【摘要】 在这项工作中，使用有限元软件开发了一个三维模型，以获得光伏组件的热特性并优化其性能。

光伏技术将太阳能直接转化为电能。研究了影响硅太阳能电池电子性能和热性能的各种因素。工作温度对光伏组件的电气效率有显著影响，工作温度的降低会导致组件效率的提高。然而，既没有被覆盖在模块上的顶部玻璃反射也没有转换成电的太阳辐照度被转换成热并增加模块温度。为了降低光伏组件的温度并同时利用热能，设计了使用空气或水作为热载体的各种光伏/热（PV/T）收集器。Chou等人[1]通过CFD模拟获得了高浓度柔性薄膜光伏组件的热优化方法。Usama Siddiqui等人[2]使用数值模型研究了太阳辐照度和环境温度对光伏组件性能的影响。在这项工作中，使用有限元软件开发了一个三维模型，以获得光伏组件的热特性并优化其性能。与将所有吸收的能量集中在太阳能电池上或忽略能量吸收的模拟模型不同对于某些材料，该模型考虑了所有材料对太阳能的吸收，以接近实际情况。由于太阳能电池电效率的温度依赖性，在最初假设太阳能电池的电效率后，使用迭代来获得精确的电池温度。将本工作中获得的模拟结果与实验数据、制造商提供的标称工作电池温度（NOCT）和其他模拟结果进行比较时，显示出良好的准确性。通过有限元模拟研究了太阳辐照度、环境温度、风速，特别是相邻太阳能电池的间距对光伏组件温度分布的影响。Zhou等人[3]在有限元软件中建立了典型多晶光伏组件的三维热模型。基于该模型，对电池层的温度分布和模块的厚度方向进行了分析和模拟。研究了太阳辐照度、风速、环境温度和相邻电池间隔等环境条件对光伏组件温度分布的影响。温度分布曲线表明，太阳能电池层在太阳能电池中心附近的最高温度为331.76K。相邻太阳能电池间隔的增加降低了光伏组件的温度。考虑到光伏组件的电力输出，建议采用更宽的相邻电池间隔。结果还表明，较高的太阳辐照度有助于光伏组件的散热，但会导致较高的温度。

[1] Chou T L, Shih Z H, Hong H F, et al. Thermal performance assessment and validation of high-concentration photovoltaic solar cell module[J]. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 2012, 2(4): 578-586.

[2] Siddiqui M U, Arif A F M, Kelley L, et al. Three-dimensional thermal modeling of a photovoltaic module under varying conditions[J]. Solar energy, 2012, 86(9): 2620-2631.

[3] Zhou J, Yi Q, Wang Y, et al. Temperature distribution of photovoltaic module based on finite element simulation[J]. Solar Energy, 2015, 111: 97-103.

 

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