基于吸濕材料的太陽(yáng)電池組件蒸發(fā)冷卻實(shí)驗(yàn)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、太陽(yáng)能光伏是最有利用前景的可再生能源利用技術(shù)之一,在能源日漸枯竭、環(huán)境惡化的今天,大力發(fā)展太陽(yáng)能光伏技術(shù)具有戰(zhàn)略意義。
  實(shí)驗(yàn)表明,無論晶硅還是非晶硅太陽(yáng)電池,其光電轉(zhuǎn)換效率都隨溫度升高而下降。晶硅太陽(yáng)電池溫度每升高1℃,效率下降0.35%~0.7%。無疑地,這種特性對(duì)于工作在輻射強(qiáng)、溫度高的環(huán)境中的電池的轉(zhuǎn)換效率是極其不利的。研究如何降低工作在輻射強(qiáng)、溫度高的環(huán)境中的太陽(yáng)電池的溫度對(duì)提高其發(fā)電效率,延長(zhǎng)其工作壽命大有裨益。

2、r>  本文根據(jù)太陽(yáng)電池組件傳熱模型及直接蒸發(fā)冷卻原理,采用實(shí)驗(yàn)研究及對(duì)比分析的方法,研究太陽(yáng)電池組件自然蒸發(fā)降溫可能性及方法。設(shè)計(jì)并制作了以鋁合金材料作為背板的太陽(yáng)電池組件,將吸濕材料直接貼敷于太陽(yáng)電池背板表面,依靠虹吸作用將水分布到整個(gè)組件背板表面,對(duì)太陽(yáng)電池有無蒸發(fā)冷卻情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,以檢驗(yàn)所采用的蒸發(fā)冷卻方法的有效性和實(shí)用性,研究?jī)?nèi)容如下所述。
  本論文第一章綜述了近幾年太陽(yáng)電池組件冷卻方法的研究現(xiàn)狀,簡(jiǎn)述各種冷卻方法

3、原理及效果,闡述了蒸發(fā)冷卻的特點(diǎn)及現(xiàn)有的部分研究成果,提出將吸濕材料應(yīng)用于太陽(yáng)電池組件蒸發(fā)冷卻的設(shè)想;
  第二章分析太陽(yáng)電池傳熱模型及直接蒸發(fā)冷卻原理,結(jié)合能量守恒定律、質(zhì)量守恒定律,運(yùn)用熱網(wǎng)絡(luò)法建立了太陽(yáng)電池組件的傳熱模型,具體分析太陽(yáng)電池組件冷卻的條件與特殊性,分析符合于本實(shí)驗(yàn)條件的對(duì)流換熱狀態(tài)與相應(yīng)的換熱參數(shù);進(jìn)行了蒸發(fā)冷卻換熱的理論分析。在此基礎(chǔ)上,對(duì)冷卻后穩(wěn)態(tài)溫度進(jìn)行模擬計(jì)算。初步了解蒸發(fā)冷卻對(duì)太陽(yáng)電池組件降溫效果;<

4、br>  第三章設(shè)計(jì)了太陽(yáng)電池組件蒸發(fā)冷卻實(shí)驗(yàn)方案。利用實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析的方法對(duì)蒸發(fā)冷卻的關(guān)鍵部件---冷卻介質(zhì)(蒸發(fā)填料)進(jìn)行選取,最終確定吸水性好、保水率低、重復(fù)吸水性好的三種無紡布:竹炭纖維無紡布(1#布)、針棉(2#布)、噴膠棉(3#布)作為蒸發(fā)填料分別進(jìn)行蒸發(fā)冷卻實(shí)驗(yàn);對(duì)實(shí)驗(yàn)中所用到的關(guān)鍵設(shè)備、儀器進(jìn)行了選型和精度校核;通過分析,確定對(duì)不同光照、不同風(fēng)速、不同空氣溫度、不同空氣濕度下電池組件有、無蒸發(fā)冷卻措施進(jìn)行試驗(yàn)研究,以明確蒸

5、發(fā)冷卻對(duì)提升太陽(yáng)電池組件轉(zhuǎn)換效率和輸出功率所起的作用大小;搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn);
  第四章進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。通過分析,發(fā)現(xiàn)無論有無蒸發(fā)冷卻,太陽(yáng)電池組件輸出性能溫度效應(yīng)均很明顯。有蒸發(fā)冷卻條件下太陽(yáng)電池組件效率明顯高于無蒸發(fā)冷卻條件下的太陽(yáng)電池組件,但效率提高幅度隨溫度升高而減小;有蒸發(fā)冷卻時(shí)背板溫度出現(xiàn)上低下高的現(xiàn)象,對(duì)其原因進(jìn)行了分析,認(rèn)為此現(xiàn)象與水受重力作用,上面的水冷卻后溫度升高,堆積于蒸發(fā)填料下部有關(guān)。通過擬合,得出

6、有蒸發(fā)冷卻和無蒸發(fā)冷卻情況下轉(zhuǎn)換效率隨溫度變化的線性方程;
  第五章進(jìn)行蒸發(fā)冷卻速率的因素對(duì)太陽(yáng)電池組件轉(zhuǎn)換效率的影響分析。針對(duì)影響蒸發(fā)冷卻速率的三種因素中的兩種---風(fēng)速、空氣相對(duì)濕度,進(jìn)行定風(fēng)速下空氣相對(duì)濕度對(duì)太陽(yáng)電池組件轉(zhuǎn)換效率的影響實(shí)驗(yàn)和定空氣相對(duì)濕度下風(fēng)速對(duì)太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)組件換效率的影響實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,給定光照強(qiáng)度、空氣溫度、風(fēng)速情況下,電池轉(zhuǎn)換效率隨空氣相對(duì)濕度增加而線性下降,而自然通風(fēng)冷卻時(shí)太陽(yáng)電池組件轉(zhuǎn)換效率基本

7、不隨空氣濕度變化;定空氣濕度下,電池轉(zhuǎn)換效率隨風(fēng)速增加而上升。
  得出結(jié)論:1、通過蒸發(fā)冷卻方法降低太陽(yáng)電池溫度是一種有效的方法;2、通過對(duì)五種無紡布對(duì)比實(shí)驗(yàn),選出吸水性能好,保水率低、重復(fù)吸水性能好的竹炭纖維布、針棉、噴膠棉三種無紡布作為本文實(shí)驗(yàn)用蒸發(fā)填料。利用無紡布進(jìn)行蒸發(fā)冷卻時(shí),太陽(yáng)電池背板出現(xiàn)溫度梯度:1#布時(shí)背板上最大溫差5℃,2#布為6℃,3#布為6.5℃。1#布溫度分布較均勻;3、通過蒸發(fā)冷卻,三種無紡布降溫冷卻效

8、果明顯,太陽(yáng)電池組件效率比自然通風(fēng)冷卻有所提升:1#布全天提升13.6%、2#布7.2%、3#布6.7%;4、當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度平均值為670W/m2,空氣溫度平均值為33℃時(shí),風(fēng)速3m/s的情況下,空氣相對(duì)濕度每升高5%,有冷卻時(shí)電池轉(zhuǎn)換效率下降0.8%。當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度平均值為740W/m2,空氣溫度平均值為33℃,空氣相對(duì)濕度34%時(shí),風(fēng)速每增加1m/s,無蒸發(fā)冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)換效率增加1.7%,有冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)換效率增加2.7%。說明風(fēng)速對(duì)有冷

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