聚光光伏电池的热平衡与冷却.pdf

电力与能源
第32卷第2期
2011年4月
聚光光伏电池的热平衡与冷却
孙健
(景德镇陶瓷学院材料科学与主程,江西景德镇333001)
摘要:建立了聚光条件下光伏电池的热平衡方程及电学特性模型,利用模型对电池的输出特性进行了计算,
根据计算结果对传热过程中的热阻及电池的串联内阻对电池的温度、光电转换效率及电能输出功率的影响
进行了分析。分析结果表明:电池温度随聚光率的增加而升高,电池效率和输出功率随聚光率的增加先增后
降,并存在一个最大输出功率;电池冷却过程的热阻越小、工作温度越低,光电转换效率越高、输出功率越大;
电池本身串联内阻越大,电池的效率越低、输出功率越小。根据分析结果提出,要使硅电池在聚光条件下长期
高效、稳定安全的运行,必须对电池进行适当的冷却,要尽可能减小电池的串联内阻。
关键词:光伏电池;聚光率;传热热阻;输出特性;串联内阻
中图分类号:TK513.1文獻标志码:A文章编号:2095-1256(2011)02-0158-04
The Energy Balance and Cooling of Solar Cells in Concentration
SUN Tian
School of Materials Science and Engineering, Jingdezhen Ceramic Institute
Jingdezhen 333001, China)
Abstract: A mathematical model of describing the thermal and power characteristic of silicon solar cells in con-
centration is set up, the out put performance of the silicon cells are calculated by the numerical analysis ap
proach, the effects of the heat transfer resistance and series resistance on the silicon cell temperature, efficien
cy and the out put power are analyzed. The results show that the cell temperature increases as the concentra
tion ratio increases, efficiency and electrical out put power of silicon solar cell increases sharply at the begin-
ning with increasing the concentration ratio, then decreases as the light intensity increases. The lower the heat
transfer resistance of silicon solar cell is decreasing, the lower temperature of solar cell and the higher efficiency
and electrical out put power of silicon solar cell. The efficiency of silicon solar cel] decreases as the series resist
ancc increases, the out put power of the silicon solar cell becomes low and there is a inflexion with the increase
of the concentration ration. So, it is necessary to reduce the series resistance of silicon solar cell and cool the sil.
icon solar cell to keep it operating steadily, efficiently and safely for a long time
Key words solar cell; concentration ratio heat transfer resistance;out put performance; series resistant
聚光光伏发电采用便宜的聚光器来部分代替转换效率、电能输出功率影响进行分析,为聚光条
昂贵的光伏电池,可充分利用光伏电池的光电转件下光伏电池冷却系统的设计与优化提供依据。
换能力,降低光伏发电的成本。但是光伏电池工
1热平衡方程
作于高光强和大电流下温度会很快升高,导致电
池的转换效率和输出性能的下降,因此对电池进
目前,光伏电池的光电转换效率一般在20%
行冷却是保证聚光电池高效稳定工作个重要措以下,也就是说投射到电池表面上80%以上的太
施。本文将根据聚光光伏发电系统的工作特点建阳能都不能转化成电能,只能转化成热能导致光
立与能够反映光伏电池热、电特性的数学模型,并伏电池的工作温度升高、转换效率降低,特别是采
以一个光伏电池为例,利用模型对不同光强下对用聚光方式后电池表面受到的辐射强度大大加
电池的输出特性进行计算,然后根据计算结果对强,只有采用适当的散热措施疏导这些热能,才能
光电转换中过程所采用冷却方式给定的热阻及电让聚光条件下电池保持较低的工作温度,确保光
池的等效电路串联内阻对电池的工作温度、光电电转换效率维持在较高的水平。光伏电池的散热