太陽(yáng)電池組件的水冷冷卻流動(dòng)傳熱特征及方法研究.pdf

1、晶體硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)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(yáng)電池工作時(shí)對(duì)其采取一定的冷卻降溫措施，對(duì)于提高其發(fā)電效率十分有效。
　　 本論文對(duì)太陽(yáng)電池冷卻降溫的流動(dòng)傳熱特性及方法進(jìn)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(dǎo)師前期研究過(guò)的課題“蓄冷降溫式太陽(yáng)電池組件”，二是自來(lái)水冷卻降溫方法，命名為“自來(lái)水冷卻式太陽(yáng)電池組件”

2、。兩套組件對(duì)于太陽(yáng)電池部分的模型設(shè)定是相同的，最大的區(qū)別在于換熱方式：前者的冷卻設(shè)備是蓄冷水箱，通過(guò)水箱內(nèi)蓄水實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)電池背板的冷卻過(guò)程，后者的冷卻設(shè)備是容納流動(dòng)的自來(lái)水的管道，通過(guò)水的對(duì)流換熱及管翅片的導(dǎo)熱實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)電池背板的冷卻過(guò)程。
　　 本文第二章進(jìn)行太陽(yáng)電池組件冷卻負(fù)荷的研究。首先利用Visual Basic編程語(yǔ)言編寫(xiě)出了一個(gè)簡(jiǎn)易的計(jì)算軟件，將太陽(yáng)輻射測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成組件平面所接受到的太陽(yáng)輻照數(shù)據(jù)；然后建立了組件的分層結(jié)

3、構(gòu)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(jié)合其他相應(yīng)軟件求解該方程組的方案思路，為后續(xù)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　 第三章研究的是蓄冷降溫式太陽(yáng)電池組件的對(duì)流換熱系數(shù)問(wèn)題。蓄水箱內(nèi)太陽(yáng)電池背板與水之間的換熱是一種熱面在上的自然對(duì)流換熱，是最為復(fù)雜的傳熱過(guò)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(duì)流換熱系數(shù)h值的“反饋修正”法。運(yùn)用這種方法，得出了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(ST

4、C)下、以及實(shí)際氣象條件下代入具體氣象參數(shù)后，對(duì)流換熱系數(shù)h值隨時(shí)間變化的數(shù)值表，為太陽(yáng)電池組件冷卻負(fù)荷的計(jì)算提供了基礎(chǔ)。本章后部，將已有蓄冷降溫式太陽(yáng)電池組件的實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)同軟件模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)照，確認(rèn)了軟件模擬方法的準(zhǔn)確性。
　　 第四章進(jìn)行了自來(lái)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(dòng)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(guò)代入3種不同的自來(lái)水流量值，通過(guò)FLUE

5、NT軟件進(jìn)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(chǔ)上，本文規(guī)劃了相應(yīng)的組件模型實(shí)驗(yàn)工作，對(duì)自來(lái)水冷卻式太陽(yáng)電池組件與建筑相結(jié)合的方案進(jìn)行了分析，計(jì)算了10kW太陽(yáng)能光伏屋頂電站在不同自來(lái)水流量下的降溫效果。
　　 為了獲得應(yīng)用于水冷太陽(yáng)電池組件背板的傳熱性能和持久性最合適的材料，作者對(duì)四種不同的鋁合金材料

6、，進(jìn)行了1000小時(shí)加速腐蝕實(shí)驗(yàn)，期間對(duì)它們的熱擴(kuò)散系數(shù)、反射率、吸收率等進(jìn)行了測(cè)定，掌握了鋁合金材料在長(zhǎng)期使用條件下其性能的變化規(guī)律。
　　 最后，本文對(duì)于太陽(yáng)電池組件冷卻使用的低溫?zé)嵩匆策M(jìn)行了比較分析，收集不同地點(diǎn)的自來(lái)水溫、地表水溫及循環(huán)使用的水溫，并在廣州大學(xué)城進(jìn)行了實(shí)測(cè)，得到了水溫變化的一手資料，分析比較了用于太陽(yáng)電池冷卻的可能性及其優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 通過(guò)以上理論和實(shí)驗(yàn)研究，本文得出以下結(jié)論：內(nèi)部自然對(duì)流換熱系數(shù)

7、對(duì)蓄冷降溫式太陽(yáng)電池組件的效率具有重大影響，通過(guò)軟件模擬方法得出其在按照不同時(shí)間段及相應(yīng)輻照強(qiáng)度在7.25到78.11W/(m2·K)之間變化，而采用自來(lái)水冷卻降溫方法的效果則取決于建筑供應(yīng)自來(lái)水的溫度，包括不同時(shí)間內(nèi)自來(lái)水溫度的變化速率，以及建筑內(nèi)自來(lái)水的使用量，以及冷卻結(jié)構(gòu)的選擇及優(yōu)化。研究表明，10kW屋頂電站使用自來(lái)水冷卻降溫方法在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下運(yùn)行，可使電站的實(shí)際發(fā)電量由8.39kW提高到9.91kW。本課題后期應(yīng)制造樣機(jī)進(jìn)行