分离式余热回收模块的设计与制造用于改造商用光伏组件：一种五迭代原型开发方法

《Case Studies in Thermal Engineering》：Design and fabrication of a separated-type heat recovery module for retrofitting commercial photovoltaic modules: a five-iteration prototyping approach

　　

传统光伏-光热（PVT）集热器采用单体结构，热吸收体与光伏组件永久层压，导致制造复杂、单组件不可维护、已装机光伏无法升级。研究人员从设计与制造角度提出一种分离式余热回收模块，可在商用光伏组件安装后贴附于背面。核心贡献为制造方法：吸收体经冲压成型与NoCoLok钎焊，工序由10道减至6道，形成自包含1 m2单元，可拼合匹配标准光伏尺寸。研究执行五迭代原型过程，每轮诊断前一轮主导损失机制（接触热阻、背面热损、板面平整度）并反馈设计。为证明同模块适配异质平台，将其贴附于小型建筑一体化光伏（BIPV）模块（1.21 m2）与标准玻璃-背板模块（2.79 m2），按ISO 9806与KS B 8297:2025测试。第五轮认证生产单元平均热输出161.2±17.5 W/m2（k=2），满足韩国无盖板PVT国标阈值150 W/m2的简易验收判定，且95%扩展不确定度区间与阈值重叠。对比主流商用集热器，该模块初热效率居无盖板PVT前列。结果确立可复现制造路线及在两代表平台的改造兼容性，为存量光伏转混合PVT提供实用路径。

研究背景方面，全球能源转型推动光伏-光热（PVT）技术发展，标准光伏组件仅约20%太阳辐射转为电，约70%变热并被浪费，同时抬升电池温度致使电效率线性衰减。现有PVT多为单体层压结构，制造依赖铜管折弯激光焊与层压机，工序多达10道、难自动化、韩国本土日产约10片且单2 m²模块成本约1,036,640韩元；该结构还阻碍已装机光伏改造、组件级维护与热应力脱层。韩国2025年10月31日发布KS B 8297:2025，首设无盖板PVT国检阈值（热功率≥150 W/m²且电效率模块≥17.5%），2026年起政策扩容，但进口无盖板PVT常不达标，市场亟需兼容存量、可量产且合规的分离式方案。研究人员据此开展分离式余热回收模块的设计-制造-认证研究，最终确立六工序冲压钎焊路线，第五代单元过KS认证，意义在于给存量光伏厂提供免替换光伏的PVT改造路径，并给单体PVT维护难题提供解耦思路。论文发表于《Case Studies in Thermal Engineering》。

关键技术方法上，研究人员采用五迭代原型法，每代锁定前代主导热损机制（接触热阻、背面热损、板平度）并回灌设计；吸收体制造用冲压成型+清洗+涂焊剂+NoCoLok钎焊+检漏试压+TiNOx选择性吸收涂层六工序，替代传统10道；贴附端用1.5 W/(m·K)导热硅胶接商用光伏背面，配15 mm丁腈橡胶或气凝胶毯背面保温；样本队列含5件：独立0.25 m²吸收体基线、1.21 m²玻璃-玻璃BIPV、2.79 m²玻璃-背板645 Wp配橡胶毡（样3）与气凝胶毯（样4）、2.79 m²玻璃-背板600 Wp认证单元（样5）；热测试在KIER的ISO/IEC 17025:2017认可户外台按KS B 8297:2025（承袭ISO 9806:2017）稳态法，5秒采数、5分均化、四档入口温度（约25/40/60/80 ℃）、光伏开路，由韩国能源署新能源中心独立发证。

研究结果部分，第一章引言指出单体PVT在制造、维护、改造三端受限，分离式架构将热件与电件物理解耦。第二章方法论中，2.1节给出分离式概念：1 m²自包含铝吸收体块可拼至2.79 m²，后端硅胶贴附商用光伏；2.2节六工序制造流程较传统去铜管折弯激光焊与层压；2.3节五样本矩阵显示样1无保温定基热吸收、样2验BIPV小板粘结、样3/4同尺寸换保温料、样5聚前四代改进（精冲压降接触热阻+气凝胶）；2.4节热测试边界中样5于2026年4月辐照1009.6–1073.8 W/m²、流量0.0508–0.0563 kg/s下取8个稳态点。摘要已载终样平均热输出161.2±17.5 W/m²（k=2），过150 W/m²简易验收且95%扩展不确定度区间跨阈；样3→样4换气凝胶毯降背面热损、样5再优冲压平面度与接触热阻，逐代热效抬升，证明接触热阻与板平度（非仅保温）为分离式架构主控变量；同模块在1.21 m² BIPV与2.79 m²玻璃-背板双平台均稳绑，证异质兼容性。讨论部分研究人员指出，分离式路线把制造工序10→6、单件可换、避层压脱层，给韩国KS B 8297:2025门槛提供可量产应答，也补文献长期缺“后装独立热回收单元制造路线”的空位；局限是热测试期光伏开路未连续监电、无流滞温背面绝缘升限未量化。结论翻译：所提分离式余热回收模块经五迭代锁定接触热阻与板平度为关键设计变量，六工序冲压NoCoLok钎焊路线可复现，终样在ISO 9806与KS B 8297:2025下达161.2±17.5 W/m²（k=2）并过无盖板PVT国检150 W/m²阈值，且在1.21 m² BIPV与2.79 m²玻璃-背板两商用平台验证后装兼容，为存量光伏转混合PVT提供制造与认证双闭环路径。