光伏建筑中改善光伏电池散热的建筑技术设计策略

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1、光伏建筑中改善光伏电池散热的建筑技术设计策略ArchitecturalTechnicalDesignStrategiesonHeatDissipationPhotovoltaicCel1sinBTPV洁明伟圣三展张毛ZhonShengjieZhongSanmingMaoWei中图分类号TU761文献标识码a文章编号1003-739X(2012)04-0034-()3摘要普通光伏电池的光电转换效率在15%左右，照射其上的太阳辐射被电池板吸收并部分转化成热能，致其工作温度提高，光电转换效率下降。该文旨在总结前人研究的基础上，针对易被设计者忽略的不同安装方式下电池散热的问题

2、，探讨相应的建筑技术设计策略，期望对设计工作者有所帮助。关键词光伏电池散热发电效率建筑技术策略AbstractTheelectricalefficiencyofphotovoltaics(PV)isapproximately15%・PVpanelsmayexperienceundesirablyhightemperatureunderdirectsunshinezthustheirconversionefficiencydecreases.ThispaperpresentstheoverheatingproblemofPVpanelsthatisusuallyigno

3、redbydesignersinbuilding-integratedphotovoltaic(BIPV)design.Basedonpreviousstudies,severalarchitecturaltechnicaldesignstrategiesareaccordinglycarriedoutunderdifferentinstallationmethodstoprovidehelpwithdesigners・KeywordsPhotovoltaiccell,Heatdissipation,Electricalefficiency,Architectural

4、technology,Strategies光伏建筑一体化（简称“BIPV”）是建筑设计的重要方向，主要原因有：①节能降耗足社会发展的需要，国家政策支持可再生能源利用；②建筑可提供免费的安装空间；③就地用能，节省电力传输损耗；④发电与围护的体化构造，彫显新时期建筑美学特色等。通风散热是BIPV设计的基本要求。实际工程应用中，常因安装不当致使通风散热受阻，影响电池板内部填充因子数量。温度越高，填充因子越少，组件发电效率越低。因此，如何保证建筑中光伏电池的有效运行是研究的重要课题之一。通常，普通光伏电池的光电转换效率在15%左右，照射其上的太阳辐射被电池板吸收并部分转化成热

5、量，致其工作温度明显髙于环境温度（温差可达5（rc⑴），光电转换效率下降。据研究，对于缺乏散热考虑的BIPV系统，环境温度髙于20"C时，其发电量和建筑舒适度均可能受影响囚。电池温度髙于85〜10CTC,还会损坏封装材料，影响建筑安全性能⑴。本文旨在总结前人研究的基础上，针对不同安装方式下的电池散热问题，探讨相应的建筑技术设计策略，期望对设计工作者有所帮助。1光伏电池丁•作温度与光电转换效率的关系BIPViP的电池绝大多数为晶体硅电池，故本文后续探讨皆以晶体硅电池为依据。据研究：标准测试条件下（电池温度为25°C,H照强度为1000w^2）晶体硅电池的工作温度与光电转

6、换效率之间的关系为円:7）eI=71ofl-0.00445（Tcell-To）（1）式中：4~伏电池的光电转换效率；彳＜＞一标准条件下光伏电池的光电转换效率；Tccll——光伏电池温度；To——标准测试条件下电池温度，取25°C。由式（1）可知，晶体硅电池的温度每升高1°C，电池的转换效率下降约0.45%。2改善光伏电池散热问题的建筑技术设计策略目前，对光伏组件的冷却方式主要有空冷、水冷两种模式。两种模式均是利用流体介质（空气或水）带走电池板表面热量，降低•其工作温度。本文就两种冷却模式下的不同应用形式中的散热问题略加探讨，且提出若干建筑技术设计策略。2.1空气冷却模

7、式（1）双层光伏通风屋面于屋面上设置通风间层，主耍优势为：①夏季，间层内空气流动可带走光伏组件背面的部分热量；②冬季，封闭通风间层又可增强保温性能，减少热损。据一项针对天津地区的研究叫夏季，有通风间层的光伏屋顶比无通风间层的光伏屋顶（紧贴屋面安装）的电池表面温度可降低14C,口总输出电量可提高6%;冬季，开口封闭的方式可使每日热损失降低20%。由此可见，双层光伏通风可控屋血能有效提高光伏电池的光电转换效率，且降低室内冷、热负荷。光伏组件的安装倾角宜采用其全年获得电能最多的倾角，对此已有专述不再赘言。除安装倾角外，屋顶通风间隙D和安装组件的总长度均与光