Sistema de gerenciamento térmico de células solares

O desenvolvimento e a utilização de novas tecnologias aceleraram o processo de exploração excessiva dos recursos naturais. A utilização excessiva dos recursos naturais agravou os problemas ambientais, como o efeito de estufa e a destruição da camada de ozono, não só afectando o ambiente de vida das gerações futuras, mas também causando um declínio acentuado nos recursos disponíveis, dificultando seriamente a inovação e o desenvolvimento da tecnologia industrial. Nos últimos anos, as células solares estão se desenvolvendo rapidamente em direção a alta densidade de fluxo de calor e alto desempenho. O aumento da temperatura das células solares sob alta intensidade de luz e alta corrente leva a uma diminuição em seu desempenho fotoelétrico e a uma vida útil mais curta. É necessário um sistema de gerenciamento térmico eficiente para garantir a segurança e estabilidade da bateria.

Atualmente, a eficiência de conversão laboratorial das células solares concentradas atingiu 47,1%, enquanto as células de silício monocristalino populares no mercado têm uma eficiência de conversão de apenas 26,7%. Fatores como tipo de módulo, perdas elétricas e ambiente de trabalho sempre restringiram a melhoria da eficiência do sistema de geração de energia fotovoltaica. Entre eles, o efeito da temperatura é o principal fator que afeta o desempenho das células fotovoltaicas. A potência de saída e a eficiência de conversão de energia do sistema diminuem bastante com o aumento da temperatura de trabalho das células fotovoltaicas. Estatísticas de pesquisa mostram que para cada aumento de 1 grau na temperatura de trabalho das células solares, a eficiência de conversão diminui em 0,4%~0,5%. Embora o efeito da temperatura dos diferentes tipos de células solares varie, ainda pode dificultar o desenvolvimento de tecnologia e materiais de células solares para melhorar a eficiência.

A pesquisa sobre resfriamento de células solares é uma série de soluções desenvolvidas por pesquisadores para lidar com a intensidade irregular da luz e a alta densidade do fluxo de calor que levam à temperatura irregular da bateria, ao superaquecimento local e ao aumento da temperatura média à medida que a taxa de concentração aumenta. Com o aprimoramento da tecnologia e da demanda de dissipação de calor, a tecnologia de gerenciamento térmico das células solares é dividida em resfriamento tradicional (resfriamento de ar, resfriamento de líquido) e novas tecnologias de resfriamento, como resfriamento de microcanais, resfriamento de impacto de jato e resfriamento de material de mudança de fase.

A tecnologia de resfriamento de ar reduz a temperatura de trabalho das células solares, permitindo que o ar flua através do módulo de resfriamento por meio de convecção natural ou forçada. Cuce et al. instale dissipadores de calor com aletas de alumínio na parte traseira das células solares, o que pode aumentar a potência de saída das células em 13%. A temperatura das células solares é reduzida em 5,4% e 11%, respectivamente, sob condições de autoaquecimento, convecção e convecção forçada, e a potência de saída é aumentada em 8% e 16%, respectivamente, Bayrak et al. obtido através de medições externas que o resfriamento das aletas pode controlar a bateria dentro da faixa de temperatura permitida.

O resfriamento líquido refere-se à transferência oportuna de calor gerado pelas células solares para o mundo exterior por meio de fluidos de trabalho líquidos. Zilli et al. utilizaram sistemas de bicos resfriados a água em altos níveis de irradiação, resultando em um aumento relativo na potência e eficiência das células de silício policristalino em 12,26% e 12,17%. O método de resfriamento ideal é resfriar simultaneamente as superfícies frontal e traseira das células, e a eficiência de conversão e a potência de saída das células solares podem ser melhoradas para 40,572% e 20,083W, respectivamente. Comparado ao resfriamento a ar, o resfriamento a líquido tem forte capacidade de transferência de calor. Tem um efeito significativo na melhoria do desempenho das células solares.

Atualmente, a tecnologia de tubos de calor está envolvida nos esquemas de resfriamento de controle térmico aeroespacial, chips de computadores e servidores e dispositivos eletrônicos de alta potência. Como um novo tipo de método de resfriamento, a tecnologia de tubos de calor está gradualmente recebendo atenção no campo de aplicações de resfriamento de células solares. De acordo com diferentes princípios operacionais, os tubos de calor podem ser divididos em três tipos: tubos de calor por gravidade, tubos de calor em loop e tubos de calor pulsantes. As aplicações de resfriamento são complexas e diversas, e a estrutura dos tubos de calor também não é consistente. Possui características de capacidade de transferência de calor e forte uniformidade de temperatura.

As células solares estão se desenvolvendo rapidamente em direção a alta densidade e desempenho de fluxo de calor, colocando grandes desafios aos seus sistemas de gerenciamento térmico. Ao comparar e analisar tecnologias de resfriamento tradicionais (resfriamento a ar, resfriamento a líquido) e novas tecnologias de resfriamento (resfriamento por microcanais, resfriamento por impacto a jato, etc.), pode-se descobrir que novas tecnologias de resfriamento podem efetivamente melhorar a eficiência termoelétrica das baterias, melhorando a transferência de calor. , aumentando a área de dissipação de calor e aumentando a taxa de fluxo do fluido de trabalho. No entanto, o equipamento é complexo e o custo é superior ao das tecnologias de refrigeração tradicionais.
O acoplamento mútuo entre tecnologias de resfriamento, como resfriamento de ar, resfriamento de líquido, microcanais e tubos de calor, pode melhorar ainda mais a eficiência de dissipação de calor das células solares e também é a direção de desenvolvimento de sistemas avançados de gerenciamento térmico.