一种光伏组件降温系统及控制方法与流程

本发明涉及电池板冷却系统领域，尤其涉及的是一种光伏组件降温系统及控制方法。

背景技术：

光伏发电系统在实际应用中，其发电性能受自然环境条件的影响较大，其中系统主要部件的光伏组件的工作温度是影响光伏发电系统性能的重要因素之一。

目前大规模投入商业化应用的主要是硅系光伏组件：单晶硅组件、多晶硅组件和非晶硅组件,温度对光伏组件的影响主要表现在组件的开路电压、短路电流以及峰值功率的参数随温度的变化而变化。光伏组件的开路电压随温度的升高而降低；光伏组件的短路电流随温度的升高而升高；光伏组件的峰值功率随温度升高而下降。温度的升高随之带来的就是光伏组件的效率下降；温度每升高1℃，峰值功率损失0.35％--0.45％；例如工作在20℃的光伏组件，其输出峰值功率要比工作在70℃的情况下高出20％；可见温度对光伏组件的影响很大。

目前现有技术的实现方法是使用氮气压力气囊和水泵构成的循环冷却系统与空气进行热量交换，从而将太阳能电池板的温度降低下来，来延长太阳能电池板的使用寿命(引用专利号cn104201985a)。

公开专利中使用氮气压力气囊对水流的控制，并将循环加热过的水与环境空气进行热交换，热传导速度以及热传导效果差，经过空冷器后的水温比空气温度要高，并且冷空器附件的温度也很高；空气温度又远比自来水(地下水)温度高，实际应用中难以进一步降低光伏组件的温度；整个系统中使用到了水泵，如果不加控制策略，在不需要冷却的时候，水泵也进行工作，会浪费很多电能；氮气压力气囊的使用方法繁杂；另外对氮气有压力的要求，安全问题也不容忽视。

技术实现要素：

本发明的目的在公开的应用于太阳能电池板的冷却系统的基础之上，针对冷却系统控制过程及其方法，为了解决通过光伏组件背板温度有效降低，对光伏组件背板收集的能量加以回收利用，系统安装成本低以及操作性简便，以及系统安全问题，本发明提出了一种光伏组件降温系统及控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种光伏组件降温系统，该系统包括光伏组件冷却囊、光伏组件温度传感器、控制单元、外循环导管、第一阀门、第二阀门、第三阀门、外循环冷却液添加装置、外循环水泵、热交换装置、内循环导管、内循环水泵、储水装置以及密封的储水装置温度传感器；

其中，所述外循环系统是将光伏组件冷却囊紧贴在光伏组件背板上，每一个光伏组件冷却囊首尾通过外循环导管连接成一串，并且与第一阀门、第二阀门、第三阀门、外循环液添加装置、外循环水泵以及热交换单元连接，最后与光伏组件冷却囊串的另外一端相连接；外循环冷却液构成了一个完整的循环系统；

所述内循环系统是通过热交换系统将内循环导管与密封的储水装置、内循环水泵连接；内循环系统与外循环系统从物理上是完全隔离的；

所述控制系统是将光伏组件冷却囊中引出的温度传感器信号线、储水装置中水的温度传感器信号线，以及外循环水泵和内循环水泵控制线连接到控制单元。

优选的，其中所述光伏组件冷却囊是使用导热性能良好的硅胶制成。

优选的，所述外循环导管为pvc管。

整个冷却系统通过控制单元采集光伏组件冷却囊温度以及密封的储水装置中水的温度来控制外循环水泵和内循环水泵的工作。

针对一种光伏组件降温系统，其控制方法为：

(1)设定外循环启动温度ts,和外循环停止温度tp；

(2)采集光伏组件冷却囊温度tm,和储水装置水温tw；

(3)通过判断水泵工作标志位psf是否为0；

(4)如果水泵未开始工作，即psf为0时，如果光伏组件冷却囊的温度tm大于先前设定的外循环启动温度ts，或者光伏组件冷却囊温度tm与储水装置中的水温tw之差大于δt，将启动外循环水泵和内循环水泵；否则控制器继续监测伏组件冷却囊的温度tm；

如果水泵已经开始工作，即psf为1时，如果如果光伏组件冷却囊的温度tm小于先前设定的外循环停止温度tp，并且光伏组件冷却囊温度tm与储水装置中的水温tw之差小于0.5δt，将停止外循环水泵和内循环水泵；否则控制器继续监测伏组件冷却囊的温度tm。

优选的，步骤(4)中，所述光伏组件冷却囊温度tm与储水装置中的水温tw之差大于δt；

其中，δt为设定值。

本发明所述控制单元的策略：光伏组件温度低时，不启动外循环水泵和内循环水泵；光伏组件温度达到阈值时，控制单元启动外循环水泵和内循环水泵进行工作，然后通过热交换装置完成能量交换。光伏组件温度高的时候也是太阳辐照最强烈的时刻，此时光伏组件本应发电功率最大，但是光伏组件温度的升高却影响了组件发电的效率，此时启动水泵循环将光伏组件的温度降下来，能将提供效率的一部分能量用于水泵的运行，这样既能让光伏组件降温而达到更高的发电效率，又能将光伏组件的热量对生活用水的加热，减少生活中对水加热所需的能量。

本方案中采用储水装置中水温来控制水泵的运行的优点是当光伏组件温度远远高于储水装置内部的温度时，此时启动外循环水泵和内循环水泵，可以进一步降低组件背板的温度，可以进一步提高发电量。

本发明主要解决的光伏组件降温系统的控制方法，针对光伏组件背板收集的能量与自来水(地下水)进行热量交换，这样做可以将光伏组件背板温度下降到合理温度，增加光伏组件发电效率，同时降低光伏组件热斑而引起火灾的风险；将自来水(地下水)加热到一定的温度，以供家庭生活使用，降低生活对电能的使用；降低对冷却系统安装的可操作性及成本；对于系统能量进行合理利用的基础上，并提出了在太阳能组件背板温度达到合理温度的控制策略。

本发明的关键创新点在于：

(1)，有效避免光伏组件发电时受太阳照射下温度升高而影响光伏组件的发电减少，提高光伏组件的发电量；

(2)，循环导管的压力要求低，可以采用普通导管，系统安装方式便捷，成本低；

(3)，光伏组件冷却囊具有弹性，在极寒天气下，承受冷却液的热胀冷却的压力，避免光伏组件造成的隐裂；

(4)，通过光伏组件降温而收集的能量进行利用，减少家庭水加热而对能量的使用，实现家庭式的节能；

(5)，能有效缓解光伏组件热斑效应而带来的火灾威胁。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种光伏组件降温系统的系统原理框图；

图2为本发明实施例提供的一种光伏组件降温系统的光伏组件冷却囊的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光伏组件降温系统的控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、2所示，本实施例提供的一种光伏组件降温系统，该系统由光伏组件冷却囊、光伏组件温度传感器、控制单元、外循环导管、第一阀门、第二阀门、第三阀门、外循环冷却液添加装置、外循环水泵、热交换装置、内循环导管、内循环水泵、储水装置以及密封的储水装置温度传感器构成。

本实施例是将光伏组件冷却囊紧贴在光伏组件背板上，每一个光伏组件冷却囊首尾处的管道接口使用pvc管连接成一串，并且与第一阀门、第二阀门、第三阀门、外循环液添加装置、外循环水泵以及热交换单元连接，最后与光伏组件冷却囊串的另外一端相连接，构成了一个封闭的循环系统。第一阀门与第二阀门是紧挨着安装，并且靠近外循环液添加装置的出口处。

冷却液根据环境要求选择导热效果好的冷却液，其中光伏组件冷却囊是使用导热性能良好的硅胶制成，冷却液的添加过程如下所述，关闭第二阀门，开启第一阀门和第三阀门，往外循环液添加装置处添加冷却液，待冷却液流过外循环水泵时，启动外循环水泵，让冷却液充分流入光伏组件冷却囊，最后在第一阀门处观察，冷却液稳定流出第一阀门时将打开第二阀门，关闭第一阀门和第三阀门，此时外循环冷却液添加过程完成。

内循环系统是将热交换系统通过内循环导管与密封的储水装置、内循环水泵连接。内循环系统与外循环系统从物理上是完全隔离的，保证了内循环中的水不受污染，这样可以根据具体需求选择合适的冷却液作为外循环液。

控制系统是将光伏组件冷却囊中引出的温度传感器信号线、储水装置里水的温度传感器信号线，以及外循环水泵和内循环水泵控制线连接到控制单元。整个冷却系统通过控制单元采集光伏组件冷却囊温度以及密封的储水装置里水的温度来控制外循环水泵和内循环水泵的工作。

如图3所示，本实施例中所述控制策略具体实施方法如下所述：设定外循环水泵和内循环水泵启动工作的温度ts与停止工作的温度tp。控制单元实时采样光伏组件冷却帮的温度tm以及储水装置中的水温tw。通过判断水泵工作标志位psf来选择下一个操作。

如果水泵未开始工作，即psf为0时，如果光伏组件冷却囊的温度tm大于先前设定的水泵启动工作的温度ts，或者tm与储水装置中的水温tw之差大于δt，其中，所述δt为设定值，根据光伏组件应用不同地域所存在的外界温差，自定义根据外界环境而设定，以提高能源利用率，将启动外循环水泵和内循环水泵；否则控制器继续监测伏组件冷却囊的温度tm。

如果水泵已经开始工作，即psf为1时，如果如果光伏组件冷却囊的温度tm小于先前设定的水泵停止工作的温度ts，并且tm与储水装置中的水温tw之差小于0.5δt，将停止外循环水泵和内循环水泵；否则控制器继续监测伏组件冷却囊的温度tm。

本方案中采用储水装置中水温来控制水泵的运行的优点是当光伏组件温度远远高于储水装置内部的温度时，此时启动外循环水泵和内循环水泵，可以进一步降低组件背板的温度，可以进一步提高发电量。

控制单元策略：光伏组件温度低时，不启动外循环水泵和内循环水泵；光伏组件温度达到阈值时，控制单元启动外循环水泵和内循环水泵进行工作，然后通过热交换装置完成能量交换。光伏组件温度高的时候也是太阳辐照最强烈的时刻，此时光伏组件本应发电功率最大，但是光伏组件温度的升高却影响了组件发电的效率，此时启动水泵循环将光伏组件的温度降下来，能将提供效率的一部分能量用于水泵的运行，这样既能让光伏组件降温而达到更高的发电效率，又能将光伏组件的热量对生活用水的加热，减少生活中对水加热所需的能量。

本发明主要解决的光伏组件降温系统的控制方法，针对光伏组件背板收集的能量与自来水(地下水)进行热量交换，这样做可以将光伏组件背板温度下降到合理温度，增加光伏组件发电效率，同时降低光伏组件热斑而引起火灾的风险；将自来水(地下水)加热到一定的温度，以供家庭生活使用，降低生活对电能的使用；降低对冷却系统安装的可操作性及成本；对于系统能量进行合理利用的基础上，并提出了在太阳能组件背板温度达到合理温度的控制策略。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。