Outdoor experimental validation for ultra-high concentrator photovoltaic with serpentine-based cooling system
Outdoor experimental validation for ultra-high concentrator photovoltaic with serpentine-based cooling system
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蛇形冷却系统超高聚光光伏室外实验验证
DOI：
10.1016/j.renene.2023.118926
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
8.7
通讯作者：
Cameron W
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cameron W
随着可再生能源需求的增长，聚光器光伏热混合动力具有巨大的潜力。通过部署多级光学器件使聚光比最大化可以从多结太阳能电池产生高功率输出。为了防止破坏性的热应力，并使提取的热能，一个有能力的冷却系统是necessary.The主要目标的研究是最大限度地提高太阳能电池的有效浓度比和校准系统，以优化能量和有效能的效率。蛇形冷却系统的能力进行了调查，为每个集中器的光学配置。独创性被发现在3阶段的光学演示文稿，并使用室外真实世界的实验数据来验证计算模型。该模型使用光线跟踪、传热和传质模拟来增强对系统运行的理解，并能够准确预测各种条件下的性能。结果表明，焦斑形状比原始光学效率更重要的电输出，使3级光学上级优于其他配置在大多数方面。有效浓度达到1200 ×以上。在双蛇形结构中始终发现较高的有效能效率，尽管仅改变冷却系统几何形状时变化不超过±0.3%。
With demand for renewable energy growing, concentrator photovoltaic thermal hybrids have great potential. Maximising concentration ratios through the deployment of multi-stage optics can yield high power outputs from multi-junction solar cells. To prevent damaging thermal stress and to enable extraction of thermal energy, a capable cooling system is necessary.The primary objective of this study is to maximise the effective concentration ratio over a solar cell and calibrate the system to optimise the energetic and exergetic efficiencies. The capability of the serpentine-based cooling system is investigated for each concentrator optic configuration. Originality is found in the presentation of the 3-stage optic, and the use of outdoor real-world experimental data to validate a computational model. This model uses both ray tracing, heat and mass transfer simulations to enhance the understanding of system operation and enable accurate prediction of performance under various conditions. Results show focal spot shape is more important than raw optical efficiency for electrical output, making the 3-stage optic superior to the other configurations in most regards. An effective concentration of over 1200 × is achieved. Higher exergetic efficiencies are consistently found in the double serpentine configuration, though variation does not exceed ±0.3% when only changing cooling system geometry.
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