光伏组件散热专利技术综述

何大波+吴旭东+韩玲

【摘要】 本文以光伏组件散热为研究对象，介绍了光伏组件散热技术的整体状况，分析了专利申请状况、各技术分支的专利申请，力求还原光伏组件散热技术国内外的发展现状以及寻找该领域未来发展的热点。

【关键词】 光伏 散热 专利分析

一、光伏组件散热概述

研究数据表明：电池温度每上升1℃，晶硅电池的光电转化效率就会下降约0.4%，非晶硅电池大约会下降0.1%[1]。另外，电池在达到其运行温度上限后，电池温度每上升10℃，晶硅电池的老化速率将增加一倍。因此，电池的冷却方式是电池研究和制造中非常重要的一个环节。目前，光伏电池常见的散热手段表现为自然冷却和强制冷却。自然冷却安装方便，造价低，但冷却效果有限[2]，强制流动冷却效果比自然对流好[3]。除此之外，还包括热管散热技术，液浸散热技术[4]等等。

二、光伏组件散热技术分解

首先通过浏览专利文献并参考国内外相关非专利文献，对光伏组件散热所涉及的技术分支进行分解（表1），然后采用各分支的检索策略，在CNABS中文检索数据库及DWPI检索数据库中进行检索得到本文所要研究的初步专利数据样本，最后经过人工筛选得到最终所要分析的专利数据样本。

三、光伏组件散热技术专利分析

3.1 专利申请量趋势分析

从图中可以看出，总体上，专利申请量可以分为三个阶段：2005年以前为第一阶段，每年的申请量较少，这是由于光伏发电还处于起步阶段；2005年-2010年为第二阶段，申请量出现了大幅度的增长，属于高速发展期；2010年-2015年为第三阶段，申请量的增速出现回落，但总体上的申请量还是在增长。从国内外申请量的对比来看，全球申请量的趋势基本上由国内申请所主导。特别是在第二、三阶段，由于中国的爆发式增长和增长变缓，直接导致全球申请趋势的变化。近年来光伏发电发展最快的国家正是中国。

3.2主要原创国和地区/目标国和地区申请量分析

在光伏散热技术领域，我国的申请量最大，排名前五位的还有欧洲、美国、韩国、日本，排名第六、七位的中国台湾、澳大利亚也有一定量的申请；而其他国家的申请量已经微乎其微。技术目标国和地区表征了一个国家或地区的市场在该领域的重要程度。以中国为目标国的专利申请最多，标志着中国具有很大的消费市场。前五位目标国的顺序基本没有变化，而这些国家和地区均属于重视知识产权且原创申请量大的国家。而排名前十的国家中，澳大利亚和印度的原创申请量很小，但作为目标地区的申请量却很大，这是由于这两个地区均具有丰富的太阳能资源，拥有较大体量的市场，属于企业需要重点布局的地方。加拿大与巴西也均属于这类情况。

3.3技术分支专利量分析

从图可以看出，热交换器冷却和强制对流冷却排在前两位，而这两种冷却方式均属于主动冷却，冷却效果好是主动冷却的最大特点，所以也成为了企业的重点研究对象。采用散热板技术的自然对流冷却由于其技术简单，无能源消耗，一般与其它技术一并工作，单独对其进行研究的专利申请非常少。对于分频过滤、相变材料、流道的利用，这类技术由于属于被动冷却技术，运行时不需要消耗能源，同时故障率也较低，对光伏电池的保护稳定性较高。对于热电冷却、相变储能冷却属于次新技术，具有一定量的申请；对于改进电池表面材料来进行散热属于新技术，目前申请量最少。

结论：本文介绍了光伏组件散热技术的原理及其技术分支，并对其相应的专利技术进行分析和整理，重点关注了该领域在国内外的发展趋势。分析表明目前的光伏组件散热技术已经比较成熟，特别是利用传统的散热手段，并且对太阳能的利用也尽量最大化；未来应当在散热新技术以及结合光伏发电自身特性上进行研究。

参 考 文 献

[1] SKOPLAKI E，PALYVOS J A. On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance：a review of efficiency/power correlations[J]. Solar Energy，2009，83（5）：614-624

[2]肖澤成 等. 太阳电池冷却及光伏/光热一体化技术的新进展[J]. 电力与能源，2011，32（5）：397-401

[3] 张晓霞 等. 太阳能光伏电池在聚光条件下冷却方式的研究. 沈阳建筑大学学报（自然科学版）. 2008，24（6）： 1091-1098

[4] 韩新月 等. 液浸对聚光硅太阳电池电性能的影响[J]. 太阳能学报，2013，34（5）：752-757endprint