태양전지 열관리 시스템
신기술의 개발과 활용으로 인해 천연자원의 과도한 이용 과정이 가속화되었습니다. 천연자원의 과도한 이용은 온실효과, 오존층 파괴 등 환경문제를 악화시켜 미래세대의 생활환경에 영향을 미칠 뿐만 아니라 가용자원의 급격한 감소를 초래하여 산업기술의 혁신과 발전을 심각하게 저해하고 있습니다. 최근 태양전지는 고열유속밀도, 고성능화를 향해 급속히 발전하고 있다. 높은 광도, 고전류 하에서 태양전지의 온도 상승은 광전성능 저하와 수명 단축으로 이어진다. 배터리의 안전성과 안정성을 보장하려면 효율적인 열 관리 시스템이 필요합니다.
현재, 집중형 태양전지의 실험실 변환 효율은 47.1%에 도달한 반면, 시장에서 널리 사용되는 단결정 실리콘 전지의 변환 효율은 26.7%에 불과합니다. 모듈 유형, 전기 손실, 작업 환경과 같은 요소는 항상 태양광 발전 시스템 효율성 향상을 제약해 왔습니다. 그 중 온도 효과는 태양전지 성능에 영향을 미치는 핵심 요소이다. 태양광 전지의 작동 온도가 증가함에 따라 시스템의 출력 전력 및 에너지 변환 효율이 크게 감소합니다. 연구 통계에 따르면 태양전지의 작동 온도가 1도 올라갈 때마다 변환 효율은 0.4%~0.5% 감소합니다. 다양한 유형의 태양전지의 온도 효과는 다양하지만 효율성을 향상시키기 위한 태양전지 기술 및 재료의 개발을 여전히 방해할 수 있습니다.
태양전지 냉각에 관한 연구는 농도비 증가에 따른 배터리 온도 불균일, 국부적인 과열, 평균 온도 상승으로 이어지는 불균일한 광세기와 높은 열유속 밀도를 해결하기 위해 연구진이 개발한 일련의 솔루션이다. 방열 기술 및 수요가 향상됨에 따라 태양전지의 열 관리 기술은 기존 냉각(공랭식, 액체 냉각)과 마이크로채널 냉각, 제트 충돌 냉각, 상변화 물질 냉각과 같은 새로운 냉각 기술로 구분됩니다.
공기 냉각 기술은 자연 대류 또는 강제 대류를 통해 냉각 모듈을 통해 공기가 흐르도록 하여 태양전지의 작동 온도를 낮춥니다. Cuceet al. 태양 전지 뒷면에 알루미늄 핀 방열판을 설치하면 전지의 출력 전력을 13% 증가시킬 수 있습니다. 태양전지의 온도는 자체 가열 대류 및 강제 대류 조건에서 각각 5.4% 및 11% 감소하고 출력 전력은 각각 8% 및 16% 증가합니다. Bayrak et al. 실외 측정을 통해 핀 냉각을 통해 허용 온도 범위 내에서 배터리를 제어할 수 있음을 확인했습니다.
액체 냉각은 태양 전지에서 생성된 열을 액체 작동 유체를 통해 외부 세계로 적시에 전달하는 것을 의미합니다. Zilliet al. 높은 조사 수준에서 수냉식 노즐 시스템을 사용하여 다결정 실리콘 셀의 전력 및 효율이 12.26% 및 12.17% 증가했습니다. 최적의 냉각방식은 셀의 전면과 후면을 동시에 냉각시키는 것이며, 태양전지의 변환효율은 40.572%, 출력은 20.083W로 향상될 수 있다. 액체 냉각은 공냉식에 비해 열 전달 능력이 강해 태양전지 성능 향상에 큰 영향을 미친다.
현재 히트파이프 기술은 항공우주 열 제어, 컴퓨터 및 서버 칩, 고전력 전자 장치의 냉각 방식에 사용됩니다. 히트파이프 기술은 새로운 형태의 냉각 방식으로 태양전지 냉각 응용분야에서 점차 주목받고 있다. 다양한 작동 원리에 따라 히트 파이프는 중력 히트 파이프, 루프 히트 파이프 및 맥동 히트 파이프의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 냉각 응용 분야는 복잡하고 다양하며 히트 파이프의 구조도 일관되지 않으며 열 전달 능력과 온도 균일성이 강한 특성을 가지고 있습니다.
태양전지는 높은 열유속 밀도와 성능을 향해 빠르게 발전하고 있어 열 관리 시스템에 큰 과제를 안겨주고 있습니다. 기존 냉각 기술(공랭식, 액체 냉각)과 신냉각 기술(마이크로채널 냉각, 제트 충돌 냉각 등)을 비교 분석함으로써 신냉각 기술이 열 전달을 향상시켜 배터리의 열전 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. , 방열 면적이 증가하고 작동 유체 유량이 증가합니다. 그러나 장비가 복잡하고 비용이 기존 냉각 기술보다 높습니다.
공랭식, 액체 냉각, 마이크로채널, 히트파이프 등 냉각 기술 간의 상호 결합은 태양전지의 방열 효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 첨단 열 관리 시스템의 개발 방향이기도 합니다.
