自散熱式光伏組件的性能研究

:在常規(guī)光伏組件的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)改進，研制出具有自散熱功能的光伏組件，并通過同一戶外試驗平臺對常規(guī)光伏組件和自散熱式光伏組件進行測試，結(jié)果表明，自散熱式光伏組件的發(fā)電性能有明顯提升。

（來源：微信公眾號“太陽能雜志”ID：tynzz1980）

01 自散熱式光伏組件的設(shè)計

1.1 研究背景

目前，常規(guī)光伏組件的散熱形式主要是依靠其自身平面自然散熱，這種方式散熱效果差。聚光型光伏組件采用了散熱翅片，但也僅在組件的局部使用，散熱效果仍不夠理想。而且在工程應(yīng)用當(dāng)中，由于聚光型光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本較高，其在光伏發(fā)電領(lǐng)域的占比很少，大多數(shù)光伏電站還是以常規(guī)光伏組件為主。因此，解決常規(guī)光伏組件的散熱問題具有更廣泛的實際意義。

1.2 設(shè)計方案

為解決高溫條件下光伏組件及光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率降低的問題，將常規(guī)光伏組件與具有一定幾何造型的散熱翅片相結(jié)合，并充分利用光伏組件安裝時的傾角，使空氣在光伏組件背面能夠更快速地流動；通過改變空氣在光伏組件背面的流動形式來降低光伏組件的工作溫度，從而提高光伏組件及光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。

為了達到上述目的，介紹了一種自散熱式光伏組件，將特制的散熱翅片固定于常規(guī)光伏組件的背板上，散熱翅片之間形成散熱腔，散熱翅片可以是銅合金或鋁合金等熱導(dǎo)性及耐候性較好的材質(zhì)，使其因大氣環(huán)境而被腐蝕的可能性減小。與常規(guī)光伏組件相比，此種自散熱式光伏組件的散熱翅片形狀有利于光伏組件背面的空氣流動，更利于降低光伏組件的溫度，從而提高光伏組件及整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。自散熱式光伏組件的背面及側(cè)面的示意圖如圖1所示。

1.3 工作原理

自散熱式光伏組件的工作原理圖如圖2 所示。當(dāng)空氣流經(jīng)光伏組件的散熱翅片時，由于散熱翅片結(jié)構(gòu)的特殊性，空氣由空氣流入處進入此電池區(qū)域的散熱腔；散熱腔的內(nèi)部寬度有規(guī)律地變化，能夠提高進入散熱腔內(nèi)部的空氣的流動度；然后高速流動的空氣從空氣流出處流出，再從下一個電池區(qū)域的空氣流入處進入，如此連續(xù)改變光伏組件背面的空氣流動達到紊流效果，從而降低光伏組件的工作溫度，提高其發(fā)電效率。此方法已獲取實用新型專利。

本文所介紹的自散熱式光伏組件是在專利的基礎(chǔ)上改變了散熱翅片的形狀和排列分布，使組件更便于加工生產(chǎn)。改進后的自散熱式光伏組件背部如圖3 所示。

02 試驗平臺的搭建

2.1 試驗平臺

為了測試本文所研制的改進后的自散熱式光伏組件的性能，在戶外搭建了1 套試驗裝置，可同時對自散熱式光伏組件和常規(guī)光伏組件的發(fā)電性能進行測量。為了盡量減少其他因素對2 種光伏組件的影響，在同一試驗平臺上對2 種光伏組件進行同時測試，試驗平臺如圖4 所示。

2.2 主要設(shè)備儀器

試驗平臺的主要設(shè)備包括：用于監(jiān)測太陽輻射的輻射觀測系統(tǒng)、用于監(jiān)測環(huán)境風(fēng)速的風(fēng)速儀、用于系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化的逆變器等。為了保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所有儀器設(shè)備均具有較高的質(zhì)量及精度，所用檢測設(shè)備均在質(zhì)檢局的有效校準(zhǔn)期內(nèi)。

1) 光伏組件。測試所用的常規(guī)光伏組件為晶澳公司生產(chǎn)的250 W 光伏組件( 型號：JAP6001-250/SC)；所用的自散熱式光伏組件是在常規(guī)光伏組件基礎(chǔ)上增加散熱翅片制成。常規(guī)光伏組件的參數(shù)如表1 所示。

2) 輻射觀測系統(tǒng)。本試驗平臺采用BSRN460 輻射觀測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用MODBUS數(shù)據(jù)采集器，可以采集MODBUS和SDI-12 信號；系統(tǒng)內(nèi)置溫度傳感器和電壓傳感器，具有較寬的工作溫度范圍，輸入電壓為8～32 VDC；相配套的軟件通過向數(shù)據(jù)采集器發(fā)送指令而獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。輻射觀測系統(tǒng)的參數(shù)如表2 所示。

3) 風(fēng)速儀。平臺采用Ventus 風(fēng)速儀， 該設(shè)備可通過RS485 接口、模擬信號接口等方式訪問并獲取測量數(shù)據(jù)，且支持UMB 二進制、NMEA、Modbus-RTU 等議；該風(fēng)速儀使用了4 個超聲波傳感器，可以對所有方向的風(fēng)進行周期循環(huán)測量，風(fēng)速和風(fēng)向可根據(jù)超聲波差分信號的傳播時間進行計算獲得。風(fēng)速儀的具體參數(shù)如表3 所示。

4) 逆變器。平臺采用Omnik 的1k-Tl 型號逆變器，其為無變壓器設(shè)計，最大效率可達97.5%，MPPT 跟蹤精度可達99.9%，具有較寬的直流電壓輸入范圍，且安裝簡單，易于操作。逆變器的具體參數(shù)如表4 所示。

用2 臺1 kW 的逆變器分別連接自散熱式光伏組件和常規(guī)光伏組件，通過網(wǎng)絡(luò)連接將逆變器收集到的光伏組件的各種性能參數(shù)，特別是發(fā)電功率，實時傳輸?shù)椒?wù)器端，從而可對發(fā)電數(shù)據(jù)進行進一步地處理分析。

03 實驗數(shù)據(jù)分析

對同一天測得的2 種光伏組件的輸出電流、輸出電壓、輸出功率及輸出電量數(shù)據(jù)進行分析，具體如圖5～圖8 所示。

由圖5～圖8 可以發(fā)現(xiàn)，自散熱式光伏組件的輸出電壓與輸出電流均略高于常規(guī)光伏組件，從而使自散熱式光伏組件的輸出功率和輸出電量均高于常規(guī)光伏組件。從本次的試驗數(shù)據(jù)來看，自散熱式光伏組件的日輸出電量比常規(guī)光伏組件的日輸出電量高10.5%。

04 結(jié)論

本文在常規(guī)光伏組件的基礎(chǔ)上，結(jié)合安裝散熱翅片，研制出了自散熱式光伏組件。通過在相同環(huán)境條件下的試驗發(fā)現(xiàn)，本文所研制的改進后的自散熱式光伏組件與同規(guī)格的常規(guī)光伏組件相比，日輸出電量有10.5% 的提升。需要說明的是，本文的試驗只是針對相同環(huán)境條件下進行的光伏組件發(fā)電性能的試驗，后續(xù)工作將進一步分析組件材料耐候性、風(fēng)速、溫度變化對自散熱式光伏組件的影響，并從生產(chǎn)制造工藝角度進一步提高自散熱式光伏組件的生產(chǎn)工藝，以降低其生產(chǎn)成本。

上海太陽能工程技術(shù)研究中心有限公司

馮相賽 黃慧 蓋寧 錢峰偉

上?？臻g電源研究所

楊瑰婷 韓婷婷

來源：《太陽能》雜志2019年第8期(總第304期)P52-55

原標(biāo)題:自散熱式光伏組件的性能研究