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斯坦福大学开发太阳能电池散热技术

来源:【TRD拓尔德】 发布日期:2021-10-11 分享 加入收藏 关注:66

美国斯坦福大学的研究人员于当地时间公布文章称,开发出了用于太阳能电池的散热技术。只需将新开发的薄膜贴到现有晶体硅太阳能电池的表面,便可将日照导致的温度上升幅度控制在约18K。这样便可抑制晶体硅类太阳能电池在夏季发电性能下降问题。


此次开发的技术是在太阳能电池表面粘贴约100μm厚、表面形成有棱锥体图案的石英(SiO2)薄膜。棱锥体的高度为20μm,以4μm的间距紧密排列。不采取对策时夏季的转换效率比额定值低4个百分点


据先容,假如在气温为300K(约27℃)的条件下受到能量密度为800W/m2的日照,未采取措施的太阳能电池的表面温度就会上升至342.3K(约69℃)。而室外型太阳能电池发电性能的额定值大部分都是在25℃的温度下测定的。而且,晶体硅类太阳能电池对温度上升的耐受性较差,温度每上升约1K,输出功率就会下降0.45%。表面温度达到69℃时,温度较额定值的条件上升了约42K,会导致输出功率下降约19%。假如是转换效率额定值为20%的太阳能电池,在这一条件下实际能发挥出的转换效率仅为16%左右。


另外,将此次开发的薄膜贴到太阳能电池表面后,与不贴薄膜的状态相比,可将800W/m二日照下的温度上升幅度控制在17.6K。这时,太阳能电池的表面温度只有约52℃,输出功率仅下降约11%。上述转换效率为20%的太阳能电池实际以约18%的转换效率工作。


该薄膜可抑制温度上升的原因大致有3点:(1)材料采用石英;(2)实行了棱锥状表面加工;(3)厚度减薄,只有100μm。这样一来,薄膜吸取的红外线的热量以及太阳能电池传递出的热量以波长4μm以上的红外线辐射的形式向外散发的效果会更强。


(1)采用石英是因为石英对可视光的透射率高,而对波长在4μm以上的红外线的透射率低。(2)的表面形状有关波长4μm以上的红外线也具有可提高其与空气的阻抗匹配的用途。这样,从棱锥体的顶端到底部,实际折射率会慢慢发生变化,有助于降低反射,提高辐射性能。另外,(3)厚度薄则有助于确保太阳能电池的热量容易向薄膜表面传递,还可确保可视光的透射率。


上述三种技术已分别被已有技术单独使用。比如,普通玻璃中7~8成材料为石英,因此,现有太阳能电池也有望实现有关波长4μm以上的红外线的吸取效果。不过,除此之外还同时采取另两项技术的例子却很少。假如表面形状平坦且玻璃较厚,就会不断吸取红外线而很少辐射,并容易阻碍太阳能电池向外部传到热量。


另外,棱锥状表面加工在有些普通防反射膜上也被采用。不过,材料采用石英的情况很少。此次斯坦福大学通过同时采取这三项措施,实现了高散热性能。不过,上述结果均是通过模拟获得的。斯坦福大学表示,今后还将实际制作薄膜,在实际环境下进行性能评估。


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