冷却水流量变化对板管式光伏光热系统的性能影响探析

张适阔

(江西现代职业技术学院，江西 南昌 330000)

0 引言

板管式光伏光热系统是利用太阳能进行能源转化的系统，其中的核心便是光伏电池，为了提高光伏电池的电压和电流，通常情况下就会将光伏电池进行串联或并联，以此来实现电压和电流很小的光伏电池的电压提升，从而构成了光伏组件，来促进光伏电池的有效使用。现阶段广泛应用的光伏组件是晶硅组件，相比于其他的组件晶硅组件价格更加低廉，并且在长时间的研究与发展中，技术也更加成熟，发电过程也更加稳定，并且原料丰富制备工艺也已经十分成熟。虽然晶硅组件有着诸多的优势，但是其缺点也十分明显，那就是晶硅组件很容易受到温度影响，在温度升高的过程中，晶硅组件的发电效率会明显地降低，由于晶硅组件的温度系数较大，所以应当采用冷却措施来保证晶硅组件的温度，以此来确保晶硅组件的输出功率稳定，提升单位面积晶硅组件的发电量[1]。

1 冷却类型

1978年，国外科学家率先提出了光伏光热系统，即PV/T系统，在现阶段的研究之中，根据冷却系统的工质不同，可以将冷却类型分为空气型和水冷型，这两种类型是目前常用的两种类型，各有利弊。平板式水冷型，这一类型的优点是能够直接使用，并且不需要进行二次换热，不仅如此，在光学特性以及热容量方面都有着很明显的优势，很多学者都选择这一类型进行深入研究，希望让这一类型的优势进一步扩大，更好地推动其全面应用。有关专家会利用模型进行研究，结果发现，在保证热传导、热对流以及热辐射等条件稳定的情况下，光伏光热系统的总效率能够达到60%～80%，随后根据理论分析和实验探究，在对9种结构不相同的水冷型光伏光热系统进行测试之后发现，在光伏光热系统热效率与电效率的相互作用之下，只有板管式光伏光热系统的热效率是最高的，其主要的冷却方法是将冷却工质顺着光伏板下方的流道进行流动，以此来实现对光伏光热系统的冷却，在后续的研究中发现，工质温度较高是引起电能损失的主要原因，而热能损失的主要原因则是热对流和吸热板的高发射率，除此之外，还发现要想实现对光伏光热系统电性能与热性能的改善，就需要充分改善集热器结构和冷却工质的流量，并对太阳辐射的吸收量进行控制[2]。在通过大量的实际测试发现，板管式光伏光热系统的热性能与电性能很大程度上受到冷却水流量的影响，因此为了实现更好的发电效率，还需要对冷却水的流量进行研究，探寻出最佳的流量范围。

2 光伏光热系统模型

在光伏光热系统正常工作的条件之下，热能传递主要过程如下，首先太阳将热量辐射传送到光伏光热系统的表面，随后由表面的组件接收热量，随后由接触面传递到非接触面，再由非接触面传递到冷却水，实现了热量传递，在这一过程之中会通过热对流实现热量的散失，除此之外，还有热量传递过程中的热量散失，根据这些热量传递与散失的过程可以实现对光伏光热系统热效率的计算。

3 光伏光热系统的原理

整个光伏光热系统的构成有光伏光热组件、储热水箱、水管水泵、变频器和数据采集系统几个部分，其主要的原理是利用水管和水泵将储热水箱中的水进行泵出，随后将水输送到光伏发热组件最下部的铜管中，利用铜铝集热器将热量进行吸收随后传递到冷却水中，在冷却水吸收了光伏光热组件中的热量之后，通过水泵的作用流回储热水箱中去，如此往复，实现对光伏光热系统的持续散热。为了实现资源的有效利用，被加热多次后的冷却水可以输送到住户中，作为生活用水使用，不仅能够保证冷却效果的良好，还能够为住户提供生活热水，可谓谁一举多得，其中水泵是由调节变频器来控制的，通过变频器频率变化来控制水量变化，实现对温度的最佳控制[3]。

4 实验环境控制

在进行光伏光热系统的测试时，要充分模拟外部环境，实现真实的环境模拟，要将温度进行细微的控制，保证温度的变化范围不超过0.5 ℃，保证实验室全部封闭平均温度恒定在26 ℃，为了模拟太阳光，要采用功率很大的卤钨灯来进行照射实验，为了更加全面的模拟太阳照射，要安装多台卤钨灯并且还要进行分散的照射，试验时要将光伏光热组件进行区域的划分，从而实现对于组件各个位置太阳光辐射强度的有效检测，除此之外，还要保证所有的组件都是能够正常使用，使实验过程中各个部分的参数能够取标准值，便于对实验结果的测算，只有严格控制好实验环境，才能够保证实验结果的准确。

5 实验结果的分析

在外界的温度环境不变的情况下，冷却水的流量、光伏光热组件的温度以及光伏光热系统的发电功率会有不同的变化，一般情况下，随着冷却水流量的逐步增加，光伏光热组件的温度在不断地下降，同时光伏光热组件的发电功率衰减百分数，呈现出了先增加后减小的趋势，由此可以看出，冷却水流量与光伏光热组件的温度，以及光伏光热组件的发电功率衰减百分比并没有显现出线性关系，主要原因是光伏光热组件温度在冷却水的作用下降低之后，发电功率得到了一定程度的提升。可是随着冷却水的不断循环，冷却水流回集热水箱后，温度并没有得到有效降低，便再次进入了冷却循环，这就导致集热水箱之中的冷却水温度逐渐上升，冷却水与光伏光热组件之间的热交换效率下降，导致整体的冷却效果下降，光伏光热组件的温度不能够及时，降低，致使光伏光热组件的温度上升，电功率也就因此有了一定程度的下降。在进行实际的试验时发现，光伏光热组件在冷却水的作用下温度明显降低，同时光伏光热组件的电功率衰减百分数，也随着冷却水流量的增加逐渐上升，在对实验结果的分析发现，冷却水流量控制在0.15 kg/s 时，能够实现最低的平均温度以及最低的输出功率衰减百分数，由此可以得出，冷却水流量在0.15 kg/s 时，对于光伏光热组件的冷却效果最好，并且对于光伏光热组件的运用效率也最高[4]。

6 结语

本文主要对板管式光伏光热系统，在热性能和电性能方面进行了探究，并根据实际的实验对冷却水流量进行了分析，得出了在整个系统发电效率最高，同时冷却效果最好的冷却水流量值。其主要表现在冷却水流量的增加光伏光热组件的温度变化、发电功率的变化、光伏光热系统的热效率变化，以及PV/T组件相对于PV组件的优越性。