光伏电池板（PV）运行面临的主要障碍之一是由于过度的太阳辐射和高环境温度造成的过热。过热会极大地降低电池板的效率。

　　图中显示了温度变化在0℃和75℃之间的太阳能电池的理想P-V特性。PV特性是太阳能电池的电力输出P和输出电压V之间的关系，同时太阳辐射度E和模块温度Tm保持不变。如果这两个因素中的任何一个，即Tm和E发生变化，整个特性就会改变。该模块的构造使空气可以在电池板下流动，以便通过自然对流最大限度地冷却。研究发现，太阳能系统的几何形状和结构对电池板的冷却效果有很大影响。通过对PVT/空气系统进行了设计，研究了强制或自然对流对光伏组件的冷却效果。在自然对流的情况下，光伏组件的温度在晴天的下午可以达到12℃。

　　研究发现，带翅片的PVT/空气系统能产生最高的热输出。我们把水作为冷却剂来提高太阳能板的效率，为此目的设计了两个小型太阳能电池板原型。一个原型没有冷却，另一个通过使用风扇喷水来冷却。结果发现，有水冷却的太阳能电池板比没有冷却的电池板产生更多的能量。然而，使用风扇喷水冷却并不是一种有效的方法，因为水不会被喷到整个面板上，因此，光伏面板的某些部分不会被冷却，而且这种方法会导致非常高的水损失。

　　该冷却系统由一个蒸发器部分和一个冷凝器部分组成。来自太阳的输入热量使蒸发器部分内的液体汽化，然后蒸汽通过冷凝器部分，最后，冷凝器部分使用空气或水进行冷却。因此，热管可以将热量从太阳能电池板转移到空气或水中，这取决于系统的情况。使用空气作为冷却剂被发现可使太阳能电池温度降低4.7℃，并使太阳能电池板效率提高2.6%，而使用水作为冷却剂被发现可使太阳能电池温度降低8℃，电池板效率降低3%。因此，水的冷却被发现比空气的冷却更有效。从上述调查中可以得出结论，使用水作为冷却剂被发现比使用空气更有效。

　　因此，本研究的目的是建立一个基于水的冷却系统，以最少的水和能源解决太阳能电池过热的问题。为了最大限度地减少冷却光伏电池板所需的水和能源，使用了一个加热率模型来确定需要多长时间才能将电池板加热到允许的最高温度极限，从而获得最大的能源产量。加热率模型是基于操作条件，即太阳辐射、环境温度和日出时的环境温度。基于这个模型，可以确定何时开始冷却光伏板。一个数学模型被开发出来，以确定需要多长时间将光伏板冷却到正常工作温度。这个模型将在整个报告中被命名为冷却率模型。冷却率模型用于最小化光伏板所需的冷却时间，以此来最小化冷却所需的水和能源。加热率和冷却率模型在实验中得到验证。根据加热率和冷却率模型来确定MAT，这样它可以导致最大的能源产量。

　　光伏电池板的冷却频率是由电池板的加热率决定的。因此，通过计算模块温度与时间的关系，可以指定光伏板的加热率，从而可以指定冷却频率。模块温度Tm是通过以下众所周知的公式来计算：（1）组件温度基于环境条件，即太阳辐照度E，环境温度Tamb。NOCT是日出时间环境空气温度的一个函数，如下所示：（2）从公式（1）可以得出结论，光伏板的加热率，Tm取决于以下几点：(i)环境温度，(ii)辐照度，和(iii)NOCT。NOCT是一个恒定值，而辐照度和环境温度是时间的函数。因此，模块温度将是太阳升起和日落之间的时间函数。在日出和日落之间测量了太阳辐照度、环境空气温度和组件温度。模块温度Tm已经用公式（1）计算出来，并与测量的模块温度进行比较。

　　图中显示了计算和测量的模块温度。计算出的模块温度与测量出的模块温度之间的差异不超过5%。因此，可以得出结论，公式（1）可以用来确定组件温度与环境条件的关系，这样就可以在组件温度达到MAT时，确定何时开始冷却光伏板。对模块温度进行了线性拟合，以确定光伏板的加热率，dTm，即曲线的斜率。如图所示，太阳能电池的加热率被发现为6℃/h或0.1℃/min。

　　假设离开面板的水温与冷却后的面板温度相同，即35℃。DTw被假设为等于从面板向水箱流出的热水温度和离开水箱的水温之间的差异，即分别为35°C和25°C。假设DTw=DTg=10°C.可以得出这样的结论从图中可以看出，随着流速的增加，冷却太阳能光伏板所需的时间会减少。如果泵以29升/分钟的流量向光伏板喷水，这将导致光伏板在4.7分钟内从45℃的MAT冷却到35℃。在这种情况下，可以得出结论，光伏板的冷却速度是2.0°C/分钟，喷水应该在4.7分钟后停止。

　　我们开发了一个实验装置，研究水的冷却对光伏电站的光伏板性能的影响。该光伏电站安装在埃及的开罗德国大学（GUC），该电站的总峰值功率为14千瓦。光伏电站的建立是为了调查在不同气候条件下最新的市场可用光伏模块技术的能量可用性和性能。类似的电站还在另外两个地方建造，即德国的斯图加特和欧洲南部。实验装置包括6个由BpSolar制造的光伏组件。光伏组件的电气和物理特性如表1所示。

　　如图所示，已经建立了一个冷却系统。这个冷却系统由以下6个主要部分组成：1、六个光伏组件，每个峰值输出为185瓦；2、铝制水箱的容量为0.3米；3、1马力输入功率的离心泵；4、一级工业透明滤水器；5、120个喷嘴，用于在面板上喷水；6、排水管收集水。

　　水泵通过吸水管将水从水箱中间吸走，以避免吸走任何灰尘。吸水管由一个止回阀和一个过滤器组成，以避免吸食大颗粒而损坏水泵。吸入的水通过水过滤器，然后，它被喷洒在光伏组件上进行冷却。如图所示，水是通过安装在组件上侧的水喷嘴喷出的。之后，水用于冷却水通过排水管收集在光伏组件的下部，然后，它返回到水箱，这样，水循环是封闭的。这种设计是为了最大限度地减少水的消耗，这在沙漠地区是至关重要的。水箱被埋在地下，以避免被太阳辐射加热，同时也通过周围的地面冷却水箱内的水。来自光伏板的热水由于与水箱内的大量冷水（即250公斤水）和周围的地面混合而被冷却，因此，冷却水的温度被假定为恒定在25℃。

　　对太阳能电池板进行了冷却，以确定冷却和过热对性能的影响太阳能电池。太阳能电池板的冷却在6月和7月各进行了1天，冷却体验从上午11:00开始到下午2:00，使用的水流量控制在29升/分钟。所做的实验是在6月和7月进行的，因为这是一年中最热的时期，所以在一年中的这个时期成功地冷却了太阳能电池板，意味着使用拟议的冷却系统，将有可能在一年中的其他时间冷却电池板。冷却过程大约每15分钟重复一次，其中光伏电池的冷却时间为每次5分钟。

　　据观察，每个月因蒸发而损失的水约为水箱中初始总水量的5%。因此，可以得出结论，该系统适用于安装在沙漠中的光伏站。光伏板的效率通过以下方式计算（3)其中Pmax（W）是光伏板产生的最大功率，IA是入射到光伏板上的太阳辐照度。产生的最大功率是使用扰动和观察算法来估计，太阳辐照度是使用位于电池板顶部的金字塔测量。

　　面板的温度分布是用位于面板背面的热电偶测量的。输出功率、太阳能辐照度和温度都是通过一个数据采集器监测的。从本研究中使用的光伏板的数据表中也可以发现，最大功率工作点的温度系数为-0.5%/°C，这意味着太阳能电池温度上升10°C会导致太阳能电池效率下降12.5%。冷却系统被用来解决过热问题，从图中可以看出，冷却系统运行5分钟后，太阳能电池温度下降10℃，太阳能电池效率提高12.5%。

　　因此，可以得出结论，所提出的冷却系统可以解决由于过度的太阳辐射而导致的光伏电池板过热问题，并通过尽可能少的水保持电池板的效率在一个可接受的水平。据观察，与未使用该系统的日子相比，使用冷却系统时，光伏板变得干净。可以得出这样的结论：在炎热和多沙的地区，如中东和北非的沙漠，有可能清洁和冷却光伏电池板，那里会发生大量的沙尘暴，并在电池板上覆盖一层灰尘，从而掩盖了太阳辐射，降低了电池板的效率。

　　最大允许温度（MAT）的选择是基于将电池板的效率维持在一个可接受的水平，并使水和能源的使用量最小。通过水来冷却光伏板，温度每上升1℃，就会导致光伏板产生的能量被水泵的持续运行所消耗。因此，本研究的目的是通过分析找出何时开始冷却，即MAT，以保持光伏板的效率而不浪费能源。所进行的分析可用于任何不同条件下的其他光伏板。在四种情况下，即40℃、45℃、55℃和65℃，使用不同的MAT计算输出能量。

　　在每种情况下，太阳能光伏电池板都被放置在过热的地方，直到达到MAT，然后，电池板被冷却到正常工作温度，即35℃。这个循环重复180分钟。温度变化是根据6月和7月的测量结果，以-2℃/分钟的冷却速率和0.5℃/分钟的加热速率来计算的。光伏电池板的功率变化是根据电池板的温度变化及其温度系数计算的，即-0.5%/°C，这表明温度每上升1°C，对应的效率和功率输出就会下降0.5%。考虑到在35°C时的起始输出功率为790W，并考虑到光伏板的输出功率与时间的关系，对每种情况进行了计算。

　　计算结果绘制在图中。然后通过计算图中所示的功率曲线下的面积来计算输出能量。光伏板的净输出能量的计算是基于从能量输出中减去能量输入，其中能量输入是在冷却期间运行水泵所需的电能。

　　图中描述了光伏板的净能量输出与MAT的关系，。可以得出结论，最佳的MAT是45℃，这产生了最高的输出能量。此外，预计，随着MAT值的增加，冷却操作期间的水蒸发率将增加，因此，需要更多的水消耗。因此，可以得出结论，选择MAT为45°C是冷却太阳能光伏板的最佳值，而且用水量和能源用量最少。

　　这项研究的目的是使用最少的水和能源来冷却光伏板。我们开发了一个非加压的冷却系统，该系统基于偶尔向光伏板喷水的方式。已经开发了一个冷却率模型，以确定通过喷水将光伏板冷却到其工作温度需要多长时间。一个数学模型被用来确定光伏板的加热率，以确定何时开始冷却。我们已经开发了一个实验装置来验证这两个模型，即加热和冷却率模型，并研究冷却对光伏板性能的影响。

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　　从这项研究的结果可以得出以下结论；1、在炎热和多尘的地区，有可能使用所提出的冷却系统来冷却和清洁光伏板；2、根据相关的操作条件，太阳能电池的冷却速率为2℃/分钟，这意味着冷却系统将每次运行5分钟，以使组件温度降低10℃。冷却率模型的结果显示与实验测量结果有很好的一致性；3、加热速率和冷却速率模型都得到了实验验证。4、如果在光伏电池板的温度达到最大允许温度（MAT），即45℃时开始冷却电池板，那么光伏电池板将产生最高的输出能量。