Sistem upravljanja toplotom solarnih ćelija
Razvoj i korištenje novih tehnologija ubrzali su proces prekomjerne eksploatacije prirodnih resursa. Prekomjerno korištenje prirodnih resursa pogoršalo je ekološke probleme poput efekta staklene bašte i oštećenja ozonskog omotača, ne samo što je utjecalo na životnu sredinu budućih generacija, već je uzrokovalo i nagli pad raspoloživih resursa, ozbiljno ometajući inovacije i razvoj industrijske tehnologije. Poslednjih godina, solarne ćelije se ubrzano razvijaju ka visokoj gustini toplotnog fluksa i visokim performansama. Porast temperature solarnih ćelija pod visokim intenzitetom svetlosti i velikom strujom dovodi do smanjenja njihovih fotoelektričnih performansi i skraćenog radnog veka. Potreban je efikasan sistem upravljanja toplotom kako bi se osigurala sigurnost i stabilnost baterije.
Trenutno je laboratorijska efikasnost konverzije koncentrisanih solarnih ćelija dostigla 47,1%, dok popularne monokristalne silicijumske ćelije na tržištu imaju efikasnost konverzije od samo 26,7%. Faktori kao što su tip modula, električni gubici i radno okruženje su uvek ograničavali poboljšanje efikasnosti fotonaponskog sistema za proizvodnju energije. Među njima, temperaturni efekat je ključni faktor koji utiče na performanse fotonaponskih ćelija. Izlazna snaga i efikasnost konverzije energije sistema uveliko opadaju sa povećanjem radne temperature fotonaponskih ćelija. Statistike istraživanja pokazuju da se za svaki 1 stepen povećanja radne temperature solarnih ćelija, efikasnost konverzije smanjuje za 0.4%~0.5%. Iako se temperaturni učinak različitih tipova solarnih ćelija razlikuje, on i dalje može ometati razvoj tehnologije solarnih ćelija i materijala za poboljšanje efikasnosti.
Istraživanje hlađenja solarnih ćelija je serija rješenja koja su razvili istraživači za rješavanje neujednačenog intenziteta svjetlosti i velike gustine toplotnog fluksa koji dovode do neujednačene temperature baterije, lokalnog pregrijavanja i povećane prosječne temperature kako se odnos koncentracije povećava. Sa poboljšanjem tehnologije odvođenja topline i potražnje, tehnologija upravljanja toplinom solarnih ćelija podijeljena je na tradicionalno hlađenje (zračno hlađenje, hlađenje tekućinom) i nove tehnologije hlađenja kao što su mikrokanalno hlađenje, mlazno hlađenje i hlađenje materijala s promjenom faze.
Tehnologija hlađenja zraka smanjuje radnu temperaturu solarnih ćelija dozvoljavajući zraku da struji kroz rashladni modul kroz prirodnu ili prisilnu konvekciju. Cuce et al. instalirajte hladnjake od aluminijskih rebara na stražnjoj strani solarnih ćelija, što može povećati izlaznu snagu ćelija za 13%. Temperatura solarnih ćelija je smanjena za 5,4% odnosno 11% pod uslovima samozagrijane konvekcije i prisilne konvekcije, a izlazna snaga je povećana za 8% odnosno 16%, respektivno, Bayrak et al. dobiveno vanjskim mjerenjima da hlađenje peraja može kontrolirati bateriju unutar dozvoljenog temperaturnog raspona.
Tečno hlađenje se odnosi na pravovremeni prijenos topline koju generiraju solarne ćelije u vanjski svijet kroz tečne radne fluide. Zilli et al. koristili sisteme mlaznica sa vodenim hlađenjem pri visokim nivoima zračenja, što je rezultiralo relativnim povećanjem snage i efikasnosti polikristalnih silicijumskih ćelija za 12,26% i 12,17%. Optimalna metoda hlađenja je istovremeno hlađenje prednje i stražnje površine ćelija, a efikasnost konverzije i izlazna snaga solarnih ćelija mogu se poboljšati na 40,572% odnosno 20,083W. U poređenju sa vazdušnim hlađenjem, tečno hlađenje ima jaku sposobnost prenosa toplote, ima značajan uticaj na poboljšanje performansi solarnih ćelija.
Trenutno je tehnologija toplotnih cevi uključena u šeme hlađenja vazduhoplovne termalne kontrole, kompjuterskih i serverskih čipova i elektronskih uređaja velike snage. Kao nova vrsta metode hlađenja, tehnologija toplotnih cijevi postepeno se posvećuje pažnja u području primjene hlađenja solarnih ćelija. Prema različitim principima rada, toplotne cevi se mogu podeliti u tri tipa: gravitacione toplotne cevi, petlje toplotne cevi i pulsirajuće toplotne cevi. Primene za hlađenje su složene i raznovrsne, a struktura toplotnih cevi takođe nije konzistentna, ima karakteristike prenosa toplote i jake temperaturne uniformnosti.
Solarne ćelije se brzo razvijaju ka visokoj gustini toplotnog fluksa i performansama, što predstavlja velike izazove za njihove sisteme upravljanja toplotom. Upoređivanjem i analizom tradicionalnih tehnologija hlađenja (zračno hlađenje, tekućinsko hlađenje) i novih tehnologija hlađenja (mikrokanalno hlađenje, mlazno hlađenje, itd.), može se otkriti da nove tehnologije hlađenja mogu efikasno poboljšati termoelektričnu efikasnost baterija povećanjem prijenosa topline , povećavajući površinu disipacije toplote i povećavajući brzinu protoka radnog fluida. Međutim, oprema je složena, cijena je veća od tradicionalnih tehnologija hlađenja
Međusobna sprega između tehnologija hlađenja kao što su zračno hlađenje, hlađenje tekućinom, mikrokanali i toplinske cijevi može dodatno poboljšati efikasnost odvođenja topline solarnih ćelija, a također je i pravac razvoja naprednih sistema upravljanja toplinom.
