Solcelle termisk styringssystem
Utviklingen og utnyttelsen av ny teknologi har fremskyndet prosessen med overdreven utnyttelse av naturressurser. Den overdrevne utnyttelsen av naturressurser har forverret miljøproblemer som drivhuseffekt og utarming av ozonlaget, og påvirker ikke bare livsmiljøet til fremtidige generasjoner, men har også forårsaket en kraftig nedgang i de tilgjengelige ressursene, noe som alvorlig hindrer innovasjon og utvikling av industriell teknologi. De siste årene har solceller utviklet seg raskt mot høy varmeflukstetthet og høy ytelse. Temperaturstigningen til solceller under høy lysintensitet og høy strøm fører til en reduksjon i deres fotoelektriske ytelse og forkortet levetid. Et effektivt termisk styringssystem er nødvendig for å sikre sikkerheten og stabiliteten til batteriet.
For tiden har laboratoriekonverteringseffektiviteten til konsentrerte solceller nådd 47,1 %, mens de populære monokrystallinske silisiumcellene på markedet har en konverteringseffektivitet på bare 26,7 %. Faktorer som modultype, elektriske tap og arbeidsmiljø har alltid begrenset forbedringen av effektiviteten i solcelleanlegget. Blant dem er temperatureffekten nøkkelfaktoren som påvirker ytelsen til fotovoltaiske celler. Utgangseffekten og energikonverteringseffektiviteten til systemet reduseres kraftig med økningen i arbeidstemperaturen til de solcellecellene. Forskningsstatistikk viser at for hver 1 grads økning i arbeidstemperaturen til solceller, reduseres konverteringseffektiviteten med 0,4 %~0,5 %. Selv om temperatureffekten til ulike typer solceller varierer, kan den likevel hindre utviklingen av solcelleteknologi og materialer for å forbedre effektiviteten.
Forskningen på solcellekjøling er en serie løsninger utviklet av forskere for å adressere den ujevne lysintensiteten og høye varmeflukstettheten som fører til ujevn batteritemperatur, lokal overoppheting og økt gjennomsnittstemperatur når konsentrasjonsforholdet øker. Med forbedringen av varmeavledningsteknologien og etterspørselen, er den termiske styringsteknologien til solceller delt inn i tradisjonell kjøling (luftkjøling, væskekjøling) og nye kjøleteknologier som mikrokanalkjøling, jetimpingement-kjøling og faseendringsmaterialkjøling.
Luftkjølingsteknologi reduserer arbeidstemperaturen til solceller ved å la luft strømme gjennom kjølemodulen gjennom naturlig eller tvungen konveksjon. Cuce et al. installer kjøleribber av aluminium på baksiden av solcellene, som kan øke utgangseffekten til cellene med 13 %. Temperaturen på solcellene reduseres med henholdsvis 5,4 % og 11 % under selvvarmende konveksjons- og tvungen konveksjonsforhold, og utgangseffekten økes med henholdsvis 8 % og 16 %, Bayrak et al. oppnådd gjennom utendørs målinger at finnekjøling kan kontrollere batteriet innenfor det tillatte temperaturområdet.
Væskekjøling refererer til rettidig overføring av varme generert av solceller til omverdenen gjennom flytende arbeidsvæsker. Zilli et al. brukte vannkjølte dysesystemer ved høye bestrålingsnivåer, noe som resulterte i en relativ økning i kraft og effektivitet for polykrystallinske silisiumceller med 12,26 % og 12,17 %. Den optimale kjølemetoden er å samtidig kjøle front- og bakoverflaten på cellene, og konverteringseffektiviteten og utgangseffekten til solcellene kan forbedres til henholdsvis 40,572 % og 20,083W. Sammenlignet med luftkjøling har væskekjøling sterk varmeoverføringsevne, det har en betydelig effekt på å forbedre ytelsen til solceller.
For tiden er varmerørteknologi involvert i kjøleplanene for romfarts termisk kontroll, datamaskin- og serverbrikker og elektroniske enheter med høy effekt. Som en ny type kjølemetode, blir varmerørteknologi gradvis viet oppmerksomhet innen applikasjoner for solcellekjøling. I henhold til forskjellige driftsprinsipper kan varmerør deles inn i tre typer: gravitasjonsvarmerør, sløyfevarmerør og pulserende varmerør. Kjøleapplikasjonene er komplekse og mangfoldige, og strukturen til varmerør er heller ikke konsistent, har egenskapene til varmeoverføringsevne og sterk temperaturensartethet.
Solceller utvikler seg raskt mot høy varmeflukstetthet og ytelse, noe som utgjør store utfordringer for deres varmestyringssystemer. Ved å sammenligne og analysere tradisjonelle kjøleteknologier (luftkjøling, væskekjøling) og nye kjøleteknologier (mikrokanalkjøling, jetimpingement-kjøling, etc.), kan man finne ut at nye kjøleteknologier effektivt kan forbedre den termoelektriske effektiviteten til batterier ved å forbedre varmeoverføringen øker varmeavledningsområdet og øker arbeidsfluidstrømningshastigheten. Imidlertid er utstyret komplekst, kostnadene er høyere enn tradisjonelle kjøleteknologier
Den gjensidige koblingen mellom kjøleteknologier som luftkjøling, væskekjøling, mikrokanaler og varmerør kan ytterligere forbedre varmeavledningseffektiviteten til solceller, og er også utviklingsretningen for avanserte termiske styringssystemer.
