。
　　 第四章進行了自來水冷卻降溫方法的研究。為了得到換熱最好、電池溫度最低、流動阻力最小的換熱截面形狀，建立了15套不同截面的三維網(wǎng)格模型，并且給定熱流密度，通過代入3種不同的自來水流量值，通過FLUE

5、NT軟件進行模擬，從而得到各模型與電池連接面上的平均溫度、最高溫度、最低溫度和流速數(shù)據(jù)表，選出了其中一種流道截面積為145.4×10-6m2的弓形流道最優(yōu)模型，在模型優(yōu)化的基礎上，本文規(guī)劃了相應的組件模型實驗工作，對自來水冷卻式太陽電池組件與建筑相結合的方案進行了分析，計算了10kW太陽能光伏屋頂電站在不同自來水流量下的降溫效果。
　　 為了獲得應用于水冷太陽電池組件背板的傳熱性能和持久性最合適的材料，作者對四種不同的鋁合金材料

6、，進行了1000小時加速腐蝕實驗，期間對它們的熱擴散系數(shù)、反射率、吸收率等進行了測定，掌握了鋁合金材料在長期使用條件下其性能的變化規(guī)律。
　　 最后，本文對于太陽電池組件冷卻使用的低溫熱源也進行了比較分析，收集不同地點的自來水溫、地表水溫及循環(huán)使用的水溫，并在廣州大學城進行了實測，得到了水溫變化的一手資料，分析比較了用于太陽電池冷卻的可能性及其優(yōu)缺點。
　　 通過以上理論和實驗研究，本文得出以下結論：內(nèi)部自然對流換熱系數(shù)

7、對蓄冷降溫式太陽電池組件的效率具有重大影響，通過軟件模擬方法得出其在按照不同時間段及相應輻照強度在7.25到78.11W/(m2·K)之間變化，而采用自來水冷卻降溫方法的效果則取決于建筑供應自來水的溫度，包括不同時間內(nèi)自來水溫度的變化速率，以及建筑內(nèi)自來水的使用量，以及冷卻結構的選擇及優(yōu)化。研究表明，10kW屋頂電站使用自來水冷卻降溫方法在標準測試條件下運行，可使電站的實際發(fā)電量由8.39kW提高到9.91kW。本課題后期應制造樣機進行