一种精确预测太阳能电池组件工作温度的方法技术

本发明专利技术公开了一种精确预测太阳能电池组件工作温度的方法，采用平均参数法，处理太阳辐照度、空气温度、环境风速等参数随时间无规律变化而造成的问题，分析光伏组件与外界的能量交换过程，考虑组件表面获得的太阳辐射能，光伏组件的输出电功率，被反射回大气的太阳辐射能，玻璃盖板与周围空气的对流换热，玻璃盖板与天空、地面之间的辐射换热，背板与周围空气的对流换热，背板与天空、地面之间的辐射换热，进一步根据能量守恒定律，列出组件能量平衡关系式，并将已知的各项参数代入上式，即可求出组件工作温度。本发明专利技术可以精确预测组件工作温度，有助于解决组件散热问题。

Method for accurately predicting operation temperature of solar cell component

The invention discloses a method for accurately predicting the operating temperature of the solar cell module, the average parameter method, dealing with solar irradiance, air temperature, wind speed and other parameters varying with time and the exchange process of the PV module and external energy analysis, considering the solar component surface energy, output power the power of PV modules, solar radiation is reflected back to the atmosphere, the glass cover plate and the surrounding air convection heat radiation between the glass cover and the sky and the ground heat exchanger, the backboard and the surrounding air convection heat radiation between the backboard and the sky, the ground heat exchanger, according to the law of conservation of energy, energy list the balance relation between components, and the parameters of the known type, you can find the components of working temperature. The invention can accurately predict the working temperature of components, and is helpful for solving the problem of heat dissipation of components.

【技术实现步骤摘要】
一种精确预测太阳能电池组件工作温度的方法
本专利技术涉及一种精确预测太阳能电池组件工作温度的方法，属于光伏组件工作温度测试

技术介绍
随着社会的快速发展，整个社会对能源的需求量急剧攀升，但是全球化石能源的存储量十分有限，且环境污染现状不容乐观，难以满足人类可持续发展的要求。因此，社会开始密切关注可再生能源开发利用技术，而太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源。随着国内外光伏系统装机容量快速增长，光伏系统运行过程中的安全性和可靠性问题也逐渐显露。在光伏系统实际运行过程中，组件温度可能会出现偏高现象，导致组件光电转换效率和输出电功率降低，对光伏系统运行安全性和可靠性造成威胁。我们可以通过理论方法来预估太阳电池工作温度，这对考虑组件的散热问题很有帮助。因此，提供一种精确预测太阳能电池组件工作温度的方法，对进一步判断组件是否需要散热以及采用什么方式散热等问题具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种精确预测太阳能电池组件工作温度的方法，对于解决组件的散热问题，提高组件光电转换效率和输出电功率，保证光伏系统运行安全性和可靠性具有非常重要的意义。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种精确预测太阳能电池组件工作温度的方法，包括以下步骤：1)采集环境参数，具体为：在计算组件工作温度对应时刻的前5分钟时间段内采集环境参数，设时间步长为10秒，即在这5分钟时间段内每隔10秒时间就选取一次相应时刻的环境参数值，并计算每个环境参数在这5分钟内的平均值，在计算组件工作温度时，将每个环境参数在这5分钟内的平均值代入能量平衡表达式；所述环境参数包括：太阳能电池组件表面的太阳辐射强度、太阳能电池组件的总输出电功率、环境空气温度、环境风速和地面温度；2)根据能量平衡原理，太阳能电池组件接收到的太阳辐射能等于太阳能电池组件与周围环境的换热量和太阳能电池组件输出的电能的总和，分析太阳能电池组件与周围环境的能量交换过程，列出各项能量交换过程的表达式；所述太阳能电池组件输出的电能为：P/A，其中，P代表太阳能电池组件的总输出电功率，A代表太阳能电池组件的上表面积；所述太阳能电池组件与周围环境的能量交换包括被玻璃盖板和太阳电池反射回大气的太阳辐射能，玻璃盖板与周围空气的对流换热，玻璃盖板与天空之间的辐射换热，玻璃盖板与地面之间的辐射换热，背板与周围空气的对流换热，背板与地面之间的辐射换热和背板与天空之间的辐射换热；所述被玻璃盖板和太阳电池反射回大气的太阳辐射能为：Iref＝ρIrec其中，Iref表示被反射回大气的太阳辐射能，ρ表示太阳能电池组件的反射率，Irec表示太阳能电池组件表面的太阳辐射强度；所述玻璃盖板与周围空气的对流换热为：Hg,air＝hg,air(Tw-Ta)其中，Hg,air表示玻璃盖板与周围空气的对流换热量，hg,air表示玻璃盖板与周围空气的对流换热系数，Tw表示组件的温度，Ta表示环境空气温度；所述玻璃盖板与天空之间的辐射换热为：Rg,sky＝σFg,sky(εgTw4-εskyTsky4)，其中，Rg,sky表示玻璃盖板与天空之间的辐射换热量，σ表示黑体辐射常数，εg表示玻璃盖板的发射率，Fg,sky表示玻璃盖板与天空的角系数，其中，θ表示组件倾角，εsky表示天空的发射率，Tsky表示天空温度，Tsky＝0.0552(Ta)1.5；所述玻璃盖板与地面之间的辐射换热为：Rg,gro＝σFg,gro(εgTw4-εgroTgro4)，其中，Rg,gro表示玻璃盖板与地面之间的辐射换热量，Fg,gro表示玻璃盖板与地面的角系数，εgro表示地面的发射率，Tgro表示地面温度；所述背板与周围空气的对流换热为：Hb,air＝hb,air(Tw-Ta)，其中，Hb,air表示背板与周围空气的对流换热量，hb,air表示背板与周围空气的对流换热系数；所述背板与地面之间的辐射换热为：Rb,gro＝σFb,gro(εbTw4-εgroTgro4)，其中，Rb,gro表示背板与地面之间的辐射换热量，εb表示背板的发射率，Fb,gro表示背板与地面的角系数，所述背板与天空之间的辐射换热为：Rb,sky＝σFb,sky(εbTw4-εskyTsky4)，其中，Rb,sky表示背板与天空之间的辐射换热量，Fb,sky表示背板与天空的角系数，2)根据太阳能电池组件输出的电能和各项能量交换过程的表达式，得出太阳能电池组件的能量平衡表达式；所述太阳能电池组件的能量平衡表达式为：Irec＝P/A+Iref+Hg,air+Rg,sky+Rg,gro+Hb,air+Rb,sky+Rb,gro，将各项能量交换过程的表达式代入能量平衡表达式，得到：Irec＝P/A+ρIrec+hg,air(Tw-Ta)+σFg,sky(εgTw4-εskyTsky4)+σFg,gro(εgTw4-εgroTgro4)+hb,air(Tw-Ta)+σFb,sky(εbTw4-εskyTsky4)+σFb,gro(εbTw4-εgroTgro4)；3)将已知参数代入所述步骤2)的能量平衡表达式中，即可得到太阳能电池组件工作温度。前述的地面温度Tgro取太阳能电池组件背板正下方被组件阴影遮挡的阴影区地面温度与没被组件阴影遮挡的非阴影区地面温度两者的平均值Tgro＝Tgro1+Tgro2，其中，Tgro1表示阴影区地面温度，Tgro2表示非阴影区地面温度。前述的玻璃盖板与周围空气的对流换热系数hg,air采用经验公式hg,air＝5.7+3.8vg计算，所述背板与周围空气的对流换热系数hb,air采用经验公式hb,air＝5.7+3.8vb计算，其中，vg表示玻璃盖板处风速，vb表示太阳能电池组件背板处风速，vg和vb均为环境风速。前述的太阳能电池组件的反射率取值为：ρ＝0.1。前述的黑体辐射常数取值为：σ＝5.67×10-8W/m2·K4；所述玻璃盖板的发射率取值为：εg＝0.92。前述的默认天空为黑体，所述天空的发射率取值为εsky＝1，所述天空温度取值为：Tsky＝0.0552(Ta)1.5。前述的地面的发射率取值为：εgro＝0.95。前述的背板的发射率取值为：εb＝0.88。本专利技术的有益效果为：本专利技术创造性地采用平均参数法，处理太阳辐照度、空气温度、环境风速等参数随时间无规律变化而造成的问题，以及提出一种地面阴影区、非阴影区温度处理方法，可使组件工作温度预测结果更加精确，这有助于解决组件的散热问题，提高组件光电转换效率和输出电功率，对保证光伏系统运行安全性和可靠性具有非常重要的意义。附图说明图1是本专利技术的太阳能电池组件温度计算方法的流程图；图2是太阳能电池组件能量交换示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术的精确预测太阳能电池组件工作温度的方法，包括以下步骤：(1)在实际情况下，太阳辐照度、空气温度、环境风速等外界环境参数每时每刻都在发生无规律的变化，由于光伏组件自身存在有一定的热容值，光伏组件温度随之发生变化需要一定的响应时间。故本专利技术基于能量守恒定律，采用平均参数法，在计算组件工作温度对应时刻的前5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精确预测太阳能电池组件工作温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集环境参数，具体为：在计算组件工作温度对应时刻的前5分钟时间段内采集环境参数，设时间步长为10秒，即在这5分钟时间段内每隔10秒时间就选取一次相应时刻的环境参数值，并计算每个环境参数在这5分钟内的平均值，在计算组件工作温度时，将每个环境参数在这5分钟内的平均值代入能量平衡表达式；所述环境参数包括：太阳能电池组件表面的太阳辐射强度、太阳能电池组件的总输出电功率、环境空气温度、环境风速和地面温度；2)根据能量平衡原理，太阳能电池组件接收到的太阳辐射能等于太阳能电池组件与周围环境的换热量和太阳能电池组件输出的电能的总和，分析太阳能电池组件与周围环境的能量交换过程，列出各项能量交换过程的表达式；所述太阳能电池组件输出的电能为：P/A，其中，P代表太阳能电池组件的总输出电功率，A代表太阳能电池组件的上表面积；所述太阳能电池组件与周围环境的能量交换包括被玻璃盖板和太阳电池反射回大气的太阳辐射能，玻璃盖板与周围空气的对流换热，玻璃盖板与天空之间的辐射换热，玻璃盖板与地面之间的辐射换热，背板与周围空气的对流换热，背板与地面之间的辐射换热和背板与天空之间的辐射换热；所述被玻璃盖板和太阳电池反射回大气的太阳辐射能为：Iref＝ρIrec其中，Iref表示被反射回大气的太阳辐射能，ρ表示太阳能电池组件的反射率，Irec表示太阳能电池组件表面的太阳辐射强度；所述玻璃盖板与周围空气的对流换热为：Hg,air＝hg,air(Tw‑Ta)其中，Hg,air表示玻璃盖板与周围空气的对流换热量，hg,air表示玻璃盖板与周围空气的对流换热系数，Tw表示组件的温度，Ta表示环境空气温度；所述玻璃盖板与天空之间的辐射换热为：Rg,sky＝σFg,sky(εgTw...

【技术特征摘要】
1.一种精确预测太阳能电池组件工作温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集环境参数，具体为：在计算组件工作温度对应时刻的前5分钟时间段内采集环境参数，设时间步长为10秒，即在这5分钟时间段内每隔10秒时间就选取一次相应时刻的环境参数值，并计算每个环境参数在这5分钟内的平均值，在计算组件工作温度时，将每个环境参数在这5分钟内的平均值代入能量平衡表达式；所述环境参数包括：太阳能电池组件表面的太阳辐射强度、太阳能电池组件的总输出电功率、环境空气温度、环境风速和地面温度；2)根据能量平衡原理，太阳能电池组件接收到的太阳辐射能等于太阳能电池组件与周围环境的换热量和太阳能电池组件输出的电能的总和，分析太阳能电池组件与周围环境的能量交换过程，列出各项能量交换过程的表达式；所述太阳能电池组件输出的电能为：P/A，其中，P代表太阳能电池组件的总输出电功率，A代表太阳能电池组件的上表面积；所述太阳能电池组件与周围环境的能量交换包括被玻璃盖板和太阳电池反射回大气的太阳辐射能，玻璃盖板与周围空气的对流换热，玻璃盖板与天空之间的辐射换热，玻璃盖板与地面之间的辐射换热，背板与周围空气的对流换热，背板与地面之间的辐射换热和背板与天空之间的辐射换热；所述被玻璃盖板和太阳电池反射回大气的太阳辐射能为：Iref＝ρIrec其中，Iref表示被反射回大气的太阳辐射能，ρ表示太阳能电池组件的反射率，Irec表示太阳能电池组件表面的太阳辐射强度；所述玻璃盖板与周围空气的对流换热为：Hg,air＝hg,air(Tw-Ta)其中，Hg,air表示玻璃盖板与周围空气的对流换热量，hg,air表示玻璃盖板与周围空气的对流换热系数，Tw表示组件的温度，Ta表示环境空气温度；所述玻璃盖板与天空之间的辐射换热为：Rg,sky＝σFg,sky(εgTw4-εskyTsky4)，其中，Rg,sky表示玻璃盖板与天空之间的辐射换热量，σ表示黑体辐射常数，εg表示玻璃盖板的发射率，Fg,sky表示玻璃盖板与天空的角系数，其中，θ表示组件倾角，εsky表示天空的发射率，Tsky表示天空温度，Tsky＝0.0552(Ta)1.5；所述玻璃盖板与地面之间的辐射换热为：Rg,gro＝σFg,gro(εgTw4-εgroTgro4)，其中，Rg,gro表示玻璃盖板与地面之间的辐射换热量，Fg,gro表示玻璃盖板与地面的角系数，εgro表示地面的发射率，Tgro表示地面温度；所述背板与周围空气的对流换热为：Hb,air＝hb,air(Tw-Ta)，其中，Hb,air表示背板与周围空气的对流换热量，hb,air表示背板与周围空气的对流换热系数；所述背板与地面之间的辐射换热为：Rb,gro＝σFb,gro(εbTw4-εgroTgro4)，其中，Rb,gro表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晋禄，张臻，吴军，于书魁，贾朋，冰雪儿，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32