相变控温式光伏板的数值模拟研究

王云浩

摘 要：本文应用CFD软件进行数值模拟研究，分析了PCM应用PV板的控温效果、不同热导率的PCM对PV板的控温效果、PCM/PV系统在0°～90°倾角下的控温效果。结果表明，应用PCM对PV板进行持续控温是可行的，可以使PV板保持较低的运行温度;PV/PCM系统使用的PCM热导率越大，PV板的温度越低;随着PV/PCM系统倾角的增大，PV板的温度逐渐降低。

关键词：光伏板;相变材料;数值模拟

中图分类号：TK512 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）06-0123-03

Research on Numerical Simulation of Phase Change

Temperature Controlled Photovoltaic Panel

WANG Yunhao

（Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222）

Abstract： This paper used CFD software to carry out numerical simulation research， analyzed the temperature control effect of PCM when using PV panels， the temperature control effect of PCM with different thermal conductivity on PV panels， and the temperature control effect of PCM/PV system at an inclination angle of 0° to 90°. The results show that it is feasible to apply PCM to continuous temperature control of PV panels， which can keep PV panels at a lower operating temperature; the greater the thermal conductivity of the PCM used by the PV/PCM system， the lower the temperature of the PV panel; as the inclination angle of the PV/PCM system increases， the temperature of the PV panel gradually decreases.

Keywords： photovoltaic panels;phase change materials;numerical simulation

PCM冷却PV板工艺是一种新兴技术，该技术利用PCM发生相变时潜热的变化吸收或释放热量来对PV板进行控温[1]。近年来，国内外许多学者对此进行了较为深入的研究。EMAM[2]等结合相变倾斜聚光光伏（CPV/PCM）系统，分析了倾角对PV板的电、热效率的影响，在倾角为45°～90°时，通过建立CPV/PCM系统模型进行数值模拟。结果表明，CPV/PCM系统倾角对达到完全熔化状态所需的时间、平均电池温度的瞬态变化和PV局部温度均匀性有显著影响。STROPNIK[3]等采用试验和数值模拟，比较了使用PCM和未使用PCM的情况下PV板的电效率和功率输出。试验结果表明，没有PCM的PV板表面的最大温度比使用PCM冷却控温的PV板高35.6 ℃。与传统的PV电池板相比，PV/PCM系统产生的电能输出增加了4.3%～8.7%，发电效率提高了0.5%～1.0%，电能生产的年增长率为7.3%，能源发电效率为0.8%。

1 数值模型的建立

1.1 物理模型

本文中，物理模型采用市面上较为常见的多晶硅光伏板，除去外侧铝框后的尺寸为160 mm×160 mm×9.4 mm。PV/PCM系统的基本结构示意图如图1所示，由光照面至背阴面依次为玻璃保护层、胶质密封材料EVA、晶体硅、胶质密封材料EVA、聚合物层Tedlar和铝板保护层。……