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太阳能光伏发电系统中,太阳电池组件工作温度升高是导致太阳电池光电转换效率降低、系统输出功率减小的重要因素之一。因此,控制太阳电池工作温度,已经成为太阳能光伏发电过程中,提高光伏发电输出功率的关键技术之一。本文根据光伏/相变材料(Photovoltaic/Phase change material,PV/PCM)太阳电池热控系统的基本结构,通过内部热转换、传输、存储特性分析,研究了PV/PCM热控系统外部、内部热控机理,并利用COMSOL软件建立了PV/PCM系统的热控模型,开展了相变材料热物特性对PV/PCM热控性能的影响分析研究。此外,设计PV/PCM太阳电池热控系统实验样机,开展了PCM厚度(质量)、相变熔点温度、热导率等对太阳电池热控特性影响的实验研究。具体结果如下:(1)根据PV/PCM太阳电池热控系统的结构,通过分析系统内部光热转换、传输及存储控制特性,建立了外部、内部热控模型。利用COMSOL软件,设计了PV/PCM热控模型结构,并开展了PCM厚度(质量)、熔点温度、热导率、潜热值等对系统内部温度分布的影响研究,结果表明,相同工作时间内,在PV/PCM模型中靠近太阳电池背板及侧面温度较高,且由外到内温度逐渐减小,PCM单元内部等温面呈梯度分布,PCM单元靠近太阳电池面及侧面温度差变化较大,由外向内(背面)温度差逐渐变小。(2)利用设计的PV/PCM热控模型和COMSOL软件,开展了相变材料热物特性(热导率、潜热值、相变温度)及PCM厚度(质量)、环境气象条件等对太阳电池热控特性的影响研究。结果表明,相变材料的热物特性,直接影响PV/PCM中太阳电池的热控特性,在一定条件下,相变材料熔点越低、热导率在1.1-1.3 W/(m·K)范围内,PV/PCM的热控特性较好。而且,设计参数对PV/PCM热控特性的影响之间又具有明显关联性。因此,PV/PCM热控系统的优化涉及到系统各参数之间的协同设计问题。(3)设计了PV/PCM热控实验样机,并利用月桂酸-硬脂酸-石墨(Lauric acid-Stearic acid-Expansible graphite,LA-SA-EG)三元复合相变材料,开展了相变材料熔点温度、热导率、PCM厚度(质量)不同对太阳电池热控特性影响的实验研究。结果表明,相同条件下,在PCM厚度为5 cm、4 cm、3 cm的PV/PCM热控系统样机,在室内模拟光源下,太阳电池与无相变材料的太阳电池相比,平均输出功率提高了11.1%、9.3%和6.3%;在PCM峰值熔点温度分别为45.27℃、47.38℃、63.79℃的PV/PCM热控系统样机中,在室内模拟光源下,太阳电池与无相变材料的太阳电池相比,平均输出功率提高了8.76%、6.95%和3.9%;在PCM热导率分别为1.1 W/(m·K)、0.8 W/(m·K)和0.4 W/(m·K)的PV/PCM热控系统样机中,在室内模拟光源下,太阳电池与无相变材料的太阳电池相比,平均输出功率提高了9.2%、6.5%和4.1%。