基于复杂树状翅片结构增强相变材料性能以提升太阳能光伏板效率的研究

本综述系统探讨了利用复杂翅片结构增强相变材料（PCM）的热管理性能，以提升光伏（PV）面板的发电效率。研究表明，45°双分支树状翅片（C1）配置可使PCM熔化时间缩短17.1%，光伏效率提升2.4%，为太阳能系统热管理提供了创新性解决方案。

　　

Highlight

物理描述光伏-相变材料系统（Physical description of the PV-PCM system）

开发了集成相变材料（PCM）散热器的光伏（PV）面板二维数值模型。该系统包含标准光伏层（玻璃、EVA层、硅片、Tedlar背板）及相邻的矩形PCM填充腔体，腔内布置多种几何形状的铝制翅片。物理模型及研究的翅片构型如图1所示，具体尺寸展示于图2。

本研究采用商用级光伏面板，其光学与热物理参数详见表2。相变材料选用RT25型石蜡，其热物性参数见表3。所有翅片均由铝材制成，相关属性参见表4。

结果与讨论（Results and discussion）

本研究探讨了翅片构型对光伏/光热（PV/T）系统性能的影响，涵盖电能与热能输出。热管理单元包含RT25型相变材料（PCM）及四种铝翅片构型：基础板式翅片（BC）、45°双分支树状翅片（C1）、90°双分支且延伸至单元中部的树状翅片（C2）、以及90°双分支带圆角且长度超越单元中心的树状翅片（C3）。通过COMSOL Multiphysics软件进行计算流体动力学（CFD）模拟，分析了温度分布、熔化分数、光伏效率等关键参数。结果显示，C1构型在提升PCM熔化速率（缩短17.1%熔化时间）和光伏效率（提升2.4%）方面表现最优，其独特的分支设计显著增强了热传导表面积与流体扰动。

结论（Conclusion）

冷却光伏面板对提升其效率及产生可利用的余热至关重要。相较于直接使用水或空气冷却，相变材料（PCM）通过相变过程更高效地吸收光伏废热，优势显著。本研究通过两种分支角度（45°与90°）的树状翅片构型增强PCM单元性能，采用COMSOL Multiphysics软件进行CFD模拟。结果表明，翅片几何形态显著影响热管理效能，其中C1构型（45°双分支）展现出最优的综合性能，为光伏热管理系统设计提供了重要理论依据。