南非斯泰倫博斯大學(xué)的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，研究固定傾斜(FT)和單軸跟蹤(SAT)光伏組件中的散熱因素。
“我們研究的創(chuàng)新之處在于開(kāi)發(fā)了 SAT 開(kāi)放式機(jī)架光伏系統(tǒng)的散熱系數(shù)，”通訊作者 Hannes Pretorius 博士告訴 《光伏》雜志。“雖然之前的研究已經(jīng)量化了 FT 的散熱系數(shù)，但據(jù)我們所知，這是第一項(xiàng)專門(mén)為 SAT 系統(tǒng)提供散熱值的研究。”
研究人員重點(diǎn)研究了恒定散熱系數(shù) (U0) 和風(fēng)相關(guān)散熱系數(shù) (U1)，流行的 Faiman 模型使用該系數(shù)來(lái)計(jì)算模塊溫度。U0 和 U1 取決于陣列平面 (POA) 輻照度、風(fēng)速和模型方向等因素。
“Faiman 模型已被廣泛用作模塊溫度計(jì)算的基礎(chǔ)。例如，商業(yè)軟件 PVSyst 就使用了該模型。用戶需要根據(jù)模塊配置輸入特定的散熱系數(shù)，然后軟件根據(jù)該位置的年度氣象數(shù)據(jù)計(jì)算年度功率輸出，”該組織指出。“還值得注意的是，PVsyst 對(duì)任何開(kāi)放式機(jī)架安裝都采用默認(rèn)(未加重)散熱系數(shù) U0= 29 W/m2K 和 U1= 0 Ws/m3K。由于特定地點(diǎn)的風(fēng)力數(shù)據(jù)可能不可靠，因此該系數(shù)實(shí)際上被夸大了，以考慮風(fēng)力的影響。”
研究人員根據(jù)對(duì)南非斯泰倫博斯郊外四塊太陽(yáng)能電池板的測(cè)量結(jié)果，分析了實(shí)際的 U0 和 U1 因素。它們都是 420 W 多晶硅模塊，其中兩個(gè)是 FT，兩個(gè)是 SAT。SAT 模塊為橫向，東西向，而 FT 具有固定的 31 度傾斜角和縱向。
測(cè)量是在 2023 年的四個(gè)月內(nèi)進(jìn)行的，但只有 44 天符合晴空標(biāo)準(zhǔn)，因此被使用。熱電偶用于測(cè)量模塊和環(huán)境溫度，日射強(qiáng)度計(jì)跟蹤 POA，而其他傳感器則記錄風(fēng)速和風(fēng)向以及 SAT 的傾斜角度。所有數(shù)據(jù)都過(guò)濾到 10:00 到 14:00 之間的時(shí)間范圍以降低噪音。
“FT 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果相比更為有利，通過(guò)對(duì)散熱系數(shù)的線性數(shù)據(jù)回歸分析得出 U0 = 25.7 W/m2K 和 U1 = 9.8 Ws/m3K，”科學(xué)家表示。“SAT 模塊實(shí)驗(yàn)得出的散熱系數(shù)為 U 0 = 29.9 W/m2K 和 U 1 = 9.7 Ws/m3K，這代表了該領(lǐng)域的一項(xiàng)新貢獻(xiàn)。這些值表明，與 FT 模塊相比，SAT 模塊在無(wú)風(fēng)或低風(fēng)條件下的散熱效果更好。”
當(dāng)使用特定場(chǎng)地的 U0 和 U1 測(cè)量值來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)年發(fā)電量時(shí)，結(jié)果顯示，與 PVsyst 默認(rèn)熱耗散因子 U0= 29 W/m2K 和 U1= 0 Ws/m3K 相比，F(xiàn)T 和 SAT 配置分別提高了 2.9% 和 3.3%。
“這些發(fā)現(xiàn)意義重大，特別是在當(dāng)代光伏電站建設(shè)招標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈、精確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算日益重要的背景下，”該團(tuán)隊(duì)表示。“對(duì)測(cè)試期間選定日期和平均數(shù)據(jù)的探索揭示了模塊溫度、POA 輻照度和風(fēng)速之間的明確關(guān)系。評(píng)估清楚地證實(shí)了由于 SAT 模塊相對(duì)于 FT 模塊的散熱增強(qiáng)，模塊溫度較低……有趣的是，風(fēng)向在 FT 模塊的散熱中起著次要但并非無(wú)關(guān)緊要的作用，而 SAT 模塊的散熱似乎對(duì)風(fēng)向不敏感。”
Pretorius 補(bǔ)充說(shuō)，“最令人驚訝的結(jié)果”是 SAT 模塊的散熱性能明顯比 FT 模塊更穩(wěn)定。盡管 SAT 模塊全天都在改變角度，但其表面更一致的輻照度使這些系統(tǒng)對(duì)環(huán)境條件的日常波動(dòng)不那么敏感。
科學(xué)家們?cè)谧罱l(fā)表在《光伏進(jìn)展》雜志上的論文《了解固定傾斜和單軸跟蹤開(kāi)放式機(jī)架光伏模塊的散熱因素：實(shí)驗(yàn)見(jiàn)解》中展示了他們的研究成果。
