以太陽能為代表的可再生能源新技術應用前景廣闊[1]，其中光伏建筑一體化(BIPV)已經成為一種主要的光伏應用形式，它可以有效地利用屋頂[2]及外圍護結構等建筑外表面，無需額外用地;還可以緩解電力需求，降低室內空調負荷，改善室內熱環境等[3]。但是太陽能光伏電池組件的發電效率并不高，而且隨著其工作環境溫度的上升而下降[4]。在太陽能電池與建筑相結合設計中，應當尤為注意太陽能電池的通風降溫設計，以避免太陽能電池溫度過高造成發電轉換效率大幅降低。

　　文[5]對太陽輻射作用使太陽能電池與幕墻玻璃表面溫度升高的問題進行了研究，結果表明利用“煙囪效應”將通道內的熱氣流引導出建筑，可以帶走部分熱量對建筑進行有效隔熱。本文將光伏電池陣列與雙層玻璃幕墻結合起來，利用熱氣流通風有效降低太陽能電池板的工作溫度，進而保持太陽能電池較高的發電轉換效率。本文還設計了實物模型試驗，對一段時間內的太陽輻照度和熱通道氣流溫度、速度以及光伏電池組件表面溫度、工作電壓電流等變化進行測試，對計算與實驗結果進行對比分析。

　　1. 太陽能光伏電池轉換效率及溫度特性

　　因為硅對光線不能做到100%的吸收，存在一定的折射和反射;而進入硅晶體的光能也會受到硅禁帶寬度的限制，有一部分變成熱能損失掉了，再加上電子-空穴對的復合損失和串、并聯電阻的損失，致使的光電轉換效率進一步下降。一般來說硅型太陽能電池理論上最大光電轉換效率為22%，但實際使用只能達到10%~18%左右[6]。

　　太陽能光伏電池的特性參數通常都是在標準測試條件[7]下測出來的(即：太陽能電池溫度25±2℃，光源輻照度為1000W/m2，并具有AM1.5太陽光譜輻照度分布條件)，而在實際工作狀態下太陽能電池的發電效率比標準測試條件下的為低。太陽能電池工作溫度、太陽輻射照度、組件光學損失和入射光譜變化等四個影響光伏電池組件實際工作性能因素中，溫度的影響在大多情況下是最為關鍵的，所以對太陽能電池的散熱性能進行分析和改善是很有必要的。

　　太陽能電池的溫度特性是指太陽能電池工作環境和電池吸收光子后使自身溫度升高對電池性能的影響，主要反映在太陽電池的開路電壓、短路電流、峰值功率等參數隨溫度的變化而變化上。轉換效率指受光照太陽電池的最大輸出功率與入射到該太陽電池上的全部輻射功率的百分比：

　　式中為太陽全部輻射功率(入射到太陽電池板)； ，即太陽能電池I-V特性曲線上，最大功率點M所對應的最大輸出電壓和最佳工作電流之積(見圖1所示) 。

圖1 太陽能電池I-V特性曲線

　　實際計算時，轉換效率也可用積分方式表示[8]：

　　式中為短路電流；為開路電壓；FF為填充因子，即最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比。

　　由式(2)可見，太陽能電池只能將入射的太陽輻射中的一小部分能量轉化為電能，剩余的大部分能量都被轉化為熱量。太陽能電池的工作溫度是由當地氣象條件決定的，日照使其溫度上升，一般都高于環境溫度。晶體硅太陽能光伏電池工作在溫度較高情況下，開路電壓隨溫度的升高而大幅下降，短路電流隨溫度升高而上升，電池的實際輸出功率隨溫度的升高大幅下降，轉換效率則隨溫度升高而下降，致使太陽電池組件不能充分發揮最大性能(見圖2所示)。同時，高溫環境還能導致充電工作點的嚴重偏移，易使系統充電不足而損壞。太陽能電池溫度每升高1℃，其峰值功率損失率約為0.35~0.45%，因此工作在20℃條件下的硅型光伏電池輸出功率要比工作在70℃時高20%左右[9]。

　　此外，在陽光跟蹤自動控制條件下，太陽能電池總是以最優角度朝向太陽，會接受到更高密度的太陽輻射。為了保證太陽能電池仍然高效穩定地工作，對太陽能電池進行適當的散熱處理是十分必要的。自然通風降溫可使太陽能電池工作溫度降低，有利于太陽能電池轉換效率的提升[10]，但對空間面積和結構牢固等要求較高，不能大面積使用。其他研究降低太陽能電池工作溫度的技術措施也有很多[11]，但相對成本都較高，客觀上阻礙了光伏發電的廣泛應用。

圖2 晶體硅太陽能光伏電池組件溫度特性曲線

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