太阳高度角自散热式光伏组件的性能研究

　　在常规光伏组件的基础上，通过技术改进，太阳能门户，研制出具有自散热功能的光伏组件，并通过同一户外试验平台对常规光伏组件和自散热式光伏组件进行测试，结果表明，自散热式光伏组件的发电性能有明显提升。

　　01 自散热式光伏组件的设计

　　1.1 研究背景

　　目前，太阳能发电网，常规光伏组件的散热形式主要是依靠其自身平面自然散热，这种方式散热效果差。聚光型光伏组件采用了散热翅片，但也仅在组件的局部使用，散热效果仍不够理想。而且在工程应用当中，由于聚光型光伏发电系统的成本较高，其在光伏发电领域的占比很少，大多数光伏电站还是以常规光伏组件为主。因此，解决常规光伏组件的散热问题具有更广泛的实际意义。

　　1.2 设计方案

　　为解决高温条件下光伏组件及光伏发电系统发电效率降低的问题，将常规光伏组件与具有一定几何造型的散热翅片相结合，并充分利用光伏组件安装时的倾角，使空气在光伏组件背面能够更快速地流动；通过改变空气在光伏组件背面的流动形式来降低光伏组件的工作温度，从而提高光伏组件及光伏发电系统的发电效率。

　　为了达到上述目的，介绍了一种自散热式光伏组件，将特制的散热翅片固定于常规光伏组件的背板上，散热翅片之间形成散热腔，散热翅片可以是铜合金或铝合金等热导性及耐候性较好的材质，使其因大气环境而被腐蚀的可能性减小。与常规光伏组件相比，此种自散热式光伏组件的散热翅片形状有利于光伏组件背面的空气流动，更利于降低光伏组件的温度，从而提高光伏组件及整个光伏发电系统的发电效率。自散热式光伏组件的背面及侧面的示意图如图1所示。

　　1.3 工作原理

　　自散热式光伏组件的工作原理图如图2 所示。当空气流经光伏组件的散热翅片时，由于散热翅片结构的特殊性，空气由空气流入处进入此电池区域的散热腔；散热腔的内部宽度有规律地变化，能够提高进入散热腔内部的空气的流动度；然后高速流动的空气从空气流出处流出，再从下一个电池区域的空气流入处进入，如此连续改变光伏组件背面的空气流动达到紊流效果，从而降低光伏组件的工作温度，提高其发电效率。此方法已获取实用新型专利。

　　本文所介绍的自散热式光伏组件是在专利的基础上改变了散热翅片的形状和排列分布，使组件更便于加工生产。改进后的自散热式光伏组件背部如图3 所示。

　　02 试验平台的搭建

　　2.1 试验平台

　　为了测试本文所研制的改进后的自散热式光伏组件的性能，在户外搭建了1 套试验装置，可同时对自散热式光伏组件和常规光伏组件的发电性能进行测量。为了尽量减少其他因素对2 种光伏组件的影响，在同一试验平台上对2 种光伏组件进行同时测试，试验平台如图4 所示。

　　2.2 主要设备仪器

　　试验平台的主要设备包括：用于监测太阳辐射的辐射观测系统、用于监测环境风速的风速仪、用于系统能量转化的逆变器等。为了保证试验数据的准确性，所有仪器设备均具有较高的质量及精度，所用检测设备均在质检局的有效校准期内。

　　1) 光伏组件。测试所用的常规光伏组件为晶澳公司生产的250 W 光伏组件( 型号：JAP6001-250/SC)；所用的自散热式光伏组件是在常规光伏组件基础上增加散热翅片制成。常规光伏组件的参数如表1 所示。

　　2) 辐射观测系统。本试验平台采用BSRN460 辐射观测系统，该系统采用MODBUS数据采集器，可以采集MODBUS和SDI-12 信号；系统内置温度传感器和电压传感器，具有较宽的工作温度范围，输入电压为8～32 VDC；相配套的软件通过向数据采集器发送指令而获取相应数据。辐射观测系统的参数如表2 所示。