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，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来测试，根据结果得出，自散热式光伏组件的发电性能有明显提升。

  目前，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比较高，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。

  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，并充分的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时候的温度，来提升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，来提升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。

  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，可提升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，以此来降低光伏组件的工作时候的温度，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。

  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做测量。为了最好能够降低其他因素对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。

  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。为了能够更好的保证试验数据的准确性，所有仪器设施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，具有较宽的工作时候的温度范围，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。

  3) 风速仪。平台采用Ventus 风速仪， 该设备可通过RS485 接口、模拟信号接口等方式访问并获取测量数据，且支持UMB 二进制、NMEA、Modbus-RTU 等议；该风速仪使用了4 个超声波传感器，可以对所有方向的风进行周期循环测量，风速和风向可根据超声波差分信号的传播时间进行计算获得。风速仪的具体参数如表3 所示。

  4) 逆变器。平台采用Omnik 的1k-Tl 型号逆变器，其为无变压器设计，最大效率可达97.5%，MPPT 跟踪精度可达99.9%，具有较宽的直流电压输入范围，且安装简单，易于操作。逆变器的具体参数如表4 所示。

  用2 台1 kW 的逆变器分别连接自散热式光伏组件和常规光伏组件，利用互联网连接将逆变器收集到的光伏组件的各种各样的性能参数，特别是发电功率，实时传输到服务器端，从而可对发电数据来进行进一步地处理分析。

  对同一天测得的2 种光伏组件的输出电流、输出电压、输出功率及输出电量数据来进行分析，具体如图5～图8 所示。

  由图5～图8 不难发现，自散热式光伏组件的输出电压与输出电流均略高于常规光伏组件，从而使自散热式光伏组件的输出功率和输出电量均高于常规光伏组件。从本次的试验数据分析来看，自散热式光伏组件的日输出电量比常规光伏组件的日输出电量高10.5%。

  本文在常规光伏组件的基础上，结合安装散热翅片，研制出了自散热式光伏组件。通过在相同环境条件下的试验发现，本文所研制的改进后的自散热式光伏组件与同规格的常规光伏组件相比，日输出电量有10.5% 的提升。需要说明的是，本文的试验只是针对相同环境条件下进行的光伏组件发电性能的试验，后续工作将进一步分析组件材料耐候性、风速、气温变化对自散热式光伏组件的影响，并从生产制造工艺角度进一步提升自散热式光伏组件的生产的基本工艺，以降低其生产成本。

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