基于蒸发冷却的光伏板运行性能强化研究

作     者：严伟 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李浩然

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：光伏板冷却 吸湿性水凝胶 蒸发冷却 大气水收集 

摘      要：寻找新的可替代能源是应对日渐突出的能源、环境问题的必由之路,太阳能作为最易于获取的可再生能源成为摆脱化石能源依赖的重要保障,光伏发电是清洁能源转型过程中的重要一环。然而光伏板工作过程中的高温问题会降低其运行性能和使用寿命,现有的光伏板冷却策略大多存在冷却功率与碳排放之间的矛盾,因此,开发绿色、高效和可持续的新型光伏板冷却技术迫在眉睫。本文结合大气集水和蒸发冷却技术,制备一种具有富锂且高吸附性水凝胶（Lithium-rich and Highly Absorbent Hydrogel,LHAH）,利用无源操作的蒸发冷却策略实现光伏板散热;提出环境被动增湿法,摆脱LHAH对环境湿度的依赖,设计自适应冷却（Self-adaptive Cooling,SAC）系统应用于光伏板,实现基于蒸发冷却的光伏板发电性能强化自适应运行。 采用原位聚合法制备LHAH,同时控制碳纳米颗粒（Carbon nanoparticles,CNs）嵌入LHAH以提高其导热能力;基于Li Cl的高吸湿性能,利用溶液浸渍法将材料置于不同浓度的锂基盐溶液中,以获得高吸湿能力,考查锂盐的加载量,获得Li Cl的最佳加载浓度;模拟环境恒定温湿度,探究LHAH不同环境湿度下的吸附性能,发现在90%的环境相对湿度下,10 h LHAH的质量变化率达到1.75 g g-1。 构建基于蒸发冷却的光伏板性能强化系统,探究了光照强度对冷却系统温度降低的影响规律相对于无冷却的光伏发电系统,配置LHAH冷却系统的光伏板在1.0 sun下获得了高达26℃的温降和529 W m-2冷却功率。考查光伏板的伏安曲线,发现相较于没有冷却系统的光伏板,配置LHAH冷却系统的光伏板展现较好的性能下降延迟,在1.0 sun下平均开路电压(Voc)和最大输出功率(Pmax)分别提升了6.2%和17%。 提出环境被动增湿策略,通过为LHAH构造自循环的高湿度吸附环境,设计一种具有多功能的SAC系统。考查不同厚度水凝胶的吸附性能和集水量,其中8 mm厚的LHAH的吸附速率达到0.59 g g-1,收集的水量最多,达到了3.8 g。对SAC系统在1.0 sun下进行自适应性测试,结果发现实验组相对于对照组2获得了0.29 V的输出电压提升,平均开路电压相比对照组2提升了4.4%。