《Solar Energy Advances》：Experimental investigation of PV Panel using cupric oxide nanofluid and aluminum fin cooling techniques in Kalaburagi’s hot and dry climate
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温度与太阳辐射对光伏（PV）板的性能具有显著影响。在本实验研究中，研究人员在相同运行条件下评估了两种热管理方法。一块光伏板采用通过集成螺旋换热器的集热器循环氧化铜（CuO）纳米流体进行冷却，而第二块板则采用被动式铝翅片冷却。研究人员基于温度行为和电效率对这两种
温度与太阳辐射对光伏（PV）板的性能具有显著影响。在本实验研究中，研究人员在相同运行条件下评估了两种热管理方法。一块光伏板采用通过集成螺旋换热器的集热器循环氧化铜（CuO）纳米流体进行冷却，而第二块板则采用被动式铝翅片冷却。研究人员基于温度行为和电效率对这两种冷却系统进行了考察。CuO纳米流体冷却的光伏板平均运行温度为32.5 °C，低于铝翅片光伏板记录的44.7 °C。因此，CuO纳米流体冷却板的平均总功率输出为91 W，高于铝翅片板的85 W。类似地，集成铝翅片冷却和CuO纳米流体冷却的光伏板平均电效率分别为23.6%和25.1%。然而，在计入12 V循环泵的辅助功耗后，主动式CuO纳米流体冷却的净电效率变得与被动式铝翅片板相当。在Kalaburagi的炎热干燥气候条件下，被动式铝翅片冷却方法表现出无需辅助功耗即可实现有益热管理的能力，使其成为一种简单、经济且节能的光伏应用冷却解决方案。尽管主动式CuO纳米流体冷却系统相对更昂贵且复杂，但在相同气候条件下，它提供了增强的热管理，显著降低了光伏运行温度并提高了总电性能。
**论文解读：基于氧化铜纳米流体与铝翅片冷却的光伏板热管理实验研究**
**研究背景与问题**
太阳能光伏（PV）技术作为可再生能源的核心组成部分，在应对能源安全与气候变化中扮演关键角色。然而，光伏板的性能受温度影响显著：高温会降低其电效率，尤其在炎热干燥气候下，热积累成为限制系统输出的主要瓶颈。现有研究表明，主动冷却（如纳米流体循环）与被动冷却（如翅片散热）是缓解此问题的两类主要策略。然而，先前研究多将两类方法分开考察，缺乏在相同实验条件下的直接比较，且针对印度Kalaburagi这类半干旱、高太阳辐射地区的具体数据尚属空白。为此，本研究旨在同一户外环境下对比氧化铜（CuO）纳米流体主动冷却与铝翅片被动冷却对光伏板温度及电性能的影响，为区域气候适应性冷却方案提供依据。该论文发表于《Solar Energy Advances》。
**主要技术方法**
研究人员采用两块同型号的100 W多晶硅光伏板（制造商：Zunsolar），在Kalaburagi市（北纬17.33°，东经76.83°，海拔454 m）的屋顶进行户外实验。主动冷却系统由铜板集热器（0.76 m × 0.58 m）、蛇形铜管（总长8.53 m，外径9.5 mm）及螺旋热交换器（2.35 m，约8圈）组成，循环3 wt% CuO水基纳米流体（纳米颗粒粒径20–50 nm），通过12 V潜水泵驱动（流量2 L/min）。被动冷却系统则在后背板粘贴8根纵向铝翅片（6根长0.92 m，2根长0.80 m，宽0.06 m，厚1 mm），间距45 mm，依靠自然对流散热。实验于2025年12月23日晴天进行，从9:00至16:00每30分钟记录温度、太阳辐射、电压及电流。仪器包括E-PYRA 300C太阳辐射传感器（精度±3%）、MSPT 100C组件温度传感器（精度±0.5 °C）、双LED数字电压表及电流表（精度±1%），数据由16通道数据记录仪（Scanlog，精度±0.25%读数±1 LSD）采集。
**研究结果**
**3.1 冷却对光伏板温度的影响**
在13:00时（太阳辐射705.4 W/m2），CuO纳米流体冷却板温度为33.8 °C，而铝翅片板为46.9 °C。整个测试期间，CuO纳米流体冷却板平均温度32.5 °C，铝翅片板为44.7 °C，温差达12.2 °C。CuO纳米流体冷却板相对铝翅片板的温度下降百分比最高达约27%（基于公式5计算）。
**3.2 电性能分析**
CuO纳米流体冷却板的平均总功率输出为91 W，铝翅片板为85 W；在13:00时分别达到95.94 W和89.26 W。扣除泵耗（42 Wh/天）后，CuO纳米流体冷却板净平均功率约85 W，与铝翅片板（85 W）相当。CuO纳米流体冷却板平均电效率为25.1%，铝翅片板为23.6%。电效率与太阳辐射的关系通过二次多项式拟合，CuO纳米流体板R2=0.98，铝翅片板R2=0.99，表明CuO纳米流体冷却在高辐照时维持了更优效率。
**3.3 气候条件对光伏/热系统性能的影响**
Kalaburagi的炎热干燥气候（高辐照、高温）加剧了热积累。CuO纳米流体冷却因高导热性（CuO纳米颗粒导热系数20 W/mK，基液水0.62 W/mK）更有效地降低板温，在峰值辐照时段优势尤为突出。
**3.4 结果不确定性**
功率测量不确定度约±1.41%，电效率测量不确定度约±3.32%。CuO纳米流体板与铝翅片板效率差异（1.5%）的传播不确定度为±4.70%。
**3.5 统计分析**
配对t检验显示，CuO纳米流体冷却板与铝翅片板在温度、功率、效率上差异显著（p值均远小于0.05，α=0.05）。平均差异：功率5.68 W，效率1.53%，温度-12.27 °C。
**3.6 成本效益分析**
主动冷却系统初始成本高（含泵、纳米流体、热交换器），运行需额外功耗，维护需求中等；被动冷却系统成本低、无运行能耗、维护可忽略。CuO纳米流体板日总电能产量637.36 Wh，扣除泵耗42 Wh后净产595 Wh，与铝翅片板（597.61 Wh/天）几乎相同，净电能增益不显著。
**3.7 可扩展性与实际应用**
CuO纳米流体冷却系统可扩展至大型光伏系统，需优化泵、管道及热交换器设计以降低压降和粘度影响。长周期运行需关注纳米流体稳定性、颗粒沉积及维护。
**讨论与结论**
本研究在Kalaburagi炎热干燥气候下实验对比了CuO纳米流体主动冷却与铝翅片被动冷却的效果。结论部分指出：（1）CuO纳米流体冷却使板平均温度相比铝翅片冷却降低约12 °C，更有效地提升热传递和电功率输出；（2）铝翅片冷却简单经济、无需辅助能耗，但不适用于高温环境（平均温度44.7 °C），而CuO纳米流体冷却虽昂贵且复杂，但实现了更优的温降（32.5 °C）和更高的总电性能；（3）被动冷却在午前降温效果优于午后，主动冷却则全天均有效；（4）CuO纳米流体冷却板平均总功率91 W、电效率25.1%，高于铝翅片板的85 W和23.6%，但扣除泵耗后净电能增益与被动冷却相当；（5）未来研究可探索增加翅片数量、形状，采用强制对流，换用其他纳米流体，并开展长期测试、经济分析及CFD建模。
