Тепловой режим модулей солнечных батарей

Рабочая температура фотопреобразователей Т в условиях эксплуатации модуля устанавливается посредством теплообмена модуля солнечных батарей с окружающей средой с температурой Т . В обычных плоских модулях теплообмен осуществляется как через освещаемую поверхность, так и через тыльную поверхность, для чего производится нанесение на них специальных терморегулирующих оптических покрытий и красок. В модулях с концентраторами, помимо этого, используются специальные охладители-радиаторы с разветвленной поверхностью и «тепловые трубы» для естественного отвода тепла от фотопреобразователей к радиаторам. Или устройства принудительного отвода тепла посредством циркуляции теплоносителя.

В общем случае, тепловой режим определяется уравнением энергетического баланса фотопреобразователей, которое в линейном приближении по Т получается в виде

(6.9)

где -- интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения фотопреобразователями; I и Р, соответственно, -- интенсивность излучения на фотопреобразователи и снимаемая мощность, отнесенные к единице поверхности обычного модуля или входного окна в модулях с концентраторами; , Вт/(м ), -- коэффициент теплоотдачи с поверхности радиатора; F—отношение площади радиатора к площади освещаемой поверхности плоского модуля или окна концентратора (для плоского модуля, охлаждаемого с двух сторон, F=2 ).

Теплоотдача с поверхности радиатора осуществляется как конвекцией с коэффициентом _к, так и излучением, определяемым средним интегральным коэффициентам излучения радиатора , так что суммарный коэффициент теплоотдачи линейной по Т приближении, равен:

Т₀³, (6.10)

где -- постоянная Стефана—Больцмана. Для обычного плоского модуля, излучающего тепло с двух сторон с коэффициентами излучения ₁ и ₂ соответственно, среднее значение равно

Получаемое значение рабочей температуры равно:

(6.11)

Условие работоспособности модуля (P>0) определяет необходимое соотношение между характеристиками отвода тепла и интенсивностью падающего излучения:

(6.12)

(6.13)

При =1, =20 Вт/(м² К), Т₁=Т_0, для солнечного излучения (I=1000Вт/м²) это условие записывается как ограничение на площадь радиатора: F>0.25, что с избытком выполняется для обычного плоского модуля. Поскольку при увеличении концентрации излучения температурный градиент мощности падает, а площадь радиатора будет уменьшаться до своего минимального значения Т_м при =0:

(6.14)

что при приведенных выше значениях параметров, а также для плоского модуля (F=2) дает: T_M=T₀+22.5 K.

Из приведенных оценок следует также, что использование концентраторов позволяет снизить рабочую температуру фотопреобразователей, если площадь радиатора сравнима с площадью окна концентратора (F~1).

Дальнейшим развитием этого перспективного направления одновременного повышения эффективности фотопреобразования и снижения рабочей температуры является применение селективных концентраторов или люминесцентных концентраторов, однако в настоящее время на практике они мало используются.