![光伏组件运行温度与转换效率及传热系数的关系](https://www.candela.cn/wp-content/themes/vitality/themer/assets/images/lazy.png)
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光伏组件的传热模型
光伏组件吸收太阳辐射,一部分通过光电转换输出功率进行发电,另一方面光电转换过程中由于自身电阻的消耗所产生的焦耳热量,以及无法通过光电转换而存在组件内部的辐射转化为热量,使得组件的工作温度升高。组件正面、背面与所处的周围环境一般是大气,组件和大气由于温差不同,自然会引起热量的传递,最终达到平衡。
组件向大气传递的热量高低使用传热系数U表示,是一个物理量,U的单位是W/(m2*K,此处K可以用℃代替),即1平方米面积上,与环境交换热量后,温差1度(K,℃)时所传递的热量(单位:W)。
传热系数U与组件的安装方式、周围的环境特性、风速等相关,U越大,表示传热速度越快,对于光伏组件而言,散热越好,温度越低。
式1是参考了PVsyst传热模型使用的公式,若在两侧分别乘以组件面积S,则可得(2)。
左侧代表每平方米的入射光强度(W/m2)乘以组件面积,如1000W/m2的入射光照射在2382*1134尺寸的组件上,正面所接收的入射光功率为2701.2W,吸收系数(默认是90%,10%反射回大气)。
那么实际组件吸收的为2431.07W。用于光电转换输出的功率为2431.07W*组件效率,例如24%,那么组件输出功率为583.45W。剩余的变为热量即1847.62W。对于公式右侧,如果U系数为29,那么可得到组件与周围环境的温差δT=23.58(℃)
不同转换效率组件的理论温度
假设A组件功率600W,尺寸2382*1134mm,另一款B组件尺寸相同,功率630W。入射光强1000W/m2时,可按上述逻辑推算出B产品较A产品的理论运行温度低了0.35℃。即B产品同尺寸高效率,由于光电转换效率高,产生的热量减少。
同理,若B产品同尺寸下的组件效率不断提升,其运行的温度也会降低更多,例如功率提升60W,那么理论运行温度则下降0.69℃。如下图所示。
由于组件是负的功率温度系数,温度越高,发电损失越高。在相同的功率温度系数下,B产品的温升发电损失率较A产品会更小。
按此逻辑也可以推算出,矩形片尺寸组件与210方片组件的温差,例如前者功率640W,210大组件功率700W,后者组件理论运行温度会升高0.37℃。
基于实测数据优化传热系数
对于具备实证测试条件的单位或第三方机构,将不同的组件安装在户外,通过监测风速、环境温度、倾斜面辐照强度等,依据U=UC+UV*V及结合式1,可拟合出UC及UV值。也可以将风速按平均处理,得到新的UC值,此时UV=0,用于PV模拟仿真。
不同的组件,若温差不同,可以根据实际监测值进行优化,例如通过监测组件背面电池片处的温度,B组件较A组件低1℃左右,如果A组件UC值为29,那么B组件UC值可使用30。如下图所示。
过去我们在模拟仿真时,一般习惯使用软件推荐的默认值(UC=29)模拟。如果基于实测数据优化传热系数,从而可对产品的温差进行精确量化,利于产品有更好的模拟表现。
上述基于传热学中的传热原理及PVsyst相关公式,简述了组件温度差异相关的理论,以及探讨结合实际户外测试,灵活运用公式以量化传热系数,用于后续的发电仿真,从而较准确地评估不同光伏产品的温度差异,相关推演和数据供同仁参考。
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