Влияние температуры

оток тепла аналогичен току проводимости в электрической цепи. При теплопроводности движущей силой, перемещающей тепло в материалах с различным термическим сопротивлением, является разность температур, тогда как в электрической цепи по аналогии течение тока вызывается наличием разности потенциалов в материале с определенным термическим сопротивлением. Поэтому соотношение между теплом и температурой описывается уравнением похожим на уравнение, связывающее напряжение и ток через резистор. Если тело однородно и находится в равновесии, уравнение теплопроводности записывается так:

Где
Pheat — это тепло (энергия), вырабатываемое ФВ модулем; подробнее в пункте «Генерация тепла в ФВ модулях»
F — термическое сопротивление испускающей тепло поверхности в °C Вт-1
ΔT — разность температур между двумя материалами в °C.

Термическое сопротивление модуля зависит от толщины материала и его удельного термического сопротивления (или удельной теплопроводности). Тепловое сопротивление аналогично электрическому сопротивлению и записывается как

Где
А — площадь поверхности проводящей тепло
l — длина материала, через который проходит тепло
k — коэффициент теплопроводности в Вт м −1 °C-1

Для расчета теплового сопротивления более сложных структур отдельные коэффициенты складываются последовательно или параллельно. Например, тыльная и лицевая поверхности передают тепло от модуля в окружающую среду, и суммарный коэффициент теплопроводности можно рассчитать по закону параллельного сопротивления. С другой стороны тепловые сопротивления инкапсулятора и стекла нужно складывать последовательно. Диаграмма термического сопротивления простого ФВ модуля без учета проводимости рамки и краевых эффектов показана ниже.

Где
А — площадь соприкосновения между двумя материалами
h — коэффициент конвекционного теплообмена в Вт м −2 °C-1
ΔT — разность температур между двумя материалами в °C

В отличие от термического сопротивления рассчитать h прямыми способами довольно сложно, поэтому его обычно получают эмпирическим путем для определенных сочетаний материалов и условий.

Где
P — энергия в виде тепла, созданного в ФВ модуле
σ — постоянная Стефана-Больцмана, приведенная в пункте «Постоянные»
T — температура солнечного элемента в К

Однако, ФВ модуль не является абсолютно черным телом, поэтому для учета этого обстоятельства в уравнение абсолютно черного тела вводится излучательная способность, , материала или объекта. Излучательная способность идеального излучателя (или поглотителя) равна 1. Излучательную способность можно часто оценить по поглощающим свойствам, так как эти два свойства часто очень похожи. Например, металлы, которые не очень хорошо поглощают, так же и не очень хорошо испускают (с коэффициентом 0.03). Включая излучательную способность в уравнение испускаемой энергии, получим

Где
ε -излучательная способность поверхности

Общая потеря тепла в модуле в результате излучения равна разности между теплом, полученным извне и теплом, излученным в окружающую среду:

Где
Tsc — температура солнечного элемента
Tamb — температура окружающей среды

Поток излучения на поверхности элемента = 800 Вт/м2
Температура воздуха = 20°C
Скорость ветра = 1 м/с
Установка — свободная задняя поверхность

Уравнения для солнечного излучения и разности температур между модулем и воздухом показывают, что потери тепла в результате теплопроводности и конвекции линейно зависят от падающего излучения при постоянной скорости ветра и при условии, что термическое сопротивление и коэффициент теплопроводности не сильно зависят от температуры. Номинальные рабочие температуры в лучшем и худшем случаях, а также для среднего ФВ модуля показаны ниже. Лучший случай подразумевает наличие на задней поверхности охлаждающих алюминиевых пластин, которые уменьшают термическое сопротивление и увеличивают площадь поверхности на которой происходит конвекция.

Температура увеличивается, относительно окружающей среды, с увеличением интенсивности солнечного излучения для различных видов модулей (Ross and Smokler). Лучший из модулей имел номинальную рабочую температуру 33 °С, худший — 58 °С, и типичный модуль — 48 °С. 

 Расстояние между элементами при расширении увеличивает параметр δ равный: 

     , где 

αGαC — коэффициенты расширения стекла и элемента
D — ширина элемента
C — расстояние между центрами элементов

Обычно коннекторы между элементами используются так, как показано на изображении. Для предотвращения повреждений, вызванных усталостью от таких деформаций, используются двойное соединение.

Кроме напряжения, возникающего в соединителях, все соединения в модуле подвержены циклическому температурному напряжению, которое может вызвать деламинирование.