光伏組件的傳熱模型

光伏組件吸收太陽輻射，一部分通過光電轉(zhuǎn)換輸出功率進(jìn)行發(fā)電，另一方面光電轉(zhuǎn)換過程中由于自身電阻的消耗所產(chǎn)生的焦耳熱量，以及無法通過光電轉(zhuǎn)換而存在組件內(nèi)部的輻射轉(zhuǎn)化為熱量，使得組件的工作溫度升高。組件正面、背面與所處的周圍環(huán)境一般是大氣，組件和大氣由于溫差不同，自然會(huì)引起熱量的傳遞，最終達(dá)到平衡。

組件向大氣傳遞的熱量高低使用傳熱系數(shù)U表示，是一個(gè)物理量，U的單位是W/（m2*K，此處K可以用℃代替），即1平方米面積上，與環(huán)境交換熱量后，溫差1度（K，℃）時(shí)所傳遞的熱量（單位：W）。

傳熱系數(shù)U與組件的安裝方式、周圍的環(huán)境特性、風(fēng)速等相關(guān)，U越大，表示傳熱速度越快，對于光伏組件而言，散熱越好，溫度越低。

式1是參考了PVsyst傳熱模型使用的公式，若在兩側(cè)分別乘以組件面積S，則可得（2）。

左側(cè)代表每平方米的入射光強(qiáng)度（W/m2）乘以組件面積，如1000W/m2的入射光照射在2382*1134尺寸的組件上，正面所接收的入射光功率為2701.2W，吸收系數(shù)（默認(rèn)是90%，10%反射回大氣）。

那么實(shí)際組件吸收的為2431.07W。用于光電轉(zhuǎn)換輸出的功率為2431.07W*組件效率，例如24%，那么組件輸出功率為583.45W。剩余的變?yōu)闊崃考?847.62W。對于公式右側(cè)，如果U系數(shù)為29，那么可得到組件與周圍環(huán)境的溫差δT=23.58（℃）

不同轉(zhuǎn)換效率組件的理論溫度

假設(shè)A組件功率600W，尺寸2382*1134mm，另一款B組件尺寸相同，功率630W。入射光強(qiáng)1000W/m2時(shí)，可按上述邏輯推算出B產(chǎn)品較A產(chǎn)品的理論運(yùn)行溫度低了0.35℃。即B產(chǎn)品同尺寸高效率，由于光電轉(zhuǎn)換效率高，產(chǎn)生的熱量減少。

同理，若B產(chǎn)品同尺寸下的組件效率不斷提升，其運(yùn)行的溫度也會(huì)降低更多，例如功率提升60W，那么理論運(yùn)行溫度則下降0.69℃。如下圖所示。

由于組件是負(fù)的功率溫度系數(shù)，溫度越高，發(fā)電損失越高。在相同的功率溫度系數(shù)下，B產(chǎn)品的溫升發(fā)電損失率較A產(chǎn)品會(huì)更小。

按此邏輯也可以推算出，矩形片尺寸組件與210方片組件的溫差，例如前者功率640W，210大組件功率700W，后者組件理論運(yùn)行溫度會(huì)升高0.37℃。

基于實(shí)測數(shù)據(jù)優(yōu)化傳熱系數(shù)

對于具備實(shí)證測試條件的單位或第三方機(jī)構(gòu)，將不同的組件安裝在戶外，通過監(jiān)測風(fēng)速、環(huán)境溫度、傾斜面輻照強(qiáng)度等，依據(jù)U=UC+UV*V及結(jié)合式1，可擬合出UC及UV值。也可以將風(fēng)速按平均處理，得到新的UC值，此時(shí)UV=0，用于PV模擬仿真。

不同的組件，若溫差不同，可以根據(jù)實(shí)際監(jiān)測值進(jìn)行優(yōu)化，例如通過監(jiān)測組件背面電池片處的溫度，B組件較A組件低1℃左右，如果A組件UC值為29，那么B組件UC值可使用30。如下圖所示。

過去我們在模擬仿真時(shí)，一般習(xí)慣使用軟件推薦的默認(rèn)值（UC=29）模擬。如果基于實(shí)測數(shù)據(jù)優(yōu)化傳熱系數(shù)，從而可對產(chǎn)品的溫差進(jìn)行精確量化，利于產(chǎn)品有更好的模擬表現(xiàn)。

上述基于傳熱學(xué)中的傳熱原理及PVsyst相關(guān)公式，簡述了組件溫度差異相關(guān)的理論，以及探討結(jié)合實(shí)際戶外測試，靈活運(yùn)用公式以量化傳熱系數(shù)，用于后續(xù)的發(fā)電仿真，從而較準(zhǔn)確地評估不同光伏產(chǎn)品的溫度差異，相關(guān)推演和數(shù)據(jù)供同仁參考。