Hệ thống quản lý nhiệt pin mặt trời
Sự phát triển và sử dụng công nghệ mới đã đẩy nhanh quá trình khai thác quá mức tài nguyên thiên nhiên. Việc sử dụng quá mức tài nguyên thiên nhiên đã làm trầm trọng thêm các vấn đề môi trường như hiệu ứng nhà kính và suy giảm tầng ozone, không chỉ ảnh hưởng đến môi trường sống của thế hệ tương lai mà còn gây ra sự suy giảm mạnh về nguồn tài nguyên sẵn có, cản trở nghiêm trọng việc đổi mới và phát triển công nghệ công nghiệp. Trong những năm gần đây, pin mặt trời đang phát triển nhanh chóng theo hướng mật độ dòng nhiệt cao và hiệu suất cao. Sự tăng nhiệt độ của pin mặt trời dưới cường độ ánh sáng cao và dòng điện cao dẫn đến giảm hiệu suất quang điện và tuổi thọ sử dụng bị rút ngắn. Cần có một hệ thống quản lý nhiệt hiệu quả để đảm bảo sự an toàn và ổn định của pin.
Hiện tại, hiệu suất chuyển đổi trong phòng thí nghiệm của pin mặt trời tập trung đã đạt 47,1%, trong khi pin silicon đơn tinh thể phổ biến trên thị trường có hiệu suất chuyển đổi chỉ 26,7%. Các yếu tố như loại mô-đun, tổn thất điện và môi trường làm việc luôn hạn chế việc cải thiện hiệu suất hệ thống phát điện quang điện. Trong số đó, hiệu ứng nhiệt độ là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của tế bào quang điện. Công suất đầu ra và hiệu suất chuyển đổi năng lượng của hệ thống giảm đáng kể khi nhiệt độ làm việc của tế bào quang điện tăng lên. Thống kê nghiên cứu cho thấy rằng cứ tăng nhiệt độ làm việc của pin mặt trời lên 1 độ thì hiệu suất chuyển đổi sẽ giảm 0,4%~0,5%. Mặc dù hiệu ứng nhiệt độ của các loại pin mặt trời khác nhau là khác nhau nhưng nó vẫn có thể cản trở sự phát triển của công nghệ và vật liệu pin mặt trời để nâng cao hiệu quả.
Nghiên cứu về làm mát pin mặt trời là một loạt giải pháp được các nhà nghiên cứu phát triển nhằm giải quyết cường độ ánh sáng không đồng đều và mật độ dòng nhiệt cao dẫn đến nhiệt độ pin không đồng đều, quá nhiệt cục bộ và nhiệt độ trung bình tăng khi tỷ lệ nồng độ tăng. Với sự cải tiến của công nghệ tản nhiệt và nhu cầu, công nghệ quản lý nhiệt của pin mặt trời được chia thành làm mát truyền thống (làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng) và các công nghệ làm mát mới như làm mát vi kênh, làm mát bằng phản lực và làm mát vật liệu thay đổi pha.
Công nghệ làm mát không khí làm giảm nhiệt độ làm việc của pin mặt trời bằng cách cho phép không khí đi qua mô-đun làm mát thông qua đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức. Cuce và cộng sự. lắp đặt các tản nhiệt bằng vây nhôm ở mặt sau của pin mặt trời, có thể tăng công suất đầu ra của pin lên 13%. Nhiệt độ của pin mặt trời giảm lần lượt là 5,4% và 11% trong điều kiện tự đối lưu và đối lưu cưỡng bức, đồng thời công suất đầu ra tăng lần lượt là 8% và 16%, Bayrak et al. thu được thông qua các phép đo ngoài trời cho thấy việc làm mát cánh tản nhiệt có thể kiểm soát pin trong phạm vi nhiệt độ cho phép.
Làm mát bằng chất lỏng đề cập đến việc truyền nhiệt kịp thời do pin mặt trời tạo ra ra thế giới bên ngoài thông qua chất lỏng làm việc. Zilli và cộng sự. đã sử dụng hệ thống vòi phun làm mát bằng nước ở mức chiếu xạ cao, dẫn đến công suất và hiệu suất của tế bào silicon đa tinh thể tăng tương đối lần lượt là 12,26% và 12,17%. Phương pháp làm mát tối ưu là làm mát đồng thời bề mặt trước và sau của pin, đồng thời hiệu suất chuyển đổi và công suất đầu ra của pin mặt trời có thể được cải thiện lần lượt là 40,572% và 20,083W. So với làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng có khả năng truyền nhiệt mạnh, nó có tác dụng đáng kể trong việc cải thiện hiệu suất của pin mặt trời.
Hiện nay, công nghệ ống dẫn nhiệt có liên quan đến các sơ đồ làm mát của bộ điều khiển nhiệt hàng không vũ trụ, chip máy tính và máy chủ cũng như các thiết bị điện tử công suất cao. Là một loại phương pháp làm mát mới, công nghệ ống dẫn nhiệt đang dần được chú ý trong lĩnh vực ứng dụng làm mát pin mặt trời. Theo các nguyên tắc hoạt động khác nhau, ống dẫn nhiệt có thể được chia thành ba loại: ống dẫn nhiệt trọng lực, ống dẫn nhiệt dạng vòng và ống dẫn nhiệt dạng xung. Các ứng dụng làm mát rất phức tạp và đa dạng, cấu trúc của ống dẫn nhiệt cũng không nhất quán, Có đặc điểm về khả năng truyền nhiệt và độ đồng đều nhiệt độ mạnh.
Pin mặt trời đang phát triển nhanh chóng theo hướng mật độ và hiệu suất dòng nhiệt cao, đặt ra những thách thức lớn cho hệ thống quản lý nhiệt của chúng. Bằng cách so sánh và phân tích các công nghệ làm mát truyền thống (làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng) và các công nghệ làm mát mới (làm mát bằng vi kênh, làm mát bằng phản lực, v.v.), có thể thấy rằng các công nghệ làm mát mới có thể cải thiện hiệu quả hiệu suất nhiệt điện của pin bằng cách tăng cường truyền nhiệt , tăng diện tích tản nhiệt và tăng tốc độ dòng chất lỏng làm việc. Tuy nhiên, thiết bị phức tạp, giá thành cao hơn các công nghệ làm mát truyền thống
Sự kết hợp lẫn nhau giữa các công nghệ làm mát như làm mát không khí, làm mát bằng chất lỏng, vi kênh và ống dẫn nhiệt có thể cải thiện hơn nữa hiệu quả tản nhiệt của pin mặt trời và cũng là hướng phát triển của hệ thống quản lý nhiệt tiên tiến.
