0 引言

太阳能是一种可再生能源，利用潜力较大，未来有可能成为人类的主要能源[1]。光伏电池是太阳能的一种主要利用设备。由于光伏电池的光电转化效率较低，因此，提高其光电转化效率具有重要意义。影响光伏电池光电转化效率的主要因素包括：太阳辐照度、光伏电池温度、光伏电池光学损失[2]。光伏电池温度每升高1℃，其光电转化效率下降0.4%～0.5%[3]。因此，降低光伏电池温度是提高其光电转化效率的重要手段[4]。光伏电池接收到的部分太阳辐射能会转化成热能，从而使光伏电池的温度升高，并进一步导致其光电转化效率降低。目前，主要的解决方案是转移光伏电池所产生的热量，并加以利用[5]，[6]。为了避免光伏电池温度的大幅度升高，将合适的相变材料（PCM）放置在光伏电池的背面，以吸收太阳光的红外分量以及光伏电池所产生的热量。

相变材料具有潜热高、体积小、相变温度恒定等特点[7]。当相变材料发生相变时，该相变材料能够吸收或放出热量，从而调整、控制周围环境的温度[8]。Huang[9]将相变材料层置于在光伏电池的背面，通过相变材料的相变蓄热来控制光伏电池的温度。P H Biwole[10]建立了带有肋片的相变光伏电池（PV/PCM）系统的热量、质量传递数学模型，分析结果表明，光伏电池背面存在的相变材料有利于控制自身的温度。尽管相变材料具有上述优点，但由于其导热性能较差，故不能充分吸收光伏电池的热量。引入肋片后，由于增加了光伏电池表面的换热面积，因此，能够有效地提高光伏电池的导热性能。基于此，本文在相变光伏组件表面上增设了肋片，以强化光伏电池的传热性能。

本文以石蜡为相变材料，通过FLUENT软件对普通光伏电池、相变光伏电池以及带有肋片的相变光伏电池的温度场进行数值模拟。然后根据模拟结果分析了相变材料的用量对光伏电池温度的影响，以及当相变材料用量一定时，肋片的间距、厚度以及基板的厚度对光伏电池传热性能的影响。

1 相变光伏电池设计及三维建模

1.1 模拟装置的构建

本文的相变材料为石蜡，熔点为36℃，相变比焓为 105.4 kJ/kg，热导率为 0.15 W/（m·K）。 光伏电池的几何参数为300 mm×200 mm×5 mm。

带有肋片的相变光伏电池的制作流程：首先，利用导热硅胶将肋片敷设在光伏电池的背面；然后，将相变材料填充到铝制的空心矩形边框中，这样可以保证光伏电池始终与相变材料相接触。本文中相变材料的厚度s设置为10 mm。带有肋片的相变光伏电池的结构示意图如图1所示。本文采用的肋片为等截面直肋，其结构示意图如图2所示。由图2可知，肋片与光伏电池相接触，这样可以将光伏电池的热量传递给相变材料。

  

图1 带有肋片的相变光伏电池的结构示意图Fig.1 Schematic diagram of phase change photovoltaic cell with fins

  

图2 肋片结构示意图Fig.2 Structure diagram of fins

肋片的几何参数会影响光伏电池的散热性能，这些几何参数具体包括：基板的宽度W、长度L、厚度H，以及肋片的高度h、厚度w、间距d共6个参数，本文将讨论这6个参数对光伏电池控温性能的影响。肋片的材质为铝，导热系数λ为217.7 W/（m·K）。本文忽略肋片与光伏电池之间的接触热阻。

1.2 肋片的物理模型、传热模型的建立

肋片的物理模型见图3。图3中：tw为肋片内壁的温度；tf为相变材料的温度。由于肋片为对称结构，因此只须计算出半个肋片的热流场和温度场即可。

由式（6）可知，光伏电池温度的降低能够提升自身的光电转化效率。因此，相变材料的使用能够提高光伏电池的光电转化效率。

  

图3 肋片的物理模型Fig.3 The physical model of the fins

本文令相变光伏电池所接收到的太阳辐照度为Q、实验过程的总时间为T、肋片的横截面积（肋片的导热面积）为Ac，光伏电池表面玻璃的反射率为β。由于光伏电池表面所接收到的太阳光会发生二次反射，因此，光伏电池实际接收到的太阳辐照度为Q （1-β）。本文假设光伏电池处于稳态。

空压机就位→安装通风管(通风管末端安放在采空区顶板处)→料斗就位→送压、注砂→停机、量测→拔出通风管→安装砂泵→充填→封堵孔口。

网下教学是普通高校社区学院的基本教学方式。社区教育大讲堂、社区学习俱乐部是成员交流、沟通、学习的重要平台和阵地。社区学院要革新教育教学方法，实施参与式、探究式、讨论式、示范式、启发式、现场教学。报告、讲座、讨论、专题活动等都是有效的培训方式。

当相变材料的厚度分别为 5，10，20，30，40 mm时，光伏电池正面温度的变化情况如图6所示。由图6可知，对于带有肋片的相变光伏电池，随着相变材料的厚度逐渐增加，光伏电池正面温度的变化曲线逐渐平缓。因此，增加相变材料的用量，可以降低光伏电池正面温度的上升趋势。由图6还可看出，同一时间，随着相变材料厚度逐渐增加，光伏电池正面温度逐渐降低。此外，当相变材料的厚度为40 mm时，若控制时间为20～60 min，则光伏电池正面温度的变化曲线处于相对水平的状态，这是由于此时相变材料处于融化状态，相变材料温度略高于自身的熔点；若控制时间大于60 min，则光伏电池正面温度逐渐升高，这是因为此时相变材料已完全融化。

 

式中：t为肋片的温度；Φ˙为热源。

问卷调查结果显示出学生的跨文化能力比较欠缺,在态度和交往技巧方面问题较为严重,这些问题的存在将不同程度地影响学生与不同文化人群进行交际的质量。所调查的四大模块问题都与文化联系密切，其中非语言性因素占比最大。然而对于学习过《跨文化交际》课程的学生来说，跨文化能力明显强于其他学生，即便如此，这部分学生在实际的跨文化交际中仍然存在问题。由此可见，学生的外语素质亟待提高。

肋片计算区域的边界为x=0和x=H+h。此情况下，把通过上述边界交换的热量折算成整个截面的体积源项，取长度为dx的微元段进行分析，则肋片表面的总散热量为

 

本文分析了当模拟时间为60 min，相变材料高度为40 mm时，肋片几何参数对光伏电池温度的影响。本文令基板厚度与肋片高度之和为40 mm，基板的长度、宽度与光伏电池相等。

 

将式（3）代入式（1）可得，肋片的导热微分方程为

 

相应的边界条件为

3.用于句末表示疑问语气，句中往往有别的疑问词(也可以不用别的疑问词)，若有疑问词相呼应，译作“呢”；若无，译作“吗”；若是选择问句，译作“呢”；若是反问句，也可译作“呢”。[4]198-199上博楚简三篇中仅出现1例，且有疑问词“曷”与之相呼应，故译作“呢”。

 

式（4），（5）构成了光伏电池肋片及周围区域温度场的完整数学模型。

按照区、镇、村三级联动，实行“户分类、村收集、镇运输、区处理”的垃圾运行体系，统一管理，分层运作，逐步建立垃圾管理长效机制。城区周边镇村产生的生活垃圾可运往区垃圾填埋场处理；偏远山区镇村产生的生活垃圾可利用堆肥技术在当地实现资源化利用，或经镇级垃圾转运站压缩运至区垃圾填埋场进行无害化处理。

2 计算结果与分析

2.1 相变材料的相变过程

利用FLUENT软件进行数值模拟时，设定环境温度为25℃，太阳辐照度为800 W/m2。

若肋片的间距为4 mm，厚度为1 mm，高度为10 mm，当模拟时间为4 h时，普通光伏电池、相变光伏电池和带有肋片的相变光伏电池的温度分布情况如图5所示。

  

图4 当模拟时间为3 000 s时，相变材料的液化情况和温度梯度Fig.4 When the simulation time is 3 000 s，the liquefaction condition and temperature gradient of the phase change material during the phase change

2.2 相变材料和肋片对光伏组件温度的影响

当模拟时间为3 000 s时，相变材料的液化情况及其温度梯度的模拟结果如图4所示。由图4（a）可知，当模拟时间为3 000 s时，靠近太阳能电池板侧的相变材料已经由固体转化为液体；远离太阳能电池板侧的相变材料还未熔化；相变材料的中间区域为相变锋面，该区域的相变材料处于融化阶段。由此可知，当模拟时间为3 000 s时，相变材料并没有完全融化，这说明低温型石蜡的相变比焓较大，即发生固液相变时，所吸收或放出的热量较多。由图4（b）可知，靠近光伏电池背面的相变材料的温度为44.85℃；远离光伏电池背面的相变材料的温度与环境温度相等，为25℃。在距离光伏电池背面（2/3）s处，相变材料的温度几乎为石蜡的熔点温度，即此位置是固液共存的界面。

  

图5 当模拟时间为4 h时，不同光伏电池的温度分布情况Fig.5 When the simulation time is 4 h，the temperature distribution of different photovoltaic cells

由图5可知，普通光伏电池正面温度（靠近热源的一面为正面，远离热源的一面为背面）为84℃，相变光伏电池正面温度为67℃，由此可知，加入相变材料后，光伏电池的温度明显下降。光伏电池温度与光电转化效率的关系式为

 

式中：η0为标准状况下光伏电池的光电转化效率；Tc为光伏电池的温度。

据表6可知，巴西和美国的%TSE一直维持在1%以下，日本处于中间水平，但不超过1.5%，美国、日本、巴西的%TSE在2006-2016年有微弱的下降。中国的农业支持总量估计在四个国家中一直处于高峰，除了2008年因受金融危机影响，其他年份都在2%以上。说明中国的国民收入用来支持农业发展的比重大，中央财政预算负担加大。

由图（5）还可看出，带有肋片的相变光伏电池的正面温度为54℃。因此，肋片的使用有助于降低光伏电池的温度。

2.3 相变材料用量对光伏电池温度的影响

等截面直肋只有导热这一种热传递方式，导致其内部的热阻远小于相变材料与肋片之间的热阻，因此，本文忽略肋片内部的热阻。此时，肋片的温度只在高度方向发生变化。在肋片的高度方向上，取长度为dx的微元，通过计算得到肋片的传热微分方程为

根据热力学原理，光伏电池与相变材料之间的热传递能够促进相变锋面不断移动，从而维持相变过程的持续进行，这就使得光伏电池的正面温度和相变锋面温度产生差值，该温度差能够促使相变材料不断融化。

  

图6 不同相变材料用量条件下光伏电池正面温度的变化情况Fig.6 Temperature diagram of PV battery with different PCM dosage

2.4 肋片对光伏电池温度的影响

相应的肋片的微元体积为Acdx，由于肋片向相变材料传递热量，因此，肋片微元体积的热源为

（1）基板厚度对光伏电池温度的影响

当肋片间距为6 mm，肋片厚度为3 mm时，光伏电池背面温度随基板厚度的变化情况如图7所示。

  

图7 光伏电池背面温度随基板厚度的变化情况Fig.7 Effect of substrate thickness on temperature control of PV battery

由图7可知，随着基板厚度的增加，光伏电池背面温度的下降趋势逐渐变缓，直至趋于平缓，整体下降幅度较小。这是由于随着基板厚度逐渐增加，肋片热阻逐渐降低，但下降幅度较小。

（2）肋片间距对光伏电池温度的影响

(四)个案访谈：调查结束后，我们对部分留学生进行了访谈。参加访谈的留学生共有12名，其中初级班学生4名，中级班学生5名，高级班学生3名。本次访谈的目的有两个：了解学生对调查问卷的看法，以及选择某些题项的原因；了解他们对语用能力、语用失误及语用知识的教学等的看法，推断出他们的语用意识程度。

当基板厚度为5 mm，肋片厚度为3 mm时，光伏电池背面温度随肋片间距的变化情况如图8所示。

  

图8 光伏电池背面温度随肋片间距的变化情况Fig.8 Influence of fin spacing on temperature control of PV battery

由图8可知，当肋片间距由2 mm增大至10 mm时，光伏电池背面温度先降低后升高，最高温度和最低温度之间的差值约为2℃。当肋片间距为6 mm时，光伏电池背面温度较低。这是由于当肋片间距小于6 mm时，过小的间距会使得相变材料量减少，不能充分发挥相变材料的控温能力；当肋片间距大于6 mm时，随着肋片间距的增大，肋片数量随之减少，导致肋片与相变材料之间的接触面积减小。此外，当肋片间距大于6 mm时，会导致肋片的肋化系数较低，从而增大了光伏电池的表面热阻。因此，在设计带有肋片的相变光伏电池时，须确定合适的肋片间距。

（3）肋片厚度对光伏电池温度的影响

当基板厚度为5 mm，肋片间距为6 mm时，光伏电池背面温度随肋片厚度的变化情况如图9所示。

那段时日雨季绵长，我每天都痛苦地活在胡思乱想中。既有不甘心，不甘心就此与叶子错过；也有自卑，面对优秀的叶子和她对另一半的高标准配置望而却步了。时光就这样在神思恍惚中飞逝，再往前走，我便会濒临堕落的边缘。

企业应制定简洁的工作流程，这也是提高工作效率、缩短时间成本的一项措施。拖沓冗长的环节程序不仅会降低工作效率，还会影响外界与企业的正常衔接，产生不必要的时间成本。

由图9可知，光伏电池背面温度随着肋片厚度的增加而呈现出先降低后升高的变化趋势。这是由于若肋片过薄，则导致肋片的热阻较大，从而不利于肋片与相变材料之间换热过程的持续进行；若肋片过厚，则导致肋片的数量减少，使得肋片与相变材料的接触面积变小，这样也不利于肋片与相变材料之间换热过程的持续进行。因此，在设计带有肋片的相变光伏电池时，须确定合适的肋片厚度。

  

图9 光伏电池背面温度随肋片厚度的变化情况Fig.9 Influence of fin thickness on temperature control of PV battery

3 结论

为了研究相变材料和肋片对光伏电池温度的影响，本文利用FLUENT软件对普通光伏电池、相变光伏电池以及带有肋片的相变光伏电池的温度场进行数值模拟，并分析了相变材料的用量对光伏电池温度的影响，以及在相变材料用量一定的情况下，肋片的间距、厚度以及基板的厚度对光伏电池温度的影响。分析结果如下。

①相同太阳辐照度和环境温度条件下，相变光伏电池的温度低于普通光伏电池。肋片的使用有助于进一步降低光伏电池的温度。

近十年西部地区非遗保护措施与发展趋势（2007—2017年）………………………………………………………… 李 萍（5/53）

②肋片的厚度与间距对光伏电池温度影响较大。肋片的厚度与间距并不是越大越好，而是存在一个最优值。

③基板的厚度对光伏电池导热性能影响较小，因此，设计矩形肋片时，主要针对肋片的间距、高度和厚度。

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