מערכת ניהול תרמית של תאים סולאריים

הפיתוח והניצול של טכנולוגיות חדשות האיצו את תהליך הניצול המוגזם של משאבי הטבע. ניצול מופרז של משאבי טבע החמיר בעיות סביבתיות כמו אפקט החממה ודלדול שכבת האוזון, לא רק שהשפיע על סביבת החיים של הדורות הבאים, אלא גם גרם לירידה חדה במשאבים הזמינים, מה שמפריע מאוד לחדשנות ולפיתוח של טכנולוגיה תעשייתית. בשנים האחרונות, תאים סולאריים מתפתחים במהירות לקראת צפיפות שטף חום גבוהה וביצועים גבוהים, עליית הטמפרטורה של תאים סולאריים בעוצמת אור גבוהה וזרם גבוה מביאה לירידה בביצועים הפוטואלקטריים שלהם ולקיצור חיי השירות. יש צורך במערכת ניהול תרמית יעילה כדי להבטיח את הבטיחות והיציבות של הסוללה.

נכון להיום, יעילות ההמרה המעבדתית של תאים סולאריים מרוכזים הגיעה ל-47.1%, כאשר לתאי הסיליקון החד-גבישיים הפופולריים בשוק יש יעילות המרה של 26.7% בלבד. גורמים כמו סוג המודול, הפסדי חשמל וסביבת העבודה תמיד הגבילו את השיפור ביעילות מערכת ייצור החשמל הפוטו-וולטאית. ביניהם, השפעת הטמפרטורה היא הגורם המרכזי המשפיע על הביצועים של תאים פוטו-וולטאיים. יעילות הספק והמרת האנרגיה של המערכת יורדת מאוד עם עליית טמפרטורת העבודה של התאים הפוטו-וולטאיים. נתונים סטטיסטיים מחקריים מראים כי על כל עלייה של מעלה אחת בטמפרטורת העבודה של תאים סולאריים, יעילות ההמרה יורדת ב-0.4%~0.5%. למרות שהשפעת הטמפרטורה של סוגים שונים של תאים סולאריים משתנה, היא עדיין עשויה לעכב את הפיתוח של טכנולוגיית תאים סולאריים וחומרים לשיפור היעילות.

המחקר על קירור תאים סולאריים הוא סדרה של פתרונות שפותחו על ידי חוקרים כדי להתמודד עם עוצמת האור הלא אחידה וצפיפות שטף החום הגבוהה שמובילים לטמפרטורת סוללה לא אחידה, להתחממות יתר מקומית ולעלייה בטמפרטורה הממוצעת ככל שיחס הריכוז עולה. עם שיפור הטכנולוגיה והביקוש של פיזור חום, טכנולוגיית הניהול התרמי של תאים סולאריים מחולקת לקירור מסורתי (קירור אוויר, קירור נוזל) וטכנולוגיות קירור חדשות כגון קירור מיקרו-ערוצי, קירור פגיעה סילון וקירור חומרי שינוי פאזה.

טכנולוגיית קירור אוויר מפחיתה את טמפרטורת העבודה של תאים סולאריים על ידי מתן אפשרות לאוויר לזרום דרך מודול הקירור באמצעות הסעה טבעית או מאולצת. Cuce et al. התקינו בגב התאים הסולאריים גופי קירור של סנפיר אלומיניום, שיכולים להגדיל את הספק התפוקה של התאים ב-13%. טמפרטורת התאים הסולאריים מופחתת ב-5.4% ו-11% בהתאמה בתנאי הסעה מחימום עצמי והסעה מאולצת, והספק המוצא גדל ב-8% ו-16% בהתאמה, Bayrak et al. מתקבל באמצעות מדידות חיצוניות שקירור סנפיר יכול לשלוט בסוללה בטווח הטמפרטורה המותר.

קירור נוזלי מתייחס להעברה בזמן של חום שנוצר על ידי תאים סולאריים לעולם החיצון באמצעות נוזלי עבודה נוזליים. זילי וחב'. השתמשו במערכות זרבובית מקוררות מים ברמות קרינה גבוהות, מה שהביא לעלייה יחסית בהספק וביעילות של תאי סיליקון פוליבריסטליים ב-12.26% וב-12.17%. שיטת הקירור האופטימלית היא קירור בו-זמנית של המשטחים הקדמיים והאחוריים של התאים, וניתן לשפר את יעילות ההמרה והספק של תאים סולאריים ל-40.572% ו-20.083W, בהתאמה. בהשוואה לקירור אוויר, לקירור נוזלי יש יכולת העברת חום חזקה, יש לו השפעה משמעותית על שיפור הביצועים של תאים סולאריים.

נכון לעכשיו, טכנולוגיית צינור החום מעורבת בתכניות הקירור של בקרה תרמית אווירית וחלל, שבבי מחשב ושרתים ומכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה. כסוג חדש של שיטת קירור, טכנולוגיית צינור החום מקבלת תשומת לב בהדרגה בתחום יישומי קירור תאים סולאריים. על פי עקרונות פעולה שונים, ניתן לחלק את צינורות החום לשלושה סוגים: צינורות חום כבידה, צינורות חום לולאות וצינורות חום פועם. יישומי הקירור מורכבים ומגוונים, וגם מבנה צינורות החום אינו עקבי, בעל מאפיינים של יכולת העברת חום ואחידות טמפרטורה חזקה.

תאים סולאריים מתפתחים במהירות לקראת צפיפות וביצועים של שטף חום גבוהים, מה שמציב אתגרים גדולים למערכות הניהול התרמיות שלהם. על ידי השוואה וניתוח של טכנולוגיות קירור מסורתיות (קירור אוויר, קירור נוזל) וטכנולוגיות קירור חדשות (קירור מיקרו-תעלות, קירור פגיעה סילון וכו'), ניתן למצוא שטכנולוגיות קירור חדשות יכולות לשפר ביעילות את היעילות התרמו-אלקטרית של סוללות על ידי שיפור העברת החום , הגדלת אזור פיזור החום והגדלת קצב זרימת נוזל העבודה. עם זאת, הציוד מורכב, העלות גבוהה יותר מטכנולוגיות קירור מסורתיות
הצימוד ההדדי בין טכנולוגיות קירור כגון קירור אוויר, קירור נוזלים, מיקרו-תעלות וצינורות חום יכול לשפר עוד יותר את יעילות פיזור החום של תאים סולאריים, והוא גם כיוון הפיתוח של מערכות ניהול תרמיות מתקדמות.