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太阳能光伏电池板冷却及发电效率的研究随着能源需求的增加和环境问题的加剧，太阳能光伏技术作为一种清洁、可再生的能源形式备受关注。
然而，当太阳能光伏电池板长时间运行时，温度的升高可能会降低其发电效率，甚至导致电池板的损坏。
因此，研究太阳能光伏电池板的冷却技术以及如何提高其发电效率成为一个重要而迫切的课题。
为了解决这一问题，研究学者们开展了各种方法的探索。
一种常见的方法是利用散热器将太阳能光伏电池板与大气中的冷却介质接触，通过传热的方式降低电池板的温度。
研究表明，散热器的选择和设计对冷却效果有着重要影响。
一些有利于散热的材料，如铝合金、铜合金等，能够有效地提高散热器的传热效率，进而提高太阳能光伏电池板的冷却效果。
此外，还有一种被广泛研究的方法是采用冷却液循环系统。
通过将冷却液输送至太阳能光伏电池板的背面进行冷却，可以有效地降低电池板温度。
研究发现，合适的冷却液流动速度和循环系统的组合方式对冷却效果有着明显的影响。
此外，冷却液的选择也至关重要，一些导热性能优良的液体，如水、乙二醇等，能够更好地降低太阳能光伏电池板的温度。
然而，仅仅解决太阳能光伏电池板的冷却问题还不足以提高其发电效率。
发电效率主要受光伏电池板表面的反射、传导和吸收等因素的影响。
为了提高光伏电池板的发电效率，研究学者们还开展了一系列的研究工作。
一些研究表明，通过改变光伏电池板的结构和材料，可以提高其对太阳光的吸收效果。
例如，通过在光伏电池板表面引入纳米颗粒或纳米结构，可以将太阳光吸收效果提高到更高的水平。
此外，一些特殊的光学涂层也能够增强光伏电池板对太阳光的吸收能力。
除此之外，研究学者们还发现，光伏电池板的表面状况和清洁程度也对其发电效率有较大影响。
因此，定期清洁光伏电池板表面的灰尘和杂质是提高发电效率的一种简单有效的方法。
综上所述，太阳能光伏电池板的冷却及发电效率的研究是一个复杂而持续的过程。
通过选择合适的散热器和冷却液，设计冷却循环系统，并改变光伏电池板的结构和材料，可以有效地降低电池板的温度并提高其发电效率。
光伏发电系统的冷却技术与散热管理光伏发电系统是一种利用太阳能转化为电能的系统，随着对可再生能源的需求不断增加，光伏发电系统的应用也越来越广泛。
然而，光伏发电系统在运行过程中会产生大量的热量，若不进行有效的冷却和散热管理，可能对系统的性能和寿命产生负面影响。
因此，光伏发电系统的冷却技术与散热管理显得尤为重要。
一、冷却技术冷却是光伏发电系统中的关键环节，有效的冷却技术可以降低组件温度，提高系统的发电效率和可靠性。
在光伏发电系统的冷却技术中，常见的方法有如下几种：1. 传统的风冷系统传统的风冷系统是光伏发电系统中常见的一种冷却技术。
该系统通过风扇或者空气对光伏组件进行散热，降低组件温度。
风冷系统简单易行，成本较低，但在高温环境下散热效果较差。
2. 水冷系统水冷系统是一种较为高效的光伏发电系统冷却技术。
该系统通过水或者导热液体对光伏组件进行冷却，可将组件温度有效降低，并且具有较高的散热效率。
然而，水冷系统在安装和维护上较为复杂，成本较高。
3. 相变材料冷却技术相变材料冷却技术是一种新兴的光伏发电系统冷却技术。
该技术利用材料的相变过程将热量转化为潜热释放，从而实现对光伏组件的冷却。
相变材料冷却技术具有较好的散热效果和稳定性，但需要研发更多的高效相变材料以满足实际应用需求。
二、散热管理除了冷却技术，光伏发电系统的散热管理同样重要。
良好的散热管理可以降低光伏组件的温度梯度，提高系统的发电效率和可靠性。
以下是几种常见的散热管理方法：1. 散热板散热板是光伏发电系统中常用的一种散热管理方法。
它可以将光伏组件的热量迅速传递到散热板上，并且通过散热板的导热性能将热量有效地散发到外界。
散热板可以提高光伏组件的散热效率，减少热量积累，从而提高系统的发电效率和寿命。
2. 散热风扇散热风扇是一种常见的光伏发电系统散热管理设备。
它通过产生气流和对光伏组件进行有针对性的冷却，提高组件的散热效果。
散热风扇可以根据组件的温度变化自动启停，具有较好的智能调控能力。
太阳能光伏电池实验报告肖克莱公式实验目的：通过实验了解太阳能光伏电池的工作原理，探究太阳能光伏电池的发电效率和光强之间的关系。
实验材料：1. 太阳能光伏电池板2. 光强计3. 变压器4. 直流电压表5. 直流电流表6. 实验电路板7. 示波器8. 太阳光灯实验原理：太阳能光伏电池是一种将太阳辐射能转化为电能的装置，其工作原理是根据光电效应。
当太阳辐射能照射到光伏电池上时，光子会激发电池内的电子，使其脱离原子，形成电荷对，并通过电池中的导线产生电流。
肖克莱公式是描述光伏效应的方程，其表示为：I = I光 - I0 × (exp(qV/(kT)) - 1)其中，I为光伏电池输出电流，I光为光照射到光伏电池上的光强，I0为反向饱和电流，q为电荷量，V为光伏电池的输出电压，k为玻尔兹曼常数，T为温度。
实验步骤：1. 将太阳能光伏电池板与实验电路板连接，并将光强计插入电路中。
2. 通过直流电压表和直流电流表分别测量光伏电池的输出电压、输出电流，并记录下来。
3. 调节太阳光灯的距离，改变光照强度，并记录不同光强下的输出电流和输出电压。
4. 根据测量结果，计算光伏电池的发电效率，并绘制光强和发电效率的关系曲线。
5. 使用示波器测量光伏电池的输出电压和输出电流的波形，并分析波形特点。
实验结果：根据测量的数据，计算出光伏电池在不同光强下的发电效率，并绘制出光强和发电效率的关系曲线。
实验结论：通过实验，我们可以了解到光伏电池的工作原理和发电效率与光强之间的关系。
在一定范围内，光伏电池的发电效率随着光强的增加而增加，但当光强达到一定值后，发电效率趋于稳定。
同时，通过示波器观察光伏电池输出波形特点，可以进一步了解光伏电池的性能和工作状态。
不同冷却方式对太阳能光伏组件发电性能分析现如今我国对于光伏光热组件以及光伏组件的研究基本上都是最为单一的研究方式，其中所缺少的是如何才能将冷却方式系统化。
对于目前状态，所建立的铜管水降温光伏光热组建系统以及表面水降温光伏组件系统对其进行系统的研究分析。
在同等规格、材质以及倾角的基础上利用追踪式光伏光热组件系统进行参照。
其结果表明，铜管水降温光伏光热组件系统以及表面水降温广府组件系统和固定倾角光伏光热组件系统进行比较，其电池转换效率在百分之0.3和百分之3之间，而这点也证明了表面水降温广府组建系统，不仅可以具备降温作用，同时还能定期除尘，还能让电池转换效率提高。
以下文章光伏光热组件用（PV/T）代替，光伏组件利用（PV）代替。
标签：表面水降温；对比研究；太阳能光伏；铜管水降温太阳电池效率是以温度的高低来衡量的，会随着温度的升高而不断降低，经过研究发现，太阳电池温度上升1摄氏度，其效率会下降百分之4左右。
为了可以让光伏效率进一步提高，我国以及国外的相关学者对于太阳能电池的冷却方式进行研究。
其中，张宇祥等相关人员通过对低电池覆盖率对光伏光热组件性能的影响发现，电池覆盖率对于系统的光学性能影响较大，但是对于热血性能影响较小。
又有相关学者表明，利用单晶硅光伏板与全错扁盒式太阳能热水器集热板结合的方式，能将太阳能电池的综合效率大大提高，大约在百分之70左右。
这点来看，对于太阳能冷却的方式研究，不管是强制通风冷却，还是自然通风，均是单一的对光伏组件进行冷却，而其系统性不言而喻，因此，本篇文章对铜管水降温光伏光热组件以及表面水降温光伏组件等问题进行粗浅研究。
一、理论模型研究此次主要是选择晶太阳能电池组件，以下是具体参数。
详情见表1。
（一）铜管水降温光伏光热组件理论模型铜管水降温光伏光热组件是背面铺设流道，之后通过流体将热量转出，以此来降低电池工作温度，来提高光电转换效率。
制作铜管水降温光伏光热组件最为主要的是需要保证好太阳能电池与吸热层之间的热传导以及电绝缘。
太阳能光伏电池板冷却及发电效率的研究太阳能光伏电池是一种通过将太阳辐射转化为电能的器件。
然而，由于太阳能光伏电池工作时会产生大量的热量，如果不能及时有效地冷却，就会导致发电效率下降。
因此，研究太阳能光伏电池板的冷却及发电效率是十分重要的。
首先，需要了解太阳能光伏电池板的工作原理。
太阳能光伏电池板由多个太阳能电池组成，这些电池是由硅材料制成的。
当太阳辐射照射到太阳能光伏电池板上时，光子会激活电池中的电子，使其从价带跃迁到导带，从而产生电流。
这个过程伴随着一定的能量损失，其中一部分会被转化成热能。
热量是影响太阳能光伏电池板发电的主要因素之一、当太阳能电池板过热时，光电转化效率会大大降低。
热量的积累会导致电池板内部温度升高，从而增加了电子与声子之间的碰撞，加速了电子从导带返回价带的过程，进而降低光伏电池板的电流和功率输出。
因此，解决太阳能光伏电池板的过热问题是提高发电效率的关键。
一种解决方法是采用热管理技术，例如在太阳能光伏电池板上添加散热器。
散热器可以通过空气或液体的冷却来降低电池板的温度。
同时，可利用各种材料的导热性能优势，提高散热器的效果。
例如，可以使用铝或铜等具有良好导热性能的材料作为散热器的材质。
此外，可以使用冷却风扇或冷却水泵等设备来增加冷却效果。
此外，还可以通过光伏电池板的设计来提高其发电效率。
例如，采用多层结构设计可以增加太阳光入射的路径长度，从而提高光的吸收效率。
此外，还可以调整光伏电池板的结构和材料，以减小能量在光伏电池板中的损失。
例如，可以使用光学薄膜来提高吸收太阳光的效果，或使用具有优异电子输运性能的材料制造电池。
最后，监测和控制太阳能光伏电池板的温度也是关键。
可以通过在电池上安装温度传感器来测量电池表面的温度，并将这些数据用于系统的调节和控制。
例如，当温度过高时，可以通过自动调整散热器或冷却风扇的转速来提高散热效果。
此外，可以使用智能控制系统来实时监测和调整电池板的工作状态，以充分利用光电转换的效果。
光伏发电效率提升方案
光伏发电作为一种可再生能源发电方式，其能量转换效率直接影响到其经济性和可持续发展性。
为提高光伏发电效率，以下是一些可能的方案：
1. 高效光伏电池技术：研发新型高效光伏电池技术，如多结光伏电池、钙钛矿光伏电池等。
这些新型电池技术具有更高的光电转换效率，可以提高光伏发电的效率。
2. 使用反射镜和透镜：利用反射镜和透镜将太阳光线聚焦到光伏电池上，增加光的密度，提高光伏发电效率。
3. 光伏电池冷却技术：光伏电池在工作时会产生热，降低电池效率。
通过使用冷却技术，如冷却板或流体冷却系统，可以将光伏电池的温度降低，提高光伏发电效率。
4. 提高材料质量和制造工艺：改进光伏电池的材料质量和制造工艺，减少缺陷和能量损失，提高光伏电池的效率。
5. 使用太阳能跟踪系统：太阳能跟踪系统可以实时调整光伏电池板的角度，使其始终与太阳保持垂直，最大程度地利用太阳光，提高光伏发电效率。
6. 增加光伏系统的光吸收能力：在光伏系统表面涂覆特殊材料，可以增加其对光的吸收能力，提高光伏发电效率。
7. 提高光伏电池组件的负载匹配：光伏电池组件的负载匹配可
以通过调整电路的电阻和电压来实现，以获得最佳发电效率。
8. 提高光伏发电系统的光电转换效率：通过改进光伏电的收集和转换系统，如增加电路的效率和减少能量损失等，可以提高光伏发电效率。
总之，提高光伏发电效率的方案有很多，包括改进电池技术、优化系统设计和制造工艺、提高光伏电池组件的负载匹配等等。
这些方案的实施可以进一步推动光伏发电的发展，降低其成本，促进可持续发展。
太阳能光伏电池的提高转换效率方法太阳能光伏电池作为一种可再生的能源发电方式，已经得到广泛应用和研究。
然而，目前太阳能光伏电池的转换效率相对较低，限制了其在实际应用中的推广和利用。
因此，提高太阳能光伏电池的转换效率成为当前研究的焦点之一。
本文将就太阳能光伏电池提高转换效率的方法进行探讨和分析。
1. 优化电池材料太阳能光伏电池的转换效率与所使用的材料密切相关。
因此，选择合适的材料并进行优化是提高转换效率的重要一步。
目前，常见的太阳能光伏电池材料包括硅、铜铟硒（CIS）、氧化镉等。
通过在材料的选择和结构设计上进行改进，可以有效提高电池的光吸收能力和载流子的传输效率。
2. 提高光吸收效率光吸收是太阳能光伏电池转换能量的重要环节。
为了提高光伏电池的转换效率，需要增强材料对太阳光谱的吸收能力。
一种常见的方法是采用多晶硅或单晶硅，并通过表面工艺改善其吸收能力。
另外，利用纳米材料、光子晶体等新技术也可以提高光吸收效率。
3. 减少反射损失太阳能光伏电池在光的传输过程中会产生一定的反射损失。
为了提高转换效率，可以采用表面纳米结构或反射层来减少光的反射。
通过调整反射层的厚度和折射率，可以使光线更好地被吸收，减少能量损失。
4. 提高载流子收集效率在太阳能光伏电池工作过程中，及时高效地收集产生的载流子是提高转换效率的关键。
通过优化电极的设计和结构，可以减少载流子在电池中的复合和损失，提高载流子的收集效率。
此外，利用表面电场、电子和空穴传输层等技术也可以增强载流子收集效率。
5. 降低温度效应太阳能光伏电池的转换效率与温度密切相关。
高温会导致光伏电池内部电压降低，进而降低转换效率。
因此，降低光伏电池的温度是提高效率的一种重要方法。
可以通过冷却系统、散热材料等手段有效降低光伏电池的工作温度，提高转换效率。
综上所述，提高太阳能光伏电池的转换效率是太阳能研究的重要课题。
通过优化电池材料、提高光吸收效率、减少反射损失、提高载流子收集效率和降低温度效应等方法可以有效地提高太阳能光伏电池的转换效率，进一步推动太阳能的广泛应用和发展。
提高太阳能发电效率的技巧与方法太阳能作为一种清洁、可再生的能源，正受到越来越多的关注。
然而，太阳能发电效率一直是人们关注的焦点。
在这篇文章中，我们将探讨一些提高太阳能发电效率的技巧与方法，以期推动太阳能发电技术的进一步发展。
1. 优化太阳能电池板的设计太阳能电池板是太阳能发电系统的核心部件，其设计对发电效率起着重要作用。
首先，选择高效的太阳能电池材料，如单晶硅或多晶硅，以提高电池的转换效率。
其次，优化电池板的尺寸和形状，使其能够最大程度地接收太阳能。
2. 提高光吸收效率光吸收是太阳能电池板转换太阳能为电能的关键步骤。
为了提高光吸收效率，可以在电池板表面涂覆一层反射镀膜，以减少光的反射损失。
此外，还可以采用纳米材料来增加光的吸收率。
3. 优化电池板的布局在太阳能发电系统中，电池板的布局也对发电效率产生影响。
合理的布局可以最大程度地利用可用的太阳能资源。
例如，将电池板安装在朝向阳光最充足的方向，并采用适当的倾斜角度，以最大程度地接收太阳能。
4. 定期清洁电池板电池板表面的灰尘、污垢等会降低光的透过率，从而影响发电效率。
因此，定期清洁电池板是提高发电效率的重要步骤。
可以使用软布或海绵轻轻擦拭电池板表面，避免使用刺激性的化学清洁剂。
5. 优化电池板的温度管理太阳能电池板在工作过程中会产生热量，过高的温度会降低电池的转换效率。
因此，优化电池板的温度管理是提高发电效率的关键。
可以采用散热装置或冷却系统来降低电池板的温度，以提高发电效率。
6. 使用跟踪系统太阳能发电系统中的跟踪系统可以根据太阳的位置自动调整电池板的角度和朝向，以最大程度地接收太阳能。
这种系统可以提高发电效率，尤其是在日照条件不理想的情况下。
7. 储能技术的应用太阳能是一种间歇性的能源，夜间或阴天时无法直接发电。
因此，储能技术的应用对于提高太阳能发电效率至关重要。
可以使用电池组或其他储能设备将白天产生的电能储存起来，在需要时供应给电网或使用者。
太阳能电池板的温度影响分析太阳能电池板作为一种重要的可再生能源技术，正在被广泛应用于各种领域。
然而，太阳能电池板在运行过程中会受到温度的影响，从而影响其性能和效率。
本文将对太阳能电池板的温度影响进行分析，并探讨相应的解决方案。
1. 温度对太阳能电池板的影响太阳能电池板的工作原理是将太阳光转化为电能。
然而，温度的变化会对太阳能电池板产生一系列的影响。
首先，温度升高会导致太阳能电池板的电导率下降，从而增加了电阻。
这使得电池板的输出功率下降，降低了电池板的发电效率。
其次，太阳能电池板发热会导致热损失。
在高温条件下，电池板会吸收辐射热量，导致能量损失。
这会进一步影响电池板的发电效率。
此外，太阳能电池板的温度升高还会引发热膨胀问题。
当电池板受热膨胀时，可能导致失效、龟裂或间隙扩大，这对电池板的结构稳定性和使用寿命造成不利影响。
2. 处理温度影响的解决方案为了解决太阳能电池板温度影响带来的问题，以下是一些可行的解决方案：首先，可以采用散热措施来降低太阳能电池板的温度。
例如，在电池板的周围设置冷却装置，以增加散热效果，降低电池板的工作温度。
还可以通过改善电池板的导热性能来提高散热效果。
其次，可以选择合适的太阳能电池板材料。
一些高效的材料具有较低的温度系数，能够在高温环境下保持较好的电力输出性能。
有选择性地使用这些材料可以减轻温度影响。
此外，合理安排太阳能电池板的布局也是解决温度影响的重要方面。
通过设计适当的间距和通风系统，可以有效降低电池板的工作温度。
同时，在安装过程中，避免太阳能电池板直接接触金属或其他热敏感材料，以减少温度传导。
最后，在维护和管理过程中，及时进行检查和清洁太阳能电池板。
因为尘埃、杂物等可能会影响电池板的散热效果，增加温度升高的风险。
3. 结论太阳能电池板的温度对其性能和效率具有重要影响。
理解温度对太阳能电池板的影响，并采取相应的解决措施是提高太阳能电池板效率的关键。
通过散热措施、选择合适的材料、合理的布局以及维护管理，可以减轻温度对太阳能电池板的不利影响，进一步提高其发电效率和使用寿命。
《光伏发电系统及其控制的研究》篇一一、引言随着全球能源需求的持续增长和传统能源的日益枯竭，可再生能源的开发和利用已成为全球关注的焦点。
其中，光伏发电系统以其清洁、高效、可持续的优点，逐渐成为现代能源结构的重要组成部分。
本文将就光伏发电系统的构成、工作原理及其控制策略进行详细的研究和探讨。
二、光伏发电系统的构成及工作原理光伏发电系统主要由光伏电池板、支架、逆变器、电缆及配电系统等部分组成。
其中，光伏电池板是系统的核心部分，负责将太阳能转化为直流电能。
光伏电池板通过吸收太阳光，产生光生电势，进而产生电流。
支架则用于支撑光伏电池板，使其能够更好地吸收太阳光。
逆变器则负责将光伏电池板产生的直流电转化为交流电，以供家庭或企业使用。
电缆则负责将光伏电池板产生的电能传输到配电系统，最后通过配电系统将电能输送到用电设备。
三、光伏发电系统的控制策略光伏发电系统的控制策略主要涉及最大功率点跟踪（MPPT）和并网控制两个方面。
1. 最大功率点跟踪（MPPT）最大功率点跟踪是光伏发电系统控制的核心策略之一。
由于太阳能的辐射强度和温度等因素的变化，光伏电池板的输出功率会发生变化。
MPPT控制策略通过实时监测光伏电池板的输出电压和电流，不断调整其工作点，使其始终处于最大功率点附近，从而提高系统的发电效率。
2. 并网控制并网控制是光伏发电系统与电网相连的关键技术。
在并网过程中，系统需要实时监测电网的电压、频率等参数，并通过逆变器将光伏电池板产生的电能与电网进行同步并网。
此外，为了保证并网过程中电网的稳定性和安全性，还需要采取一系列保护措施，如过流保护、过压保护、孤岛效应保护等。
四、光伏发电系统的优化及发展方向为了提高光伏发电系统的效率和性能，可以采取一系列优化措施，如优化光伏电池板的布局、提高逆变器的转换效率、优化并网控制系统等。
此外，随着科技的不断发展，人工智能和物联网等新兴技术的应用也为光伏发电系统的优化提供了新的方向。
太阳能光伏发电及相关技术研究摘要：随着现代社会的飞速发展，全球对能源的需求量越来越大，全世界积极推动可再生能源产业发展，其中太阳能作为绿色清洁能源，取之不尽用之不竭的特点使其利用率逐渐提高，光伏发电是目前太阳能利用的主要方式之一。
能源是社会发展的重要力量，其和人民群众的生活存在密切的关联。
社会的进步发展使得社会范围内的能源问题日益凸显出来，比如在使用化石能源使用的过程中会产生大量的气体，这些污染性的气体会加剧社会范围内的环境污染。
我国是世界上的工业大国，在发展的过程中面临日益严重的资源、能源紧缺问题，开发和利用新能源是国家发展迫切需要解决的问题。
在众多新能源中，太阳能是一个十分重要的资源，且光伏发电具有低碳、清洁的作用，一时间成为新能源开发利用的重要关键。
本文主要对太阳能光伏发电及相关技术进行研究，详情如下。
关键词：太阳能；光伏发电；相关技术引言在新时期，社会的进步发展加大了对各个能源的消耗，能源的利用和加工引起了人们广泛的关注。
从实际应用层面上来看，新能源的推广和使用体现出了污染少和不可再生的发展特点。
从实际应用操作层面来看，新能源的发电类型是十分多元的，包含太阳能发电形式。
风能发电能力、水力发电形式等。
将新能源发电引入到人们生活的各个领域会在保证各个行业稳定发展的同时在最大限度上减少损耗，保护人类赖以生存的环境。
1太阳能光伏发电技术的应用1.1照明实际生活中，我们经常利用光伏发电技术和照明领域相结合起来，达到照明能源的绿色可持续。
就比如路上随处可见的太阳能路灯，它可以在白天通过光伏发电技术把从太阳光中收集的能量存储在蓄电池中，在夜间需要照明的时候利用蓄电池来点亮灯泡。
高速公路上的路灯十分适合利用光伏发电技术。
1.2与其他技术联合互补将光伏发电和其他技术相结合，可以扩大光伏技术的实用性。
把光伏发电和温室大棚相结合来为大棚供电，晴天光伏板转化使用不完的能量可以储存到蓄电池组中，阴天时蓄电池组供电。
《太阳能光伏并网发电系统的研究》篇一摘要：本文深入研究了太阳能光伏并网发电系统的基本原理、技术特点、应用现状及发展趋势。
通过对光伏并网系统的理论分析、系统设计、运行控制等方面的探讨，为太阳能光伏并网发电系统的优化与推广提供了理论依据和实践指导。
一、引言随着全球能源结构的转型和环境保护意识的增强，可再生能源的开发与利用已成为各国关注的焦点。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其开发利用对于缓解能源压力、减少环境污染具有重要意义。
太阳能光伏并网发电系统作为太阳能利用的重要方式之一，具有广阔的应用前景。
二、太阳能光伏并网发电系统基本原理太阳能光伏并网发电系统利用光伏效应将太阳能转化为直流电能，再通过并网逆变器将直流电转换为交流电，最终与电网相连实现并网发电。
该系统主要由光伏电池板、支架、并网逆变器、变压器等设备组成。
三、技术特点及优势太阳能光伏并网发电系统具有以下技术特点及优势：1. 资源丰富：太阳能取之不尽，用之不竭，具有极高的资源利用价值。
2. 环保节能：无污染排放，绿色环保，符合可持续发展要求。
3. 发电效率高：通过并网逆变器实现高效转换，提高能源利用效率。
4. 并网灵活：可与大电网或微电网相连接，实现分布式供电。
5. 经济效益好：系统投资成本逐年降低，具有较高的经济效益。
四、应用现状及挑战目前，太阳能光伏并网发电系统在国内外得到广泛应用。
随着技术的进步和成本的降低，其在工业、商业、家庭等领域的应用越来越广泛。
然而，太阳能光伏并网发电系统也面临一些挑战，如设备成本、系统稳定性、并网政策等。
为进一步推广应用，需对上述问题进行研究解决。
五、系统设计及优化策略太阳能光伏并网系统的设计需要考虑以下因素：1. 光伏电池板的选择与布局：根据地域、气候等因素选择合适的光伏电池板类型和布局方式。
2. 逆变器性能的优化：选择高效、稳定的逆变器，实现直流电到交流电的高效转换。
3. 系统控制策略的优化：通过智能控制技术实现系统的最大功率输出和优化运行。
第51 卷第 1 期2024年1 月Vol.51，No.1Jan. 2024湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）基于热管的光伏冷却技术研究进展曹静宇1，2，郑玲1，彭晋卿1，2†，宋佳明1，李念平1，2，裴刚3［1.湖南大学土木工程学院，湖南长沙 410082；2.建筑安全与节能教育部重点实验室（湖南大学），湖南长沙 410082；3.中国科学技术大学工程科学学院，安徽合肥 230026］摘要：光伏发电技术的发展和推广是实现碳中和的关键途径之一，但传统光伏电池效率会随自身温度升高而下降，故采取冷却措施降低其温度成为光伏领域的热点问题，其中具有结构简单、传热效率高、可塑性强、被动运行等优点的热管近年来受到了重点关注，而相关研究现状尚待分析汇总. 本文从不同热管类型的视角对该领域进行了深入探讨，涵盖热管及其与天空辐射制冷、相变储能、热电制冷和纳米技术耦合下的多种冷却方式，并结合基于热管的光伏冷却技术的发展现状讨论其系统性能、经济和环境效益，对该研究方向进行了展望. 综合既有研究发现，热管冷却是一种环保、经济且可行的光伏冷却方式，能有效降低光伏温度并提升其均匀性，且在技术耦合下可实现太阳能与其他清洁能源的科学协同利用，提升其发电性能或实现制冷、储能等附加功能，其发展应用对推动节能减排事业有着积极意义.关键词：热管；光伏；散热；聚光光伏中图分类号：TM615 文献标志码：AResearch Progress of Heat Pipe-based Photovoltaic Cooling Technology CAO Jingyu1，2，ZHENG Ling1，PENG Jinqing1，2†，SONG Jiaming1，LI Nianping1，2，PEI Gang3［1.College of Civil Engineering， Hunan University， Changsha 410082， China；2.Key Laboratory of Building Safety and Energy Efficiency of Ministry of Education（Hunan University）， Changsha 410082， China；3.College of Engineering Science， University of Science and Technology of China， Hefei 230026， China］Abstract：The development and promotion of photovoltaic power generation technology is one of the key solutions to achieve carbon neutrality，but the efficiency of conventional photovoltaic cells decreases with rising temperature. Thus， taking measures to reduce its temperature becomes a hot issue in the photovoltaic field， among which heat pipe with a simple structure， high heat transfer efficiency， strong plasticity， and passive operation has received attention in recent years. However， the research status of heat pipes in photovoltaic cooling has yet to be∗收稿日期：2023-03-13基金项目：国家自然科学基金项目（52208105，52278104），National Natural Science Foundation of China（52208105，52278104）；湖南省科技人才托举工程之“小荷”科技人才专项（2023TJ-X79），Xiaohe Sci-Tech Talents Special Funding under Hunan Provincial Sci-Tech Talents Sponsorship Program （2023TJ-X79）；湖南省自然科学基金项目（2022JJ40057），National Natural Science Foundation of Hunan Province （2022JJ40057）；重庆市自然科学基金项目（CSTB2022NSCQ-MSX1215），Chongqing Municipal National Natural Science Foundation （CSTB2022NSCQ-MSX1215）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（531118010653），Fundamental Research Funds for the Central Universities（531118010653）作者简介：曹静宇（1993―），男，安徽池州人，湖南大学副教授† 通信联系人，E-mail：**************.cn文章编号：1674-2974（2024）01-0201-16DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2024019湖南大学学报（自然科学版）2024 年analyzed and summarized. Therefore，the field is discussed in depth from the perspective of different heat pipe types，covering heat pipes and various cooling modes coupled with sky radiant cooling，phase change energy storage， thermoelectric cooling， and nanotechnology in this review paper. Combined with the development status of photovoltaic cooling technology based on heat pipes， the system performance， economic， and environmental benefits are discussed to prospect the research direction in this field. Based on the existing research， it is found that heat pipe cooling is an environmentally friendly and economically feasible method of photovoltaic cooling，which can effectively reduce the temperature of photovoltaic，improve its temperature uniformity，and realize the scientific collaborative utilization of solar energy and other clean energy under the technical coupling to improve its power generation performance or realize refrigeration，storage，and other additional functions. Its development and application will contribute to the cause of energy saving and emission reduction.Key words：heat pipes；photovoltaic；heat dissipation；concentrating photovoltaic可再生能源利用对推动社会可持续发展的意义重大，而太阳能因其分布广泛、蕴含能量丰富、安全清洁等优点正成为最受关注的可再生能源之一. 目前，太阳能利用技术主要有太阳能光电技术（PV）、太阳能光热技术（PT）和太阳能光电光热综合利用技术（PV/T），其中最常用的是太阳能光电技术.近年，太阳能光电技术取得长足进展［1］，但传统光伏单位输出功率成本高，发电效率低［2-3］，一般仅可达到10%~20%［4］，因此如何提升光伏电池发电效率是光电技术亟待解决的问题. 在诸多影响因素中，光伏电池的工作温度对其光电效率的影响显著，具体体现在其温度升高会使得短路电流增加量小于开路电压的减少量，导致发电功率降低［5］；已有研究表明，大部分电池效率会随着温度的升高呈现出近似线性下降的趋势［6-7］. 因此，光伏电池冷却对于提高光电效率有着重要意义. 值得注意的是，聚光光伏（CPV）通过透镜或反射镜聚光以提升光伏电池可获得的太阳辐射强度［8-9］，减小电池面积、提升发电效率的同时，也带来局部高热流［10］和显著的温度不均匀性［11］，严重影响光伏电池的性能和寿命，因而冷却和均温需求更为迫切［12］.目前常用的光伏冷却方式可分为主动、被动两种［13］：前者指消耗外部或自身电能来驱动泵或风机等动力设备，通过冷却介质的强制流动来带走光伏板的热量，如水和空气的强制对流、射流冲击冷却、液体浸没冷却等；后者通常不消耗电能，通过一些冷却介质的自然流动散热，除自然对流冷却外还有相变材料冷却、热管冷却等. 其中热管冷却光伏通常指工质吸收光伏电池所产生的热量蒸发并将其转移至热管冷凝段，基于热管的光伏冷却技术也因其结构简单、无能耗、高效散热等优点引起众多学者的关注［7］. 早在1979年，Russell等［14］就提出利用热管来转移光伏所产生的废热的设想. 近年来，随着热管结构形式以及制冷技术的多元化发展，热管及热管与其他冷却技术耦合用于光伏冷却的方式愈发多样. 已有较多相关综述对光伏冷却或光电光热综合利用技术进行总结探讨：Gharzi等［15］对PV和CPV的主动、被动和组合冷却方式进行分类总结，并根据不同的环境条件和性能要求为光伏推荐最佳的冷却方式. Zhang等［5］总结了PV冷却技术的最新进展及冷却方法的影响因素.Kandeal等［16］根据三种基本传热模式对PV的冷却方式进行总结分类.Salameh等［17］探讨了通过不同冷却技术实现PV温度控制的方法并对PV和PV/T系统的环境和经济生命周期进行分析评价.Ghadikolaei［13］对PV的不同冷却方式的研究进行分类并比较不同冷却技术的优缺点，对未来PV冷却提出实用建议.Kandeal等［18］回顾使用纳米冷却系统改善PV性能的研究成果，并分析该领域的研究趋势.邱昊等［19］根据聚光光伏电池组合方式以及聚光倍数的分类对国内外聚光光伏的冷却方式进行讨论分析，介绍各种技术的优越性和不足.Fikri等［20］总结相变材料和引入纳米技术后的相变材料在CPV/T中作为冷却和蓄热介质来提高光伏电池效率的最新工作和技术挑战.Pathak等［21］分类总结一些冷却光伏电池的实验和数值模拟研究以及探讨人工智能在其中发挥的作用，并对PV/T进行技术经济性分析. Panda等［22］总结PV的一些新型冷却方法并且进行对比分析，提出相关建议.白浩良等［23］从间壁式冷却和202第 1 期曹静宇等：基于热管的光伏冷却技术研究进展直接接触式冷却两个角度回顾近年来国内外在CPV 冷却技术方面的研究现状及最新进展，并通过对比分析各冷却方式的优缺点和未来的研究重点.但总体上，大多数相关综述都仅将热管作为被动冷却的一部分进行简单论述，缺乏基于热管的光伏冷却技术这一专门领域的综述，更少有对热管与光伏结合方式及其优缺点的具体分析；另外，目前相关综述重点关注光电光热综合利用技术，而光伏组件往往工作在较高的温度区间［24］，一定程度上忽视了侧重光伏冷却的热管研究进展.针对上述问题及研究现状，为便于相关领域专家学者深入了解热管冷却光伏领域的发展现状，本文基于不同热管类型和热管与其他制冷技术的耦合方式对热管光伏冷却技术研究进展进行系统介绍，主要涵盖：1）热管传热原理及其分类；2）利用以热管为主的冷却技术和热管与其他制冷技术耦合的冷却技术冷却普通光伏和聚光光伏的相关研究；3）基于热管的光伏冷却技术目前的发展、所面临的挑战和未来展望. 本文有助于相关领域学者快速全面地了解热管冷却光伏的方式以及与其他冷却技术耦合利用的优势和不足，为该技术的进一步发展和应用奠定基础.1 热管传热原理热管是一种利用介质在全封闭真空管内的相变来进行传热的高效被动传热元件［25］，主要包括三大部分：蒸发段、绝热段和冷凝段. 在蒸发段部分通常会设置有热源，热管内部工质吸热蒸发，到达冷凝段释放潜热冷凝，随之依靠重力作用或毛细芯结构重新回流至蒸发段［26］. 热管内部主要靠工质的气液相变传热，不需要在热源和散热器之间有很大的温度梯度［27］，无须耗能即可具备较高的温度均匀性、导热性能和可变的热通量，且成本低廉、可靠性高、使用寿命长、结构简单多样，并可根据不同光伏组件的结构特点及散热需求自由设计.其已成为冷却光伏的一种重要且高效的方式，目前运用比较广泛的热管类型有有芯单管热管、环路热管、两相闭式重力热管、分离式热管、脉动热管和微通道热管. 如图1（a）（b）所示，有芯单管热管和环路热管通常设置有吸液芯结构，而前者通常设置在管壁面，后者则一般设置在蒸发段，两者均可依靠毛细力反重力运行.如图1（c）（d）所示，两相闭式重力热管和分离式热管无芯结构，冷凝液在回流过程中所受阻力减小，可有效增加热管的径向流量，传热效率高，且临界热流密度比有芯热管更大，但在运行时受重力影响较大，须慎重考虑安装位置. 另外，环路热管和分离式热管相比其余两者具有独特的环路结构，进一步将蒸汽管线和液体管线分开，使得蒸汽和液体的流向相同，即可最小化蒸汽和液体流动之间的夹带［28］，消除夹带极限.如图1（e）所示，脉动热管通常由一根长而弯曲的毛细管构成［29］. 除潜热传递机制，还可依靠内部气泡和液塞自发来回移动的对流换热来传递热量，故脉动热管的传热效率比其他类型热管高［30］. 如图1（f）所示，微通道热管是将微通道结构应用到热管当中达到强化热管传热的目的，其表面形状扁平，可与换热面有良好的接触，同时内部尺寸小，使通道内（a）有芯单管热管［32］（b）环路热管［33］（c）两相闭式重力热管［34］（d）分离式热管［35］（e）脉动热管［30］（f）微通道热管阵列［36］图1 六种典型热管的结构图Fig.1 Structure diagram of six typical heat pipe types203湖南大学学报（自然科学版）2024 年蒸汽流速更高，对壁上液膜产生更高的剪切应力，加大蒸发率，提高热管效率［31］. 六种类型热管详细的比较分析见表1.随着热管形式结构的不断创新，不同类型的热管划分往往并不明确，例如可在分离式热管的蒸发段增加芯结构来改善热管启动性能［37］，在蒸发段引入微通道结构强化传热［38］，在脉动热管中引入芯结构改善热管传热性能以及温度均匀性［39］等. 若无特殊说明，本文依旧按照前文所述的热管传热原理对其类型进行分类.2 热管在光伏冷却中的应用本文依据光伏热管散热技术的应用特性差异，将热管冷却光伏的研究分为两大类：1）以热管为主的冷却技术，即未使用其他冷却技术或热管处于主导地位；2）以热管为辅的耦合冷却技术，即热管冷却耦合其他冷却技术用来冷却光伏，着重于两种或者多种技术间的科学配合以达到理想的冷却效果. 2.1 以热管为主的冷却技术在以热管为主的冷却技术中，现有研究多采用不同类型的热管与光伏结合，一般主要涉及有芯单管热管、两相闭式重力热管、环路热管、分离式热管、脉动热管和微通道热管（见图2）. 对于有芯单管热管和环路热管，毛细力作为热管驱动力，热管的放置方式较为自由，蒸发端的位置可高于冷凝器，对于普通光伏，无须考虑遮挡问题，适应性更强；但须考虑热管反重力运行的启动极限值以及回流冷凝液形成的阻力. 对于两相闭式重力热管以及分离式热管，在冷却过程中为保证热管在重力驱动下正常运行，需保持冷凝器的位置始终高于蒸发器，因此结构特殊，这两种热管形式在反射式聚光光伏的冷却中应用广泛. 脉动热管驱动力主要来自冷热源两端的温差，受重力的影响较小，故更适合用于水平放置或者倾斜角度较小的光伏板. 微通道热管的扁平结构可与光伏板有良好的接触并提升其温度均匀性，在冷却光伏组件领域应用较为广泛.对于蒸发段，通常采用机械连接如鞍座或直接连杆固定，或者采用热膏或导热双面胶将两者之间的缝隙填满，确保光伏板面和热管蒸发段接触良好，增加其导热系数. 此外，蒸发段还常采用电加热装置模拟光伏电池产生废热，采用一定厚度的保温棉将两者包裹完整，提高系统绝热性能.对于冷凝段，通常有风冷和水冷两种冷却方式.其中风冷使用空气作为冷却介质，空气简单易得且无毒无害，但其比热容较小，故冷却效果有限，最常见的一种结构形式为翅片散热［40-41］，利用翅片结构增加冷凝段与空气接表1 六种典型热管的特征对比［35］Tab.1 Features comparison of six typical heat pipe types［35］分类有芯单管热管环路热管两相闭式重力热管分离式热管脉动热管微通道热管是否为环路否是否是不定否蒸发器有无吸液芯有有无无无不定驱动力毛细力毛细力重力重力主要为温差微芯或微通道传热方向不定不定竖直向上竖直向上不定不定（a）有芯单管热管（b）两相闭式重力热管（c）环路热管（d）分离式热管（e）脉动热管（f）微通道热管阵列图2 不同类型热管冷却光伏的示意图Fig.2 Schematic diagram of different types of heat pipe coolingphotovoltaics204第 1 期曹静宇等：基于热管的光伏冷却技术研究进展触面积，强化换热能力. 水冷即利用水的自然流动或强制对流带走光伏板废热，相较于风冷方式，其冷却效果可得到有效改善，但须考虑电绝缘性、冷却介质泄露以及冬季结冻的问题.2.1.1 有芯热管有芯热管一般涵盖有芯单管热管和环路热管，芯结构中使用最为广泛的是铜粉烧结吸液芯，其可使热管传热不受重力方向的影响，从而适用性更强，但同时由于其较为复杂的毛细芯结构会提升成本和加工难度，还会一定程度上限制回流冷凝液的流动速度，故关于其单独运用于光伏冷却的研究相对较少. Praveenkumar等［42］使用四个翅片式有芯热管冷却光伏，并对其进行能量、㶲和经济性分析，通过实验发现，热管冷却最高可有效降低9.93 ℃的光伏电池温度［图3（a）］. 针对聚光光伏，Russell等［14］和Ye 等［43］设计了一种有芯单管热管冷却菲涅尔透镜聚光光伏的装置，冷却剂从热管中心流入流出，带走电池废热［图3（b）］. Anderson等［44-45］提出一种铜芯两端带铝翅片的铜质热管冷却折射聚光光伏的方法［图3（c）］，可将光伏电池与环境的温差缩至43 ℃. 朱会元等［46］针对高倍聚光光伏均温散热的问题，提出一种利用不均匀铜粉作为烧结芯的平板式环路热管冷却光伏的方式［图3（d）］，研究了热管的负荷、倾角、冷凝器参数对其启动性能的影响. Huang等［47］设计一种新型平板式有芯热管冷却单电池聚光光伏，管壁烧结芯结构不仅为液体回流提供动力，亦可改善蒸发段沸腾特性，另外设置的支撑结构增大蒸汽的扩散空间且缩短液体回流路径，可有效降低热管热阻，实验证明，冷却系统可将光伏电池效率提高3.1%［图3（e）］.2.1.2 两相闭式重力热管两相闭式重力热管无吸液芯结构，冷凝液在回流过程中所受阻力减小，可有效增加热管的径向流量，传热效率高，且临界热流密度比有芯热管更大［48］，因此广泛应用于聚光光伏的散热，近年来的相关研究汇总见表2.如图4（a）所示，早在1996年，Akbarzadeh等［49］就设计了一种聚光比为20的独特槽状反射面，并提出一种基于重力热管的光伏冷却方法，将电池输出功率提高近一倍. 后续相关研究多基于此被动式光伏冷却理念进行热管结构改进及换热性能强化，如王子龙等［9， 50］设计一种用于碟式聚光光伏散热的重力热管，其蒸发段为长方体盒状，冷凝段外部设置翅片，内部为螺纹管结构，可避免因蒸汽速度过快而产生夹带极限，进而有效提升冷凝段换热效果［图4（b）］. 李烨等［48］就此类似结构通过实验分析了充注量、聚光比、太阳辐射强度等因素对热管传热性能的影响，并指出热管充注率为30%时电池温度最低约表2 两相闭式重力热管冷却光伏的相关研究汇总Tab.2 Summary of related research on two-phase closed thermosyphon cooling concentrating photovoltaic作者Akbarzadeh等［49］Cheknane等［54］王子龙等［55］李烨等［48］陈海飞等［51］夏侯国伟等［52］李琦芬等［53］热管结构冷凝段为翅片结构冷凝段带翅片蒸发段为盒状结构，冷凝段外部为翅片结构，内部为螺纹管结构蒸发段为盒状结构，冷凝段外部为翅片结构，内部为螺纹管结构双排管式平板热管翅片热管光伏类型（X表示聚光度）20X，反射型聚光光伏100~500X，反射型聚光光伏75~200X，高热流密度碟式聚光光伏50~275X，碟式聚光光伏319~1 274X，聚光光伏78.57X，聚光光伏聚光光伏主要结论电池温度可降低到46 ℃，系统的输出功率提高近一倍丙酮的冷却效果优于水，200X时的开路电压大概在0.91 V对蒸发段翅片结构进行优化，最优翅片结构单位长度散热量可达857.2 W/m；光伏电池的温差在5~9 K之间热管倾斜角为30°时传热效果较好，蒸发段内的工质沸腾对光伏电池有一定的均温作用当光伏电池的表面温度相同时，热管式聚光光伏系统能够承受的聚光倍数远大于传统空风式和水冷式聚光光伏.在自然对流情况下，模拟电池温度不超过100 ℃时，热管散热器可用于最大聚光比为78.57的系统加入热管散热器后，电池的温度可降至305 K，温差只有3 K205湖南大学学报（自然科学版）2024 年67 ℃，而热管与电池之间的接触热阻是解决高倍聚光光伏散热的关键. 如图4（c ）所示，陈海飞等［51］设计了一种双排热管冷却聚光光伏的装置，可提高热管换热效率，据分析，热管聚光光伏最高可承受的聚光倍数是水冷式光伏的2.5倍，风冷式光伏的12倍，且其在同一光伏温度下的发电量远高于后两者.此外，平板型重力热管在解决聚光光伏的温度分布不均匀的问题上展现出独特优势，其扁平形状能减小扩散热阻，增大与光伏板的接触面积，内部工质流动可有效降低板面温差. 如图4（d ）所示，夏侯国伟等［52］设计一种新型的平板热管，可将电池温差缩至6 ℃. 李琦芬等［53］针对高倍聚光光伏，分别设置小翅片散热系统和热管散热系统进行对比，通过数值模拟证明热管可将电池温差缩至3 ℃左右，而基板截面的温差最大也只有1 ℃左右.由于两相闭式重力热管不存在复杂的吸液芯结构，初投资较低，另外，其原理结构较为简单，目前研究侧重于结构上的创新，例如改变热管通道数量、优化热管管壁结构以及改善换热端换热方式等，而对热管的充注率、工质、倾斜角度等自身因素的优化研究较少. 另外，热管自身存在的夹带极限在一定程度上也限制了其对光伏组件的冷却效果的提升.2.1.3 分离式热管传统分离式热管兼具无芯、无夹带极限的优点，同时在光伏光热综合利用情况下具有不结冰及无水垢沉积的优势；由于在非聚光光伏冷却中需考虑冷凝器遮阳问题，故分离式热管更多用于聚光光伏冷却. Wang 等［56］提出了一种常压下新型的平板分离式（a ）多个带翅片有芯热管散热器冷却光伏［42］（b ）用于冷却聚光光伏的有芯单管热管［14， 43］（c ）用于冷却聚光光伏的带铜鞍座和铝翅片的有芯单管热管［44-45］（d ）用于冷却聚光光伏的环路热管［46］（e ）平板式有芯热管冷却聚光光伏［47］图3 有芯热管冷却光伏举例Fig.3 Examples of wicked heat pipes coolingphotovoltaic module（a ）重力热管冷却槽式聚光 （b ）盒状蒸发器重力热管冷却光伏系统［49］ 聚光光伏［9］（c ）双排重力热管冷却 （d ）平板带翅片重力热管冷却聚光光伏［51］ 聚光光伏［52］图4 两相闭式热虹吸管冷却光伏举例Fig.4 Examples of two-phase closed thermosyphons coolingphotovoltaic module206第 1 期曹静宇等：基于热管的光伏冷却技术研究进展热管冷却系统，可用于常规或者低倍聚光光伏电池的散热.当热流密度为850 W/m 2时，光伏的平均温度仅为78.46 ℃［图5（a ）］，同时可使电池板面纵向和横向温差保持在5 ℃以内. Chen 等［57］提出了一种新型的聚光光伏分离式热管散热器，并选取丙酮、水和乙醇三种工质进行对比研究，丙酮的传热效果为三者中最优，单根热管功率为水的6倍、乙醇的2倍［图5（b ）］. 李琦芬等［58］设计一种新型平板重力热管冷却聚光光伏以改善聚光光伏高辐射能流密度以及相应的热沉温度分布不均匀［图5（c ）］，考虑到聚光光伏中心温度较高，将中间蒸发段的三根通道连通，增大中间管道的热流密度，保证工质的及时补充和热管的稳定运行.目前分离式热管单独运用到光伏冷却的研究较少，而相关研究更侧重于将分离式热管与PV/T 系统耦合实现光电光热综合利用，重力驱动的被动循环可节省一部分初投资和系统运行成本，同时制冷剂的使用解决了传统PV/T 系统存在的冬季结冻问题，又可利用分离式热管的热二极管特性防止热量流回蒸发器，避免间接加热循环系统出现结垢问题，但其系统效率仍有较大提升空间.2.1.4 脉动热管脉动热管驱动力不依赖于重力和毛细力，无复杂芯结构，尺寸小，易于加工，换热能力强，受重力影响小，适用于水平放置或者倾斜角度较小的光伏板. Alizadeh 等［59］采用单圈脉动热管冷却光伏并进行数值研究［图6（a ）］，发现使用脉动热管的冷却效果为铜管翅片冷却系统的3成以上，发电量提高约18%. 另外，Alizadeh ［60］还采用模拟的方式将闭环脉动热管主、被动冷却光伏两种情况与空气自然冷却和平板强制对流冷却进行对比，在太阳辐射为1 235 W/m 2时，采用基于脉动热管的被动冷却可将光电效率提高23%，达到主动冷却效果的6成以上. Roslan 等［61］在光伏板背面使用脉动热管，可将光伏电池的温度最多降低10.5 ℃，并增加近19.45%的电输出［图6（b ）］. Geng 等［12］采用数值模拟和实验相结合的方法对脉动热管冷却高倍聚光光伏电池系统进行研究，当热管数量达到100时，聚光光伏聚光度为100，电池仍可保持35 ℃的温度，即使聚光度达到500聚光光伏仍可正常工作，证实脉动热管冷却光伏电池的可行性［图6（c ）］. 除去应用广泛的平板脉动热管，Wang 等［62］制作了一种带平板型蒸发器的三维脉动热管冷却聚光光伏［图6（d ）］，可保证在5.88 W/cm 2的热流水平下光伏电池温度低于57 ℃，另外热管内壁设置有烧结铜颗粒吸液芯结构，保证热管在水平方向正常运行.脉动热管较强的换热能力能够提高光伏组件的冷却效果，同时，结构尺寸小，与光伏组件耦合时，对 （a ）常压下带平板型蒸发器的 （b ）用于冷却聚光光伏的分离式热管冷却光伏实验 分离式热管结构图［57］装置图［56］（c ）平板热管冷却聚光光伏［58］图5 分离式热管冷却光伏举例Fig.5 Examples of separated heat pipe cooling photovoltaicmodule（a ）使用单圈脉动热管冷却光伏［59］ （b ）脉动热管冷却光伏［61］（c ）脉动热管冷却聚光光伏［12］ （d ）带有平板型蒸发器的 三维脉动热管［62］图6 脉动热管冷却光伏举例Fig.6 Examples of pulsating heat pipes cooling photovoltaicmodule207。
太阳能光伏发电系统的冷却与散热技术随着能源需求的增加和环境保护意识的提升，太阳能光伏发电系统作为一种清洁、可再生的能源形式，正逐渐得到广泛应用。
然而，太阳能光伏发电系统在操作过程中会产生大量热量，如果不能及时有效地冷却与散热，将会严重影响系统的性能和寿命，甚至导致系统故障。
因此，太阳能光伏发电系统的冷却与散热技术显得尤为重要。
本文将介绍几种常用的太阳能光伏发电系统冷却与散热技术。
一、被动式散热技术被动式散热技术是指利用自然界的气流、水流等自然形成的能量传导和对流效应来实现散热的一种技术手段。
被动式散热技术主要包括散热片、散热管和散热塔等。
散热片是一种常见的被动式散热技术，它通过增大系统的散热面积，提高热量的散发效率。
散热片一般采用高导热材料制作，可以有效地将热量从光伏组件上传导到空气中。
而散热管和散热塔则利用液态介质在管内的循环流动，通过传导和对流来实现热量的散发，能够有效降低系统的温度。
二、主动式冷却技术主动式冷却技术是指通过外部设备，如风扇、水泵等作为驱动力来主动地将热量排出光伏发电系统的一种技术手段。
与被动式散热技术相比，主动式冷却技术能够更加精确地控制系统的温度，提高系统的运行效率。
风冷式主动式冷却技术是一种常用的方法。
它通过风扇产生的风力将光伏组件或逆变器表面的热量吹散，从而实现系统的冷却。
风冷式主动式冷却技术需要设计合理的风道和散热结构，以保证热量能够充分散发。
水冷式主动式冷却技术是另一种常见的方法。
它通过水泵将冷却介质循环流动，将热量从光伏组件或逆变器中带走，再将热量释放到外部环境中。
水冷式主动式冷却技术具有较高的散热效果，能够有效保持系统的温度稳定。
三、相变储能技术相变储能技术是一种利用物质在相变过程中释放或吸收大量潜热的技术手段。
太阳能光伏发电系统可以利用相变储能技术来实现热能的存储和释放，从而平衡系统的温度。
相变储能技术一般采用相变材料作为储能介质，当光伏组件或逆变器产生过剩热量时，相变材料吸收热量进行相变，将多余的热量储存起来；当系统需要散热时，相变材料释放储存的热量，从而实现系统的冷却。
光伏发电系统发电效率分析摘要：光伏发电主要应用光伏发电原理进行太阳能发电，随着光伏发电项目不断进步，光伏发电项目建设更加注重效率和成本，从而确保光伏发电项目建设更加优化，最大程度提升项目的建设效率。
现代化电力建设中光伏系统发电成为发展趋势，针对光伏系统发展，加强电厂建设、提高电能效率和电能质量是摆在电力行业面前一项新的挑战，是电力企业的一项重要研究议程。
本文研究光伏发电系统的分类，对当前光伏发电系统进行分析，提出影响光伏发电系统建设效率的主要因素，同时提出光伏发电系统高效建设的对策。
关键词：光伏发电；项目建设效率；主要因素；高效建设对策1.光伏发电系统的分类1.1独立光伏发电系统日常生活中，最常见的独立的光伏发电系统，例如光伏路灯、太阳能电热水器等。
该系统包含全部的主要部件太阳能电池、蓄电池、充电控制器和逆变器。
这种光伏发电系统是脱离电网可以自主为用户或设备供电的。
在有光照的情况下为用户或设备供电并将多余电能通过蓄电池进行储存，在夜间和无光照条件下为用户或设备供电。
1.2并网光伏发电系统并网光伏发电系统，不属于独立用户或设备，而是属于大型的光伏发电站直接与本地公共电网连接供电。
大部分并网光伏发电系统不配备蓄电池，这就导致只能在白天且有光照的情况下才能进行发电。
当然，也有部分并网光伏发电系统是配备有蓄电池的，但不同于独立光伏系统，所储存的电能不是用于夜间供电而是多用于公共电网停电时的应急供电。
1.3分布式光伏发电系统分布式光伏发电系统属于并网光伏发电系统额规模小型化，更多的是用于满足特定用户的小范围供电需求[1]。
2.光伏发电系统建设效率影响因素2.1跟踪系统。
光伏发电系统运行过程中，依靠光伏方阵完成对太阳能资源的获取，光伏方阵对太阳能的吸收效率是影响发电效率的主要因素。
实际系统工作中，跟踪系统是通过地区内太阳运动轨迹信息定位跟踪而控制光伏方阵的核心控制系统，对太阳位置的跟踪精度以及抗干扰能力等均有影响，同时影响工作效率，对整体的光伏发电系统的发电效率造成影响。
太阳能板最佳发电温度
太阳能电池板（光伏组件）的效率与温度之间存在负相关关系。
在一定范围内，随着温度的升高，太阳能电池的输出功率会下降。
这是由于半导体材料在高温下电阻增加，导致内部损耗增大，从而使开路电压降低，短路电流略有上升，但总体上填充因子下降，最终使得最大功率输出减少。
太阳能电池板的最佳发电温度并不是一个固定的数值，而是指其在某一特定温度下能实现最高效率。
通常情况下，对于硅基太阳能电池，这个最佳工作温度一般是在25℃左右。
然而，在实际应用中，由于环境温度往往高于此值，因此需要采取冷却措施或通过设计优化来减小温度对效率的影响。
原理方面，太阳能电池的工作过程依赖于光电效应，即太阳光照射在半导体材料（如硅片）上时，光子能量足够大时可以将价带中的电子激发到导带，形成电子-空穴对。
在P-N结内建电场的作用下，电子和空穴被分离并分别向两端移动，从而产生电流。
当温度上升时，半导体材料内的热运动加剧，会导致更多的载流子复合，影响电流输出，并且还会增加半导体材料的电阻，这两者都会使太阳能电池的转换效率降低。
Advances in Energy and Power Engineering 电力与能源进展, 2018, 6(4), 145-151Published Online August 2018 in Hans. /journal/aepehttps:///10.12677/aepe.2018.64017Research on Solar Photovoltaic PanelCooling and Power Generation EfficiencyDaolai Cheng*, Yingxuan FanSchool of Mechanical Engineering, Shanghai Institute of Technology, ShanghaiReceived: Jul. 12th, 2018; accepted: Aug. 3rd, 2018; published: Aug. 10th, 2018AbstractDifferent cooling methods are different for reducing the temperature of solar cells and improving the efficiency of photovoltaic power generation. Combining with the related research results at home and abroad in recent years, the comparative analysis of three kinds of traditional natural cir-culation cooling, forced circulation cooling and solar photovoltaic solar-thermal cooling and on the basis of the new cooling system cooling and power generation efficiency, is obtained by simulation experiment; natural circulation cooling of the economy is very strong. The forced circulation cooling is suitable for experiment and research. The new solar photovoltaic solar thermal cooling effect is the best, especially when combined with the building. It has the advantage of unmatched conven-tional technology, but the cost is higher. Compared with the traditional PV/T system, plate type PV/T system let the temperature between working medium and solar cells lower. It can also effectively solve the PV/T system power output and heat output contradictory problem, can effectively improve the high grade transformation and utilization, suitable for promotion of development.KeywordsSolar Energy, Photovoltaic Cells, Cooling Technology, Generating Efficiency太阳能光伏电池板冷却及发电效率的研究程道来*，范瀛轩上海应用技术大学机械工程学院，上海收稿日期：2018年7月12日；录用日期：2018年8月3日；发布日期：2018年8月10日摘要不同的冷却方式对降低太阳能电池温度、提高光伏发电效率是不同的。
本文结合近年来国内外相关研究*第一作者。
程道来，范瀛轩成果，在对比分析三种传统的自然循环冷却、强制循环冷却和太阳能光伏光热冷却及新型冷却系统的冷却及发电效率基础上，通过模拟仿真实验得到：自然循环冷却的经济性很强；强制循环冷却适用于实验与研究；新型太阳能光伏光热冷却效果最好、特别是与建筑相结合后有着常规技术不可比拟的优势，但成本较高；与传统PV/T系统相比平板式PV/T系统使工质与太阳能电池的温差更低，可比较有效地解决PV/T系统电输出和热输出矛盾的问题，有效提高高品位能的转化和利用，适宜于推广开发。
关键词太阳能，光伏电池，冷却技术，发电效率Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 绪论随着工业化进程迅猛发展，不可再生能源日益枯竭，环境污染日益加重，可再生能源得到了社会的广泛关注。
太阳能作为可再生能源的一种，其自身具有资源丰富、分布广泛，清洁且无污染等诸多优点，被广泛应用于工程领域之中。
光伏发电技术也受到世界各国学者的广泛研究。
太阳能系统以其低成本、高效率、无污染的特点，在可再生能源应用中发挥着主导作用。
光伏发电装置/系统是利用太阳能电池将太阳能转化为电能的太阳能可再生能源利用的主要方面。
然而，在最近一段时间内，光伏电池的电效率不能得到显著改善。
主要原因是由于半导体材料的光子跃迁后光子能量过剩，多余的能量被转化为废热，从而导致光伏组件的温度升高，降低了能量转换效率。
在太阳能光伏电池的实际应用过程中发现太阳能电池的发电效率会随着电池表面温度的升高而降低。
研究表明：电池温度每升高1℃，相对电效率下降0.5% [1]。
单晶硅太阳能电池在零摄氏度时的最大理论转换效率只有30%，但在实际应用过程中发现：标准条件下硅电池转换效率约为12%~17%。
因此，照射到电池表面的太阳能的以上未能转换为有用能量，而是相当一部分能量转化成热能，使电池温度升高，导致电池效率下降[2]。
因此，太阳能电池冷却对提高其发电效率是有十分重要的意义。
且不同的冷却方式对降低太阳能电池温度、提高光伏发电效率是不同的。
本文结合近年来国内外相关研究成果，在对比分析三种传统的自然循环冷却、强制循环冷却和太阳能光伏光热冷却及新型冷却系统的冷却及发电效率基础上，通过模拟仿真实验得到：自然循环冷却的经济性很强；强制循环冷却适用于实验与研究；新型太阳能光伏光热冷却效果最好、特别是与建筑相结合后有着常规技术不可比拟的优势，但成本较高；与传统PV/T系统相比平板式PV/T系统使工质与太阳能电池的温差更低，可比较有效地解决PV/T系统电输出和热输出矛盾的问题，有效提高高品位能的转化和利用，适宜于推广开发。
2. 不同冷却方式对太阳能发电效率的影响不同的冷却方式对降低太阳能电池温度、提高光伏发电效率不同。
以下从传统冷却方式和新型冷却方式开展比较研究。
2.1. 传统冷却方式对太阳能发电效率的影响传统冷却方式主要有自然循环冷却、强制循环冷却和太阳能光伏光热冷却，对太阳能发电效率的影响如下：程道来，范瀛轩1) 自然循环对流冷却自然循环冷却系统是在太阳能电池板背面加入肋片、通道等结构对电池板进行降温，工作介质(多为空气或水)通过太阳能背面吸收热量，以达到降温目的。
自然循环冷却系统的主要特点是成本低廉，在日常养护方面，只需要在电池板背后留下合适的空隙用来通风，在大面积或者高纵深的地方会形成较大的风速，这样的冷却效果是十分可观的。
赵春江等人的研究中指出：在电池组件框架与屋顶防雨保温层之间可以留出一定高度的间隙，以此来解决电池组件背面通风降温的问题[3]；杨洪兴等人在研究中介绍了一种自然冷却通风方式，可以在PV模块屋面设计空气通风流道，使电池表面温度降低15℃，模块电力输出提高8.3% [4]。
黄护林等人的实验表明，当电池背面的空隙达到20~40 mm时，太阳能电池板的冷却效果达到最佳，比无通道和无翅片的情况要低20℃左右，效率提高近10% [5]。
2) 强制循环冷却强制循环方式一般采用加肋片、通道等结构，有时会在电池正背面同时进行冷却。
因为采用强制流动循环，所以需要加额外的驱动动力。
同时，需要有工作介质在驱动力驱使下带走电池板的温度。
一般情况下，采用空气或者透射率高的液体来作为工作介质。
装有风机的强制对流电池板的散热效果明显好于自然对流的电池板，前者的电效率明显高于后者。
在5个流量下，强制对流电池板平均绝对电效率比自然对流的电池板高0.675%；当风机的体积流量不断减小时，电池板的散热效果明显下降，系统的热效率也随之减小；虽然电池板的电效率随着体积流量的增大而增大，但是其净电效率并没有递增，装有风机的强制对流电池板绝对平均净电效率比自然对流的电池板高0.565% [6]。
3) 太阳能光伏光热(PV/T)冷却太阳能光伏光热冷却方式严格来说是自然循环冷却和强制循环冷却的结合延伸。
为了提高太阳能的利用效率，将太阳能电池组件与太阳能集热器结合起来制成集太阳能电池与太阳能集热器功能为一体的光伏/光热集热器(photovoltaic-0082 2011, 39 [1] thermal collector，简写为PV/T集热器)，在正常光照条件和环境温度下，以水为工质的平板式PV/T系统电池板可有效降低太阳能电池的温度，提高太阳能电池的光电转换效率，从而获得较高的输出功率。
同时，由于工质的热容量较大，可以使电池板温度分布均匀且变化相对缓慢，减少热应力对太阳能电池组件造成的伤害。
相比于传统型式的PV/T系统，以水为工质的平板式PV/T系统中，电池板与工质间温差较小，在平板温较低的情况下，有利于光伏电池具有较高的光电转化效率的同时，使工质获得较高出口温度，提升系统热效率。
以水为工质的面板式PV/T系统在光照充足但气温较低的地区使用具有一定的热效率。
如果能对工质循环加热，可以使其温度有明显的上升，可作为生活用热水的预热。
常泽辉等搭建了一种将铜管加装于太阳能电池背面的管板式PV/T系统。
实验发现，在相同的太阳辐照度和环境温度条件下，装有铜管换热器的单块太阳电池的输出功率比普通单块太阳电池实际输出功率提高近17% [7]。
