Solcellsvärmeledningssystem

Utvecklingen och användningen av ny teknik har påskyndat processen med överdriven exploatering av naturresurser. Det överdrivna utnyttjandet av naturresurser har förvärrat miljöproblem som växthuseffekt och utarmning av ozonskiktet, vilket inte bara påverkar livsmiljön för framtida generationer, utan också orsakat en kraftig minskning av de tillgängliga resurserna, vilket allvarligt hindrar innovation och utveckling av industriell teknik. Under de senaste åren har solcellerna snabbt utvecklats mot hög värmeflödestäthet och hög prestanda. Temperaturhöjningen av solceller under hög ljusintensitet och hög ström leder till en minskning av deras fotoelektriska prestanda och förkortad livslängd. Ett effektivt värmeledningssystem behövs för att säkerställa batteriets säkerhet och stabilitet.

För närvarande har laboratoriekonverteringseffektiviteten för koncentrerade solceller nått 47,1%, medan de populära monokristallina kiselcellerna på marknaden har en omvandlingseffektivitet på endast 26,7%. Faktorer som modultyp, elektriska förluster och arbetsmiljö har alltid begränsat förbättringen av effektiviteten i fotovoltaiskt kraftgenereringssystem. Bland dem är temperatureffekten nyckelfaktorn som påverkar prestandan hos fotovoltaiska celler. Systemets uteffekt och energiomvandlingseffektivitet minskar avsevärt med ökningen av arbetstemperaturen för fotovoltaiska celler. Forskningsstatistik visar att för varje 1 grads ökning av arbetstemperaturen för solceller minskar omvandlingseffektiviteten med 0.4%~0.5%. Även om temperatureffekten av olika typer av solceller varierar, kan den fortfarande hindra utvecklingen av solcellsteknik och material för att förbättra effektiviteten.

Forskningen kring solcellskylning är en serie lösningar utvecklade av forskare för att ta itu med den ojämna ljusintensiteten och höga värmeflödestätheten som leder till ojämn batteritemperatur, lokal överhettning och ökad medeltemperatur när koncentrationsförhållandet ökar. Med förbättringen av värmeavledningstekniken och efterfrågan delas den termiska hanteringstekniken för solceller in i traditionell kylning (luftkylning, vätskekylning) och nya kyltekniker som mikrokanalkylning, jetimpingementkylning och fasförändringsmaterialkylning.

Luftkylningsteknik minskar solcellernas arbetstemperatur genom att tillåta luft att strömma genom kylmodulen genom naturlig eller forcerad konvektion. Cuce et al. installera kylflänsar av aluminium på baksidan av solcellerna, vilket kan öka uteffekten på cellerna med 13 %. Temperaturen på solcellerna sänks med 5,4 % respektive 11 % under självvärmande konvektion och forcerad konvektion, och uteffekten ökas med 8 % respektive 16 %, Bayrak et al. erhålls genom utomhusmätningar att fenkylning kan kontrollera batteriet inom det tillåtna temperaturområdet.

Vätskekylning avser snabb överföring av värme som genereras av solceller till omvärlden genom flytande arbetsvätskor. Zilli et al. använde vattenkylda munstyckssystem vid höga bestrålningsnivåer, vilket resulterade i en relativ ökning av effekt och effektivitet hos polykristallina kiselceller med 12,26 % och 12,17 %. Den optimala kylmetoden är att samtidigt kyla de främre och bakre ytorna på cellerna, och omvandlingseffektiviteten och uteffekten för solceller kan förbättras till 40,572% respektive 20,083W. Jämfört med luftkylning har vätskekylning en stark värmeöverföringsförmåga, den har en betydande effekt på att förbättra prestanda hos solceller.

För närvarande är värmerörsteknik involverad i kylscheman för flyg- och rymdvärmekontroll, dator- och serverchips och elektroniska enheter med hög effekt. Som en ny typ av kylningsmetod uppmärksammas gradvis värmerörstekniken inom området för solcellskylning. Enligt olika driftsprinciper kan värmerör delas in i tre typer: gravitationsvärmerör, loopvärmerör och pulserande värmerör. Kylningsapplikationerna är komplexa och mångsidiga, och strukturen hos värmerör är inte heller konsekvent, har egenskaperna för värmeöverföringsförmåga och stark temperaturjämnhet.

Solceller utvecklas snabbt mot hög värmeflödestäthet och prestanda, vilket innebär stora utmaningar för deras värmeledningssystem. Genom att jämföra och analysera traditionell kylteknik (luftkylning, vätskekylning) och ny kylteknik (mikrokanalkylning, jetimpingement-kylning, etc.), kan det konstateras att nya kyltekniker effektivt kan förbättra batteriernas termoelektriska effektivitet genom att förbättra värmeöverföringen ökande värmeavledningsarea och ökande arbetsfluidflödeshastighet. Utrustningen är dock komplex, kostnaden är högre än traditionell kylteknik
Den ömsesidiga kopplingen mellan kyltekniker som luftkylning, vätskekylning, mikrokanaler och värmerör kan ytterligare förbättra värmeavledningseffektiviteten hos solceller, och är också utvecklingsriktningen för avancerade värmeledningssystem.