Sistema de gestión térmica de células solares.
El desarrollo y utilización de nuevas tecnologías han acelerado el proceso de explotación excesiva de los recursos naturales. La utilización excesiva de los recursos naturales ha empeorado problemas ambientales como el efecto invernadero y el agotamiento de la capa de ozono, no sólo afectando el entorno de vida de las generaciones futuras, sino también provocando una fuerte disminución de los recursos disponibles, obstaculizando gravemente la innovación y el desarrollo de la tecnología industrial. En los últimos años, las células solares se están desarrollando rápidamente hacia una alta densidad de flujo de calor y un alto rendimiento. El aumento de temperatura de las células solares bajo alta intensidad de luz y alta corriente conduce a una disminución de su rendimiento fotoeléctrico y una vida útil más corta. Se necesita un sistema de gestión térmica eficiente para garantizar la seguridad y estabilidad de la batería.
En la actualidad, la eficiencia de conversión de laboratorio de las células solares concentradas ha alcanzado el 47,1%, mientras que las populares células de silicio monocristalino del mercado tienen una eficiencia de conversión de sólo el 26,7%. Factores como el tipo de módulo, las pérdidas eléctricas y el entorno de trabajo siempre han limitado la mejora de la eficiencia del sistema de generación de energía fotovoltaica. Entre ellos, el efecto de la temperatura es el factor clave que afecta el rendimiento de las células fotovoltaicas. La potencia de salida y la eficiencia de conversión de energía del sistema disminuyen considerablemente con el aumento de la temperatura de trabajo de las células fotovoltaicas. Las estadísticas de investigación muestran que por cada aumento de 1 grado en la temperatura de funcionamiento de las células solares, la eficiencia de conversión disminuye en un 0.4%~0.5%. Aunque el efecto de la temperatura de los diferentes tipos de células solares varía, aún puede obstaculizar el desarrollo de tecnología y materiales de células solares para mejorar la eficiencia.
La investigación sobre el enfriamiento de células solares es una serie de soluciones desarrolladas por investigadores para abordar la intensidad de la luz desigual y la alta densidad del flujo de calor que conducen a una temperatura desigual de la batería, sobrecalentamiento local y aumento de la temperatura promedio a medida que aumenta la relación de concentración. Con la mejora de la tecnología de disipación de calor y la demanda, la tecnología de gestión térmica de las células solares se divide en refrigeración tradicional (enfriamiento por aire, refrigeración líquida) y nuevas tecnologías de refrigeración como refrigeración por microcanales, refrigeración por impacto de chorro y refrigeración de materiales por cambio de fase.
La tecnología de enfriamiento por aire reduce la temperatura de trabajo de las células solares al permitir que el aire fluya a través del módulo de enfriamiento mediante convección natural o forzada. Cuce et al. Instale disipadores de calor con aletas de aluminio en la parte posterior de las células solares, lo que puede aumentar la potencia de salida de las células en un 13%. La temperatura de las células solares se reduce en un 5,4% y un 11% respectivamente en condiciones de convección de autocalentamiento y convección forzada, y la potencia de salida aumenta en un 8% y un 16% respectivamente, Bayrak et al. Se obtuvo a través de mediciones en exteriores que el enfriamiento de aletas puede controlar la batería dentro del rango de temperatura permitido.
La refrigeración líquida se refiere a la transferencia oportuna del calor generado por las células solares al mundo exterior a través de fluidos de trabajo líquidos. Zilli et al. utilizaron sistemas de boquillas refrigeradas por agua a altos niveles de irradiación, lo que resultó en un aumento relativo de la potencia y la eficiencia de las células de silicio policristalino en un 12,26% y un 12,17%. El método de enfriamiento óptimo es enfriar simultáneamente las superficies delantera y trasera de las células, y la eficiencia de conversión y la potencia de salida de las células solares se pueden mejorar a 40,572% y 20,083W, respectivamente. En comparación con la refrigeración por aire, la refrigeración líquida tiene una gran capacidad de transferencia de calor y tiene un efecto significativo en la mejora del rendimiento de las células solares.
En la actualidad, la tecnología de tubos de calor está involucrada en los esquemas de enfriamiento del control térmico aeroespacial, chips de computadoras y servidores y dispositivos electrónicos de alta potencia. Como nuevo tipo de método de enfriamiento, se está prestando gradualmente atención a la tecnología de tubos de calor en el campo de las aplicaciones de enfriamiento de células solares. Según los diferentes principios operativos, los caloductos se pueden dividir en tres tipos: caloductos por gravedad, caloductos de bucle y caloductos pulsantes. Las aplicaciones de refrigeración son complejas y diversas, y la estructura de los tubos de calor tampoco es consistente. Tiene las características de capacidad de transferencia de calor y una fuerte uniformidad de temperatura.
Las células solares se están desarrollando rápidamente hacia una alta densidad de flujo de calor y rendimiento, lo que plantea grandes desafíos a sus sistemas de gestión térmica. Al comparar y analizar las tecnologías de enfriamiento tradicionales (enfriamiento por aire, enfriamiento líquido) y las nuevas tecnologías de enfriamiento (enfriamiento por microcanales, enfriamiento por impacto de chorro, etc.), se puede encontrar que las nuevas tecnologías de enfriamiento pueden mejorar efectivamente la eficiencia termoeléctrica de las baterías al mejorar la transferencia de calor. , aumentando el área de disipación de calor y aumentando el caudal del fluido de trabajo. Sin embargo, el equipo es complejo y el coste es mayor que el de las tecnologías de refrigeración tradicionales.
El acoplamiento mutuo entre tecnologías de refrigeración como la refrigeración por aire, la refrigeración líquida, los microcanales y los tubos de calor puede mejorar aún más la eficiencia de disipación de calor de las células solares y también es la dirección de desarrollo de los sistemas avanzados de gestión térmica.
