Système de gestion thermique des cellules solaires

Le développement et l'utilisation de nouvelles technologies ont accéléré le processus d'exploitation excessive des ressources naturelles. L'utilisation excessive des ressources naturelles a aggravé les problèmes environnementaux tels que l'effet de serre et l'appauvrissement de la couche d'ozone, affectant non seulement le cadre de vie des générations futures, mais provoquant également une forte diminution des ressources disponibles, entravant sérieusement l'innovation et le développement de la technologie industrielle. Ces dernières années, les cellules solaires évoluent rapidement vers une densité de flux thermique élevée et des performances élevées. L'augmentation de la température des cellules solaires sous une intensité lumineuse élevée et un courant élevé entraîne une diminution de leurs performances photoélectriques et une durée de vie raccourcie. Un système de gestion thermique efficace est nécessaire pour garantir la sécurité et la stabilité de la batterie.

À l'heure actuelle, le rendement de conversion en laboratoire des cellules solaires à concentration a atteint 47,1 %, tandis que les cellules en silicium monocristallin les plus populaires sur le marché ont un rendement de conversion de seulement 26,7 %. Des facteurs tels que le type de module, les pertes électriques et l’environnement de travail ont toujours limité l’amélioration de l’efficacité du système de production d’énergie photovoltaïque. Parmi eux, l’effet de la température est le facteur clé affectant les performances des cellules photovoltaïques. La puissance de sortie et l’efficacité de conversion d’énergie du système diminuent considérablement avec l’augmentation de la température de fonctionnement des cellules photovoltaïques. Les statistiques de recherche montrent que pour chaque augmentation d'un degré de la température de fonctionnement des cellules solaires, l'efficacité de conversion diminue de 0,4 % ~ 0,5 %. Bien que l'effet de la température des différents types de cellules solaires varie, il peut encore entraver le développement de la technologie et des matériaux des cellules solaires pour améliorer l'efficacité.

La recherche sur le refroidissement des cellules solaires est une série de solutions développées par des chercheurs pour remédier à l'intensité lumineuse inégale et à la densité de flux thermique élevée qui conduisent à une température inégale de la batterie, à une surchauffe locale et à une augmentation de la température moyenne à mesure que le rapport de concentration augmente. Avec l'amélioration de la technologie de dissipation thermique et de la demande, la technologie de gestion thermique des cellules solaires est divisée en refroidissement traditionnel (refroidissement par air, refroidissement liquide) et nouvelles technologies de refroidissement telles que le refroidissement par microcanaux, le refroidissement par impact de jet et le refroidissement des matériaux à changement de phase.

La technologie de refroidissement par air réduit la température de fonctionnement des cellules solaires en permettant à l'air de circuler à travers le module de refroidissement par convection naturelle ou forcée. Cuce et coll. installez des dissipateurs thermiques à ailettes en aluminium à l'arrière des cellules solaires, ce qui peut augmenter la puissance de sortie des cellules de 13 %. La température des cellules solaires est réduite de 5,4 % et 11 % respectivement dans des conditions de convection auto-chauffante et de convection forcée, et la puissance de sortie est augmentée de 8 % et 16 % respectivement, Bayrak et al. Grâce à des mesures extérieures, le refroidissement par ailettes peut contrôler la batterie dans la plage de température autorisée.

Le refroidissement liquide fait référence au transfert rapide de la chaleur générée par les cellules solaires vers le monde extérieur via des fluides de travail liquides. Zilli et coll. utilisé des systèmes de buses refroidies à l'eau à des niveaux d'irradiation élevés, ce qui a entraîné une augmentation relative de la puissance et de l'efficacité des cellules en silicium polycristallin de 12,26 % et 12,17 %. La méthode de refroidissement optimale consiste à refroidir simultanément les surfaces avant et arrière des cellules, et l'efficacité de conversion et la puissance de sortie des cellules solaires peuvent être améliorées à 40,572 % et 20,083 W, respectivement. Comparé au refroidissement par air, le refroidissement liquide a une forte capacité de transfert de chaleur. Il a un effet significatif sur l'amélioration des performances des cellules solaires.

À l'heure actuelle, la technologie des caloducs est impliquée dans les systèmes de refroidissement du contrôle thermique de l'aérospatiale, des puces d'ordinateurs et de serveurs et des appareils électroniques de haute puissance. En tant que nouveau type de méthode de refroidissement, la technologie des caloducs suscite progressivement une attention particulière dans le domaine des applications de refroidissement des cellules solaires. Selon différents principes de fonctionnement, les caloducs peuvent être divisés en trois types : les caloducs gravitaires, les caloducs en boucle et les caloducs pulsés. Les applications de refroidissement sont complexes et diverses, et la structure des caloducs n'est pas non plus cohérente, présente les caractéristiques de capacité de transfert de chaleur et de forte uniformité de température.

Les cellules solaires évoluent rapidement vers une densité et des performances de flux thermique élevées, ce qui pose de grands défis à leurs systèmes de gestion thermique. En comparant et en analysant les technologies de refroidissement traditionnelles (refroidissement par air, refroidissement liquide) et les nouvelles technologies de refroidissement (refroidissement par microcanaux, refroidissement par impact de jet, etc.), il peut être constaté que les nouvelles technologies de refroidissement peuvent améliorer efficacement l'efficacité thermoélectrique des batteries en améliorant le transfert de chaleur. , augmentant la zone de dissipation thermique et augmentant le débit du fluide de travail. Cependant, l'équipement est complexe et le coût est plus élevé que les technologies de refroidissement traditionnelles.
Le couplage mutuel entre les technologies de refroidissement telles que le refroidissement par air, le refroidissement liquide, les microcanaux et les caloducs peut encore améliorer l'efficacité de dissipation thermique des cellules solaires et constitue également l'orientation du développement de systèmes de gestion thermique avancés.