浅谈光伏背板余热回收利用技术

浅谈光伏背板余热回收利用技术

（艾邓鑫1周义刚1边疆1，2王桂林1王森1）

（1国网天津市电力公司电力科学研究院天津300384；2天津市电力科技发展有限公司天津300384）

摘要：光伏背板余热回收利用技术是将光伏电池组件与换热装置结合起来，在把太阳能转化为电能输出的同时通过换热装置中的流体带走电池背部的热量加以利用，同时产生电、热两种能量收益，从而提高对太阳能的综合利用效率。本文介绍了几种光伏背板余热回收系统类型，分析对比了几种光伏背板余热回收系统的优缺点。

关键词：余热回收利用；太阳能；综合利用效率

1引言

在当前节能减排，可持续发展的大背景下，太阳能作为一种清洁的可再生能源，受到世界各国的青睐。2016年，中国累计光伏装机容量达77.42GW，新增装机容量34.54GW，新增装机容量和累计装机量都位居世界首位。但光伏电池板的转换效率依旧较低，绝大部分太阳能未被电池板利用。本文介绍了光伏背板余热回收利用技术，可实现对太阳能的高效综合利用。

2光伏背板余热回收技术

自1954年第一片实用的单晶硅太阳电池问世以来，太阳能光伏技术得到了广泛应用。但目前，太阳能光伏发电的利用效率比较低，有相当大比例的太阳能没有利用上而直接被浪费掉。当太阳光照射到光伏电池组件上时，只有部分量能够被其转换成电能，其余的能量不但不能转化成电能输出，还会成为废热使得光伏发电效率下降。针对硅电池而言，工作温度每升高10℃，光电转换效率下降3～5%，光伏电池光电转换效率随温度变化的曲线如图1所示[1]。

图1太阳能硅电池光伏效率随温度变化曲线

因此，有必要采取措施对光伏板进行降温，与此同时可以回收这部分能量加以利用。伴随着当今将各种能源利用方式整合利用的趋势，光伏背板余热回收的新技术得以应运而生。光伏背板余热回收技术即在光伏电池背面敷设换热装置，通过流体（如水或空气）流动带走电池板所吸收的热量，不仅可以降低光伏电池的温度，提高其光电转换效率，而且，对流体带走的热量加以有效利用，即达到对太阳能的光电光热同时利用，从而提高太阳能的综合利用效率。得到的热水或热空气可以用做生活热水，或者满足对低温热源有大量需求的工艺要求，以及作为对温度有更高要求用途的初级热源。

光伏背板余热回收利用技术不仅提高了太阳能的综合利用效率，同时得到电、热两种输出，而且光伏电池的温度有所降低，使其不再处于过高工作温度下运行，提高了其使用寿命。与分离的光伏系统和集热系统相比，光伏背板余热回收利用技术装置可以共用一些组件、降低系统成本、减少安装面积、而且仅有一种组件在外观上是可见的，有利于建筑美观，更加有效地利用太阳能。此外，由于光热和光电共用一套装置，在可利用面积有限的场合，如屋顶或建筑物外墙，可以充分利用受光面积得到更多的热电产出。

3光伏背板余热回收技术类型

光伏电池组件与其背面铺设的余热回收系统组成了一个光伏光热综合利用系统。在整个系统中，光伏组件吸收太阳辐射能，并将其中的一小部分转化为电能，其余的能量被紧贴在光伏组件背面的通道中的流体带走，并对这些热量加以利用。光伏背板余热回收系统主要可分为空气冷却型和水冷却型；按流道结构可分为扁盒式和管板式；按有无盖板还可分为有盖板型和无盖板型[2]。

3.1空气冷却型余热回收系统

空气冷却型余热回收系统的冷却流道一般为矩形截面流道结构，如图2。通常情况下，换热装置是通过位于光伏组件背面的直接热接触进行自然或强制对流换热，热效率取决于空气通道的深度、空气流道形式和流通速度。由于空气密度低，且热容量小，为了降低电池温度，需要较大的空气质量流率，所以空气冷却型的空气出口温度比水冷型低，且流道的截面积要比水冷型的大。因此，空气冷却型主要应用在对温度要求不高的场合，如房间加热、谷物干燥和空气预热等。大多数情况下，由于其温度较低，空气在冷却光伏组件后直接排到大气中，并没有将热能有效利用起来。

图2空气冷却型余热回收系统

3.2水冷却型余热回收系统

水冷却型余热回收系统是在光伏组件背面设置吸热板及流体通道组成的系统。通过管道中的水流带走电池所吸收的热量，这样既能有效降低光伏组件的温度，提高其光电效率，又有效地利用了余热，得到了热水。常规水冷型系统由光伏光热模块、直流循环水泵、储水箱、连接管路以及支撑框架等组成[3]。系统利用直流循环水泵驱动水循环，加强换热效果，从而有效抑制电池温度的升高，提高光电效率，同时得到热水。

3.3扁盒式余热回收系统

结构如图3，扁盒式余热回收系统与流体间接触面积较大，换热性能好，且效率高，但其承压能力较差，不适合用于高压系统。塑料制扁盒式集热板，耐腐蚀性能好，重量轻，易于加工，但是此类非金属材料的导热系数要比金属材料小得多。而扁盒式金属集热板，具有诸如换热效果好、横向温度分布均匀、表面平整等优点，只要能将电池与金属板之间绝缘问题解决好，比较适用于光伏余热回收利用技术的底板。

图3扁盒式余热回收系统

3.4管板式余热回收系统

管板式余热回收系统，具有水容量小、承压性能好和加工灵活等优点。目前常见的有全铜式吸热板和铜铝复合式吸热板。全铜式吸热板中，铜肋与铜管之间大多采用超声波焊接，肋片薄而柔软，厚度为0.3mm左右；铜铝复合式吸热板一采用复合辗压、吹胀成型工艺，铝肋片的厚度在0.6mm左右，且有一定刚度，是目前与光伏组件粘结效果最好的背板材料。

3.5无盖板余热回收系统

无盖板余热回收系统中，光伏组件直接与空气接触，因此易受环境条件的影响。在实际条件下，风速波动很大，整个系统的散热损失也较大，从而使得回收的热源品质大大降低。

4结语

针对目前光伏发电发展的局限性，将光伏背板余热回收利用技术与光伏电池板相结合，得到既能产生电，又能取得热能的综合利用系统。在保证电能的稳定输出下，又尽可能的回收更多的余热是目前光伏余热回收系统的最大优势，系统最终可实现对太阳能接近60%的利用率。随着太阳能产业的蓬勃发展，光伏背板余热回收利用技术也将发挥其优势，在太阳能利用领域得到进一步的发展。

参考文献：

[1]肖泽成，秦红，靳晓钒.太阳电池冷却及光伏/光热一体技术的新进展.电力与能源，2011，32（5）：397-401

[2]段征强.光伏热系统的实验与模拟研究：[天津大学硕士].天津：天津大学，2007，28-32

作者简介：

艾邓鑫（1991—），男，汉族，江西抚州人，硕士，工程师，研究方向为光伏光热综合利用技术。