سیستم مدیریت حرارتی سلول خورشیدی

توسعه و استفاده از فناوری های جدید، روند بهره برداری بی رویه از منابع طبیعی را تسریع کرده است. استفاده بی رویه از منابع طبیعی، مشکلات زیست محیطی مانند اثر گلخانه ای و تخریب لایه اوزون را تشدید کرده و نه تنها بر محیط زندگی نسل های آینده تأثیر می گذارد، بلکه باعث کاهش شدید منابع موجود شده و مانعی جدی برای نوآوری و توسعه فناوری صنعتی شده است. در سال های اخیر، سلول های خورشیدی به سرعت در حال توسعه به سمت چگالی شار حرارتی بالا و عملکرد بالا هستند، افزایش دمای سلول های خورشیدی تحت شدت نور بالا و جریان بالا منجر به کاهش عملکرد فوتوالکتریک آنها و کاهش عمر مفید آنها می شود. یک سیستم مدیریت حرارتی کارآمد برای اطمینان از ایمنی و پایداری باتری مورد نیاز است.

در حال حاضر، راندمان تبدیل آزمایشگاهی سلول های خورشیدی متمرکز به 47.1٪ رسیده است، در حالی که سلول های سیلیکونی تک کریستالی محبوب در بازار، بازده تبدیل تنها 26.7٪ است. عواملی مانند نوع ماژول، تلفات الکتریکی و محیط کار همیشه بهبود راندمان سیستم تولید برق فتوولتائیک را محدود کرده‌اند. در میان آنها، اثر دما عامل کلیدی موثر بر عملکرد سلول های فتوولتائیک است. توان خروجی و راندمان تبدیل انرژی سیستم با افزایش دمای کاری سلول های فتوولتائیک به شدت کاهش می یابد. آمارهای تحقیقاتی نشان می دهد که به ازای هر 1 درجه افزایش دمای کاری سلول های خورشیدی، بازده تبدیل به میزان 0.4%~{7}}.5% کاهش می یابد. اگرچه اثر دما انواع مختلف سلول‌های خورشیدی متفاوت است، اما همچنان ممکن است مانع توسعه فناوری سلول‌های خورشیدی و مواد برای بهبود کارایی شود.

تحقیق در مورد خنک‌سازی سلول‌های خورشیدی مجموعه‌ای از راه‌حل‌های توسعه‌یافته توسط محققان برای رسیدگی به شدت نور ناهموار و چگالی شار گرمایی بالا است که منجر به دمای ناهموار باتری، گرمای بیش از حد موضعی و افزایش میانگین دمایی با افزایش نسبت غلظت می‌شود. با بهبود فناوری اتلاف گرما و تقاضا، فناوری مدیریت حرارتی سلول های خورشیدی به خنک کننده سنتی (خنک کننده هوا، خنک کننده مایع) و فناوری های خنک کننده جدید مانند خنک کننده میکروکانال، خنک کننده برخورد جت و خنک کننده مواد تغییر فاز تقسیم می شود.

فن آوری خنک کننده هوا، دمای کار سلول های خورشیدی را با اجازه دادن به هوا از طریق ماژول خنک کننده از طریق همرفت طبیعی یا اجباری، کاهش می دهد. Cuce و همکاران در پشت سلول های خورشیدی سینک های حرارتی پره های آلومینیومی نصب کنید که می تواند قدرت خروجی سلول ها را تا 13 درصد افزایش دهد. دمای سلول های خورشیدی در شرایط همرفت خود گرمایش و همرفت اجباری به ترتیب 4/5 و 11 درصد کاهش می یابد و توان خروجی به ترتیب 8 و 16 درصد افزایش می یابد. از طریق اندازه گیری های خارج از منزل به دست می آید که خنک کننده باله می تواند باتری را در محدوده دمای مجاز کنترل کند.

خنک کننده مایع به انتقال به موقع گرمای تولید شده توسط سلول های خورشیدی به دنیای خارج از طریق سیالات عامل مایع اشاره دارد. زیلی و همکاران از سیستم‌های نازل خنک‌شده با آب در سطوح تابش بالا استفاده کرد که منجر به افزایش نسبی قدرت و کارایی سلول‌های سیلیکونی پلی کریستالی به میزان 12.26% و 12.17% شد. روش خنک کننده بهینه، خنک کردن همزمان سطوح جلو و عقب سلول ها است و راندمان تبدیل و توان خروجی سلول های خورشیدی را می توان به ترتیب به 40.572% و 20.083W ارتقا داد. در مقایسه با خنک کننده هوا، خنک کننده مایع دارای توانایی انتقال حرارت قوی است و تأثیر قابل توجهی در بهبود عملکرد سلول های خورشیدی دارد.

در حال حاضر، فن‌آوری لوله‌های حرارتی در طرح‌های خنک‌کننده کنترل حرارتی هوافضا، تراشه‌های رایانه و سرور و دستگاه‌های الکترونیکی پرقدرت دخیل است. به عنوان یک نوع جدید از روش خنک کننده، فناوری لوله های حرارتی به تدریج در زمینه کاربردهای خنک کننده سلول خورشیدی مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به اصول مختلف عملیات، لوله های حرارتی را می توان به سه نوع تقسیم کرد: لوله های حرارتی گرانشی، لوله های حرارتی حلقه ای و لوله های حرارتی ضربانی. کاربردهای خنک کننده پیچیده و متنوع هستند و ساختار لوله های حرارتی نیز سازگار نیست، دارای ویژگی های توانایی انتقال حرارت و یکنواختی دما قوی است.

سلول های خورشیدی به سرعت در حال توسعه به سمت چگالی شار حرارتی و عملکرد بالا هستند و چالش های بزرگی را برای سیستم های مدیریت حرارتی آنها ایجاد می کند. با مقایسه و تجزیه و تحلیل فن آوری های خنک کننده سنتی (خنک کننده هوا، خنک کننده مایع) و فن آوری های خنک کننده جدید (خنک کننده میکرو کانال، خنک کننده برخورد جت و غیره)، می توان دریافت که فناوری های خنک کننده جدید می توانند با افزایش انتقال حرارت، کارایی ترموالکتریک باتری ها را به طور موثر بهبود بخشند. ، افزایش سطح اتلاف گرما و افزایش سرعت جریان سیال کار. با این حال، تجهیزات پیچیده است، هزینه بالاتر از فن آوری های خنک کننده سنتی است
جفت متقابل بین فن آوری های خنک کننده مانند خنک کننده هوا، خنک کننده مایع، میکروکانال ها و لوله های حرارتی می تواند راندمان اتلاف حرارت سلول های خورشیدی را بیشتر بهبود بخشد و همچنین جهت توسعه سیستم های مدیریت حرارتی پیشرفته است.