Sustav upravljanja toplinom solarnih ćelija
Razvoj i korištenje novih tehnologija ubrzali su proces prekomjerne eksploatacije prirodnih resursa. Pretjerano iskorištavanje prirodnih resursa pogoršalo je ekološke probleme kao što su učinak staklenika i oštećenje ozonskog omotača, ne samo što utječe na životni okoliš budućih generacija, već i uzrokuje naglo smanjenje raspoloživih resursa, ozbiljno ometajući inovacije i razvoj industrijske tehnologije. Posljednjih godina solarne ćelije ubrzano se razvijaju prema visokoj gustoći toplinskog toka i visokoj učinkovitosti. Porast temperature solarnih ćelija pod visokim intenzitetom svjetlosti i visokom strujom dovodi do smanjenja njihove fotoelektrične učinkovitosti i skraćenog životnog vijeka. Potreban je učinkovit sustav upravljanja toplinom kako bi se osigurala sigurnost i stabilnost baterije.
Trenutačno je laboratorijska učinkovitost pretvorbe koncentriranih solarnih ćelija dosegla 47,1%, dok popularne monokristalne silikonske ćelije na tržištu imaju učinkovitost pretvorbe od samo 26,7%. Čimbenici poput vrste modula, električnih gubitaka i radnog okruženja uvijek su ograničavali poboljšanje učinkovitosti fotonaponskih sustava za proizvodnju električne energije. Među njima, temperaturni učinak je ključni čimbenik koji utječe na performanse fotonaponskih ćelija. Izlazna snaga i učinkovitost pretvorbe energije sustava uvelike se smanjuju s porastom radne temperature fotonaponskih ćelija. Statistika istraživanja pokazuje da za svaki 1 stupanj povećanja radne temperature solarnih ćelija, učinkovitost pretvorbe opada za 0.4%~0.5%. Iako temperaturni učinak različitih tipova solarnih ćelija varira, ipak može spriječiti razvoj tehnologije solarnih ćelija i materijala za poboljšanje učinkovitosti.
Istraživanje o hlađenju solarnih ćelija je niz rješenja koje su razvili istraživači kako bi se pozabavili neravnomjernim intenzitetom svjetlosti i velikom gustoćom toplinskog toka koji dovode do nejednake temperature baterije, lokalnog pregrijavanja i povećane prosječne temperature kako se omjer koncentracije povećava. S poboljšanjem tehnologije odvođenja topline i potražnje, tehnologija upravljanja toplinom solarnih ćelija podijeljena je na tradicionalno hlađenje (hlađenje zrakom, hlađenje tekućinom) i nove tehnologije hlađenja kao što su mikrokanalno hlađenje, hlađenje udarnim mlazom i hlađenje materijala s promjenom faze.
Tehnologija zračnog hlađenja smanjuje radnu temperaturu solarnih ćelija dopuštajući strujanje zraka kroz rashladni modul prirodnom ili prisilnom konvekcijom. Cuce i sur. instalirajte hladnjake s aluminijskim rebrima na stražnjoj strani solarnih ćelija, što može povećati izlaznu snagu ćelija za 13%. Temperatura solarnih ćelija smanjena je za 5,4% odnosno 11% u uvjetima konvekcije samozagrijavanja i prisilne konvekcije, a izlazna snaga je povećana za 8% odnosno 16%, Bayrak et al. Mjerenjima na otvorenom utvrđeno je da rebrasto hlađenje može kontrolirati bateriju unutar dopuštenog temperaturnog raspona.
Hlađenje tekućinom odnosi se na pravovremeni prijenos topline koju generiraju solarne ćelije u vanjski svijet putem tekućih radnih tekućina. Zilli i sur. korišteni su sustavi mlaznica hlađeni vodom pri visokim razinama zračenja, što je rezultiralo relativnim povećanjem snage i učinkovitosti ćelija od polikristalnog silicija za 12,26% i 12,17%. Optimalna metoda hlađenja je istovremeno hlađenje prednje i stražnje površine ćelija, a učinkovitost pretvorbe i izlazna snaga solarnih ćelija mogu se poboljšati na 40,572% odnosno 20,083W. U usporedbi sa hlađenjem zrakom, hlađenje tekućinom ima snažnu sposobnost prijenosa topline, ima značajan učinak na poboljšanje performansi solarnih ćelija.
Trenutačno je tehnologija toplinskih cijevi uključena u sheme hlađenja toplinske kontrole zrakoplova, računalnih i poslužiteljskih čipova te elektroničkih uređaja velike snage. Kao nova vrsta metode hlađenja, tehnologija toplinskih cijevi postupno se pridaje pozornosti u području primjene hlađenja solarnih ćelija. Prema različitim principima rada, toplinske cijevi se mogu podijeliti u tri vrste: gravitacijske toplinske cijevi, petljaste toplinske cijevi i pulsirajuće toplinske cijevi. Primjene za hlađenje su složene i raznolike, a struktura toplinskih cijevi također nije dosljedna, ima karakteristike sposobnosti prijenosa topline i snažnu ujednačenost temperature.
Solarne ćelije brzo se razvijaju prema visokoj gustoći toplinskog toka i performansama, postavljajući velike izazove njihovim sustavima upravljanja toplinom. Usporedbom i analizom tradicionalnih tehnologija hlađenja (hlađenje zrakom, hlađenje tekućinom) i novih tehnologija hlađenja (mikrokanalno hlađenje, hlađenje udarnim mlazom, itd.), može se otkriti da nove tehnologije hlađenja mogu učinkovito poboljšati termoelektričnu učinkovitost baterija povećanjem prijenosa topline , povećanje područja rasipanja topline i povećanje brzine protoka radne tekućine. Međutim, oprema je složena, cijena je veća od tradicionalnih tehnologija hlađenja
Međusobna sprega između tehnologija hlađenja kao što su hlađenje zrakom, hlađenje tekućinom, mikrokanali i toplinske cijevi mogu dodatno poboljšati učinkovitost rasipanja topline solarnih ćelija, a također je i smjer razvoja naprednih sustava upravljanja toplinom.
