本發(fā)明屬于光伏發(fā)電及節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高太陽能光伏發(fā)電板光伏轉(zhuǎn)換效率的方法。

背景技術(shù)：

研究數(shù)據(jù)表明：電池溫度每上升1℃，晶硅電池的光電轉(zhuǎn)化效率下降約0.4％，非晶硅電池下降大約0.1％；另外，電池在達到其運行溫度上限后，電池溫度每上升10℃，晶硅電池的老化速率將增加一倍?，F(xiàn)階段，通過綜合考慮電池溫度、均溫效果、可靠性、簡單性等因素，光伏發(fā)電主要采用被動式和主動式兩種冷卻方式，主要有以下幾種具體的制冷應(yīng)用：

(1)風(fēng)冷：風(fēng)冷分為自然對流冷卻和強制對流冷卻。目前，自然對流冷卻主要研究提升表面對流傳熱系數(shù)和增大換熱面積，但該方法具有一定的散熱極限。強制對流冷卻中需要接入風(fēng)機來提升表面對流換熱系數(shù)，但此時需要綜合考慮電池效率提升與風(fēng)機功耗增加之間的平衡問題。2012年，h.g.teo等人設(shè)計了一套太陽電池組件主動式降溫系統(tǒng)。系統(tǒng)包括一臺直流風(fēng)機和一臺交流風(fēng)機，直流風(fēng)機向電池組件背部空氣管道送風(fēng)，交流風(fēng)機控制向管道輸送的空氣的流速和流量。圖1為傳統(tǒng)太陽能風(fēng)冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

(2)液冷：液冷根據(jù)工質(zhì)流動方式和安放位置的不同，分為換熱器式冷卻、表面式冷卻和浸液式冷卻。換熱器式冷卻主要指冷卻工質(zhì)不直接接觸光伏板，而是通過水冷換熱器內(nèi)部不斷循環(huán)流動的冷卻介質(zhì)，將熱量傳遞至外部環(huán)境中的散熱方式。表面式冷卻指通過噴淋等設(shè)備將冷卻介質(zhì)噴灑在光伏板表面，或直接將光伏板表面與冷卻介質(zhì)相接觸，利用冷卻介質(zhì)與光伏板之間形成的對流傳熱帶走光伏板表面熱量的散熱方式。此方法進一步發(fā)展出了射流沖擊和微通道混合冷卻的方法。液浸式冷卻是指將電池浸沒在靜止或循環(huán)流動的冷卻介質(zhì)中使得冷卻介質(zhì)與電池直接接觸，并利用電池正反兩面均可作為有效散熱面的特點與冷卻介質(zhì)進行高效換熱的冷卻方式。

(3)蒸發(fā)冷卻：該方法通過與光電發(fā)電板直接接觸的冷卻介質(zhì)發(fā)生相變，從而帶走部分熱量。

(4)熱電冷卻：熱電冷卻是基于珀耳帖效應(yīng)產(chǎn)生的溫降來降低發(fā)熱元器件的溫度，若采用溫控電路進行控制，溫度控制可精確到0.1℃，且具有運轉(zhuǎn)過程無噪聲、可靠性較高等特點。

以上部分方法目前多有使用，但均存在一些問題：風(fēng)冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，成本低，操作方便。但空氣的換熱系數(shù)較低，冷卻效果有限，尤其在低緯度地區(qū)，且環(huán)境溫度較高時，冷卻效果較差；液冷也一樣受到氣候條件的制約，在北方寒冷地帶以及缺水的地帶無法大規(guī)模應(yīng)用；熱電制冷雖然效果明顯，但其額外功耗較大，經(jīng)濟性不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用輻射制冷的提高太陽能光伏發(fā)電板光伏轉(zhuǎn)換效率的方法。

為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種提高太陽能光伏發(fā)電板光伏轉(zhuǎn)換效率的方法，包括：采用eva膠膜將復(fù)合超材料薄膜粘接于太陽能的光伏發(fā)電板受光面；所述的復(fù)合超材料薄膜采用如下方法制備：

將微米級的sio2微球于分散劑中分散，并進行超聲振蕩，獲得sio2微球分散液；

使sio2微球分散液均勻分布于聚甲基戊烯薄膜上，使sio2微球分散液揮發(fā)，獲得分布有sio2微球的聚甲基戊烯薄膜；

利用軋制機對分布有sio2微球的聚甲基戊烯薄膜進行軋制，獲得復(fù)合超材料薄膜。

作為優(yōu)選，利用鋁合金框?qū)?fù)合超材料薄膜超出光伏發(fā)電板受光面的部分固定在光伏發(fā)電板四側(cè)，以使復(fù)合超材料薄膜與光伏發(fā)電板的粘接更可靠。

作為優(yōu)選，sio2微球的粒徑為7um～9um。

作為優(yōu)選，復(fù)合超材料薄膜中，sio2微球的體積占比為5％～7％。

作為優(yōu)選，復(fù)合超材料薄膜厚度為1um～100um。

進一步的，分散劑為無水乙醇

本發(fā)明還提供了一種可提高光伏轉(zhuǎn)換效率的太陽能光伏發(fā)電板，所述的太陽能光伏發(fā)電板的受光面上依次敷設(shè)有eva膠膜、復(fù)合超材料薄膜，所述的復(fù)合超材料薄膜采用如下方法制備：

將微米級的sio2微球于分散劑中分散，并進行超聲振蕩，獲得sio2微球分散液；

使sio2微球分散液均勻分布于聚甲基戊烯薄膜上，使sio2微球分散液揮發(fā)，獲得分布有sio2微球的聚甲基戊烯薄膜；

利用軋制機對分布有sio2微球的聚甲基戊烯薄膜進行軋制，獲得復(fù)合超材料薄膜

本發(fā)明再提供了一種復(fù)合超材料薄膜的制備方法，包括步驟：

將微米級的sio2微球于分散劑中分散，并進行超聲振蕩，獲得sio2微球分散液；

使sio2微球分散液均勻分布于聚甲基戊烯薄膜上，使sio2微球分散液揮發(fā)，獲得分布有sio2微球的聚甲基戊烯薄膜；

利用軋制機對分布有sio2微球的聚甲基戊烯薄膜進行軋制，獲得復(fù)合超材料薄膜

本發(fā)明利用輻射制冷原理，利用大氣窗口將太陽能光伏發(fā)電板表面熱量輻射至外太空，從而實現(xiàn)其表面溫度降低，進而提高太陽能光伏發(fā)電板的光伏轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明利用了復(fù)合超材料薄膜，該復(fù)合超材料薄膜由太陽光透射率良好的tpx(聚甲基戊烯)和特殊尺寸極性電介質(zhì)sio2微球通過隨機分布聚合而成。該復(fù)合超材料薄膜可以實現(xiàn)輻射制冷，且具備較高的制冷功率。將該復(fù)合超材料薄膜覆蓋在太陽能硅光電池上，利用該層與太空的輻射換熱來降低電池的溫度。該該復(fù)合超材料薄膜對于入射的太陽光近乎完全透明，但對于自身的熱輻射卻具有極高的發(fā)射率，所以可以在幾乎不影響太陽能入射效率的前提下，實現(xiàn)對太陽能電池板的降溫。另外，還具有采用被動輻射制冷，無額外功耗；制造工藝成熟，成本低廉，應(yīng)用方便等優(yōu)點，利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

本發(fā)明采用的復(fù)合超材料薄膜可以實現(xiàn)對太陽光譜近乎完全透明；同時在大氣窗口下具有很高的紅外發(fā)射率，即太陽光可以透過該材料而不會將它加熱，同時該材料可以將符合條件(波長在大氣窗口范圍內(nèi))的紅外光線直接輻射入太空，實現(xiàn)自身溫度的降低。本發(fā)明創(chuàng)造性地將該材料敷設(shè)在太陽能光伏發(fā)電板表面，此舉有兩個作用：一方面，太陽光可以幾乎不受損失地透過該材料而照射在太陽能光伏發(fā)電板上，保證正常的光伏發(fā)電；另一方面，光伏發(fā)電板自身的熱量會以紅外輻射的形式借助該材料輻射值外太空，實現(xiàn)發(fā)電板表面溫度的降低。根據(jù)光伏發(fā)電板的輸出特性受溫度的影響可知，發(fā)電板溫度的降低將使得短路電流小幅下降，開路電壓大幅升高，填充因子有所升高，光電轉(zhuǎn)換效率明顯升高。相較于傳統(tǒng)的太陽能光伏陣列冷卻系統(tǒng)，該發(fā)明對強化光伏發(fā)電板的換熱進行了機理上的創(chuàng)新，改對流換熱為輻射換熱為主、對流換熱為輔，制冷功率可觀，降溫效果顯著；同時由于輻射換熱的被動性，傳統(tǒng)冷卻方式(特別是水冷)的額外功耗被大量節(jié)省，經(jīng)濟性得到提高；該材料生產(chǎn)工藝簡單，已實現(xiàn)量產(chǎn)化，無毒無污染，所以在具有成本優(yōu)勢的同時將不會對環(huán)境產(chǎn)生負荷。

相較于傳統(tǒng)的太陽能光伏陣列冷卻方式，本發(fā)明的優(yōu)越性在于：

(1)輻射為主對流換熱為輔的散熱機理。該機理作用下，一方面可以獲得約200w/m2的正午制冷功率，降溫效果顯著；一方面由于輻射制冷的被動性，無需特殊制冷介質(zhì)，亦無需外部動力源加以驅(qū)動，大量額外功耗被節(jié)省，整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟性明顯提高。

(2)薄膜狀復(fù)合超材料。一方面便于加工制造；一方面便于貼合在太陽能發(fā)電板表面，固定簡單，安裝維護成本低，用一張薄膜就實現(xiàn)了制冷系統(tǒng)的主要功能，使太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得到簡化，節(jié)約了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。

(3)生產(chǎn)工藝簡單，制造成本低廉，原材料環(huán)保無毒，機械化學(xué)性能優(yōu)良，適合戶外持久使用。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)太陽能風(fēng)冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。

圖中，1-sio2微球，2-聚甲基戊烯母體材料。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實施方式進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)效果。

見圖2，本具體實施中，在太陽能的光伏發(fā)電板受光面敷設(shè)復(fù)合超材料薄膜，光伏發(fā)電板受光面和復(fù)合超材料薄膜間還設(shè)有eva膠膜，eva膠膜用來將復(fù)合超材料薄膜和光伏發(fā)電板受光面粘接。eva膠膜是一種熱固性膠膜，粘著力強，穩(wěn)定性好，光學(xué)特性優(yōu)越。為了讓復(fù)合超材料薄膜與光伏發(fā)電板的粘接更可靠，將復(fù)合超材料薄膜超出光伏發(fā)電板受光面的部分用鋁合金框固定在光伏發(fā)電板四側(cè)。

復(fù)合超材料薄膜由微米級的sio2微球在聚甲基戊烯(tpx)母體材料上隨機分布而成。復(fù)合超材料薄膜中，將隨機分布的光學(xué)材料sio2微球和聚合物tpx混合是因為微米級隨機光學(xué)材料具有高階電磁振蕩作用，該作用被激發(fā)時復(fù)合超材料的消光和光路長度都會增加，這導(dǎo)致近乎完美的共振吸收，從而實現(xiàn)自輻射的放大。使用tpx和sio2是因為兩者均具有良好的太陽光透過率，吸收幾乎不存在，因此復(fù)合超材料薄膜幾乎不會因為對太陽光的吸收而引起自身溫度的升高。

作為優(yōu)選，sio2微球的粒徑選擇為7um～9um，該粒徑范圍內(nèi)的sio2微球更易被激發(fā)出高階電磁振蕩，從而得到最大的消光系數(shù)，并實現(xiàn)通過大氣窗口均勻高發(fā)射率。此外，為了獲得較好的輻射制冷效果并考慮到材料制備的可操作性，復(fù)合超材料薄膜中sio2微球的體積占比為5％～7％，復(fù)合超材料薄膜厚度為1um～100um。

復(fù)合超材料薄膜的制備工藝如下：

(1)將微米級的sio2微球于分散劑中分散，并進行超聲振蕩，獲得sio2微球分散液。本具體實施中，分散劑為無水乙醇，但不限于無水乙醇。所采用分散劑用來分散sio2微球，并且要求具備揮發(fā)性，可通過自然蒸發(fā)或強制換熱脫離tpx薄膜；并且，不能與sio2和tpx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

(2)使sio2微球分散液均勻分布于tpx薄膜上，使sio2微球分散液自然揮發(fā)，此時，sio2微球即可均勻分布于tpx薄膜上。其中，tpx薄膜厚度為1um～100um。

(3)利用軋制機在不銹鋼鐵皮的保護下，對步驟(2)所得分布有sio2微球的tpx薄膜進行軋制，使sio2微球緊密地鑲嵌于tpx薄膜上，從而得到本發(fā)明的復(fù)合超材料薄膜。

和傳統(tǒng)太陽能光伏陣列冷卻系統(tǒng)相比，本發(fā)明操作簡單，結(jié)構(gòu)簡單。敷設(shè)了復(fù)合超材料薄膜的光伏發(fā)電板可直接置于太陽光下工作。波長為0.2um～3um的太陽光照射到復(fù)合超材料薄膜上，由于復(fù)合超材料薄膜的高透過率，太陽光幾乎不受損失地透過復(fù)合超材料薄膜照射到光伏發(fā)電板受光面上。一部分太陽光被光伏發(fā)電板受光面反射并透過復(fù)合超材料薄膜離開，一部分太陽光被光伏發(fā)電板的半導(dǎo)體電池片吸收，而轉(zhuǎn)化成了熱，其余太陽光經(jīng)光電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能。轉(zhuǎn)化成的那部分熱使光伏發(fā)電板溫度升高，光伏發(fā)電板的自身熱輻射隨之增強。復(fù)合超材料薄膜在8um-13um波段高紅外發(fā)射率的作用下，絕大部分可以直接輻射向3k宇宙背景，光伏發(fā)電板的溫度得以降低。

經(jīng)實驗以及模擬驗證，復(fù)合超材料薄膜的太陽光透過率98％以上，根據(jù)極性電介質(zhì)二氧化硅微球的高階電磁共振原理，其平均紅外發(fā)射率在8um～13um波長范圍大于0.93，其輻射能量密度為890w/m²，環(huán)境溫度為20℃，在風(fēng)速3m/s～4m/s的情況下，能在工作表面溫度為48℃的光伏發(fā)電板上產(chǎn)生10℃左右的溫降，并可提高太陽能電池板光伏轉(zhuǎn)換效率3.5％～4.4％。