Wärmemanagementsystem für Solarzellen
Die Entwicklung und Nutzung neuer Technologien haben den Prozess der übermäßigen Ausbeutung natürlicher Ressourcen beschleunigt. Die übermäßige Nutzung natürlicher Ressourcen hat Umweltprobleme wie den Treibhauseffekt und den Abbau der Ozonschicht verschlimmert, was nicht nur Auswirkungen auf das Lebensumfeld zukünftiger Generationen hat, sondern auch zu einem starken Rückgang der verfügbaren Ressourcen geführt hat, was die Innovation und Entwicklung der Industrietechnologie ernsthaft behindert. In den letzten Jahren entwickeln sich Solarzellen rasant in Richtung hoher Wärmeflussdichte und hoher Leistung. Der Temperaturanstieg von Solarzellen bei hoher Lichtintensität und hohem Strom führt zu einer Abnahme ihrer photoelektrischen Leistung und einer verkürzten Lebensdauer. Um die Sicherheit und Stabilität der Batterie zu gewährleisten, ist ein effizientes Wärmemanagementsystem erforderlich.
Derzeit liegt der Umwandlungswirkungsgrad konzentrierter Solarzellen im Labor bei 47,1 %, während die auf dem Markt beliebten monokristallinen Siliziumzellen nur einen Umwandlungswirkungsgrad von 26,7 % aufweisen. Faktoren wie Modultyp, elektrische Verluste und Arbeitsumgebung haben schon immer die Verbesserung der Effizienz von Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen eingeschränkt. Dabei ist der Temperatureffekt der Schlüsselfaktor für die Leistung von Photovoltaikzellen. Die Ausgangsleistung und die Energieumwandlungseffizienz des Systems nehmen mit steigender Arbeitstemperatur der Photovoltaikzellen stark ab. Forschungsstatistiken zeigen, dass mit jedem Anstieg der Arbeitstemperatur von Solarzellen um 1 Grad die Umwandlungseffizienz um 0,4 % bis 0,5 % sinkt. Obwohl der Temperatureffekt verschiedener Solarzellentypen unterschiedlich ist, kann er dennoch die Entwicklung von Solarzellentechnologie und -materialien zur Verbesserung der Effizienz behindern.
Die Forschung zur Kühlung von Solarzellen umfasst eine Reihe von Lösungen, die von Forschern entwickelt wurden, um die ungleichmäßige Lichtintensität und hohe Wärmeflussdichte anzugehen, die bei steigendem Konzentrationsverhältnis zu ungleichmäßiger Batterietemperatur, lokaler Überhitzung und erhöhter Durchschnittstemperatur führen. Mit der Verbesserung der Wärmeableitungstechnologie und der Nachfrage wird die Wärmemanagementtechnologie von Solarzellen in traditionelle Kühlung (Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung) und neue Kühltechnologien wie Mikrokanalkühlung, Strahlaufprallkühlung und Phasenwechselmaterialkühlung unterteilt.
Die Luftkühlungstechnologie senkt die Arbeitstemperatur von Solarzellen, indem sie Luft durch natürliche oder erzwungene Konvektion durch das Kühlmodul strömen lässt. Cuce et al. Installieren Sie Kühlrippen aus Aluminium auf der Rückseite der Solarzellen, wodurch die Ausgangsleistung der Zellen um 13 % gesteigert werden kann. Die Temperatur der Solarzellen wird unter den Bedingungen selbsterhitzender Konvektion und erzwungener Konvektion um 5,4 % bzw. 11 % gesenkt und die Ausgangsleistung wird um 8 % bzw. 16 % erhöht, Bayrak et al. Durch Außenmessungen wurde festgestellt, dass die Lamellenkühlung die Batterie innerhalb des zulässigen Temperaturbereichs steuern kann.
Unter Flüssigkeitskühlung versteht man die zeitnahe Übertragung der von Solarzellen erzeugten Wärme durch flüssige Arbeitsflüssigkeiten an die Außenwelt. Zilli et al. verwendeten wassergekühlte Düsensysteme bei hohen Bestrahlungsniveaus, was zu einer relativen Steigerung der Leistung und Effizienz polykristalliner Siliziumzellen um 12,26 % bzw. 12,17 % führte. Die optimale Kühlmethode besteht darin, die Vorder- und Rückseite der Zellen gleichzeitig zu kühlen, und der Umwandlungswirkungsgrad und die Ausgangsleistung von Solarzellen können auf 40,572 % bzw. 20,083 W verbessert werden. Im Vergleich zur Luftkühlung verfügt die Flüssigkeitskühlung über eine starke Wärmeübertragungsfähigkeit und hat einen erheblichen Einfluss auf die Verbesserung der Leistung von Solarzellen.
Gegenwärtig ist die Heatpipe-Technologie in Kühlsystemen für die Temperaturregelung in der Luft- und Raumfahrt, in Computer- und Serverchips sowie in leistungsstarken elektronischen Geräten enthalten. Als neuartige Kühlmethode rückt die Heatpipe-Technologie im Bereich der Solarzellenkühlungsanwendungen zunehmend in den Fokus. Je nach Funktionsprinzip lassen sich Heatpipes in drei Typen einteilen: Schwerkraft-Heatpipes, Loop-Heatpipes und pulsierende Heatpipes. Die Kühlanwendungen sind komplex und vielfältig, und die Struktur von Wärmerohren ist ebenfalls nicht konsistent. Sie weist die Eigenschaften einer Wärmeübertragungsfähigkeit und einer starken Temperaturgleichmäßigkeit auf.
Solarzellen entwickeln sich rasant in Richtung hoher Wärmeflussdichte und Leistung, was große Herausforderungen an ihre Wärmemanagementsysteme stellt. Durch den Vergleich und die Analyse traditioneller Kühltechnologien (Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung) und neuer Kühltechnologien (Mikrokanalkühlung, Strahlaufprallkühlung usw.) kann festgestellt werden, dass neue Kühltechnologien die thermoelektrische Effizienz von Batterien durch eine verbesserte Wärmeübertragung effektiv verbessern können , Vergrößerung der Wärmeableitungsfläche und Erhöhung der Arbeitsflüssigkeitsströmungsrate. Allerdings ist die Ausrüstung komplex und die Kosten höher als bei herkömmlichen Kühltechnologien
Die gegenseitige Kopplung zwischen Kühltechnologien wie Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung, Mikrokanälen und Wärmerohren kann die Wärmeableitungseffizienz von Solarzellen weiter verbessern und ist auch die Entwicklungsrichtung fortschrittlicher Wärmemanagementsysteme.
