Система за термично управление на слънчеви клетки

Развитието и използването на нови технологии ускориха процеса на прекомерна експлоатация на природните ресурси. Прекомерното използване на природни ресурси влоши екологичните проблеми като парниковия ефект и изтъняването на озоновия слой, не само засягайки жизнената среда на бъдещите поколения, но и причинявайки рязък спад на наличните ресурси, сериозно възпрепятствайки иновациите и развитието на индустриалните технологии. През последните години слънчевите клетки бързо се развиват към висока плътност на топлинния поток и висока производителност. Повишаването на температурата на слънчевите клетки при висок интензитет на светлина и висок ток води до намаляване на тяхната фотоелектрическа производителност и съкратен експлоатационен живот. Необходима е ефективна система за управление на топлината, за да се гарантира безопасността и стабилността на батерията.

В момента лабораторната ефективност на преобразуване на концентрирани слънчеви клетки е достигнала 47,1%, докато популярните монокристални силициеви клетки на пазара имат ефективност на преобразуване от само 26,7%. Фактори като тип модул, електрически загуби и работна среда винаги са ограничавали подобряването на ефективността на фотоволтаичната система за генериране на електроенергия. Сред тях температурният ефект е ключовият фактор, влияещ върху работата на фотоволтаичните клетки. Изходната мощност и ефективността на преобразуване на енергията на системата значително намаляват с повишаването на работната температура на фотоволтаичните клетки. Статистиката на изследванията показва, че за всеки 1 градус увеличение на работната температура на слънчевите клетки, ефективността на преобразуване намалява с 0.4%~0.5%. Въпреки че температурният ефект на различните видове слънчеви клетки варира, той все още може да възпрепятства развитието на технологията и материалите за слънчеви клетки за подобряване на ефективността.

Изследването на охлаждането на слънчевите клетки е серия от решения, разработени от изследователи за справяне с неравномерния интензитет на светлината и високата плътност на топлинния поток, които водят до неравномерна температура на батерията, локално прегряване и повишена средна температура с увеличаване на съотношението на концентрация. С подобряването на технологията за разсейване на топлината и търсенето, технологията за термично управление на слънчевите клетки се разделя на традиционно охлаждане (въздушно охлаждане, течно охлаждане) и нови технологии за охлаждане като микроканално охлаждане, охлаждане чрез струя и охлаждане на материал с фазова промяна.

Технологията за въздушно охлаждане намалява работната температура на слънчевите клетки, като позволява на въздуха да тече през охлаждащия модул чрез естествена или принудителна конвекция. Cuce и др. инсталирайте радиатори с алуминиеви перки на гърба на слънчевите клетки, което може да увеличи изходната мощност на клетките с 13%. Температурата на слънчевите клетки се намалява съответно с 5,4% и 11% при условия на самонагряваща се конвекция и принудителна конвекция, а изходната мощност се увеличава съответно с 8% и 16%, Bayrak et al. получено чрез измервания на открито, охлаждането на перките може да контролира батерията в рамките на допустимия температурен диапазон.

Течното охлаждане се отнася до навременното пренасяне на топлината, генерирана от слънчевите клетки, към външния свят чрез течни работни течности. Zilli и др. използва системи с водно охлаждане на дюзи при високи нива на облъчване, което води до относително увеличение на мощността и ефективността на клетките от поликристален силиций с 12,26% и 12,17%. Оптималният метод за охлаждане е едновременното охлаждане на предната и задната повърхност на клетките, а ефективността на преобразуване и изходната мощност на слънчевите клетки могат да бъдат подобрени съответно до 40,572% и 20,083W. В сравнение с въздушното охлаждане, течното охлаждане има силна способност за пренос на топлина, има значителен ефект върху подобряването на работата на слънчевите клетки.

Понастоящем технологията на топлинните тръби е включена в схемите за охлаждане на аерокосмическото термично управление, компютърни и сървърни чипове и електронни устройства с висока мощност. Като нов тип метод за охлаждане, технологията на топлинните тръби постепенно се обръща внимание в областта на приложенията за охлаждане на слънчеви клетки. Според различните принципи на работа топлинните тръби могат да бъдат разделени на три типа: гравитационни топлинни тръби, контурни топлинни тръби и пулсиращи топлинни тръби. Приложенията за охлаждане са сложни и разнообразни, а структурата на топлинните тръби също не е последователна, има характеристиките на способност за пренос на топлина и силна температурна равномерност.

Слънчевите клетки се развиват бързо към висока плътност на топлинния поток и производителност, поставяйки големи предизвикателства пред техните системи за управление на топлината. Чрез сравняване и анализиране на традиционни технологии за охлаждане (въздушно охлаждане, течно охлаждане) и нови технологии за охлаждане (микроканално охлаждане, охлаждане със струя и т.н.), може да се установи, че новите технологии за охлаждане могат ефективно да подобрят термоелектрическата ефективност на батериите чрез подобряване на преноса на топлина , увеличаване на площта на разсейване на топлината и увеличаване на дебита на работния флуид. Оборудването обаче е сложно, цената е по-висока от традиционните технологии за охлаждане
Взаимното свързване между охлаждащи технологии като въздушно охлаждане, течно охлаждане, микроканали и топлинни тръби може допълнително да подобри ефективността на разсейване на топлината на слънчевите клетки и също така е посоката на развитие на усъвършенстваните системи за управление на топлината.