光伏組件強(qiáng)化空冷散熱裝置實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

王穎佳，閆 文，劉 狀，謝世列，鄒 政，龔恒翔，鄒 麟

（1.重慶房地產(chǎn)職業(yè)學(xué)院，重慶 401331；2.重慶理工大學(xué)，重慶 400054；3.慶鈴汽車（集團(tuán)）有限公司，重慶 400052）

0 引 言

太陽(yáng)能電池在標(biāo)準(zhǔn)情況下（太陽(yáng)輻射強(qiáng)度1000，工況溫度25 ℃）光電轉(zhuǎn)化效率為12%～17%[1]。溫度每升高1℃，光電轉(zhuǎn)化效率下降0.5%。因此，將太陽(yáng)能電池的溫度控制在合適范圍內(nèi)意義重大。以太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電技術(shù)[2-3]與太陽(yáng)能通風(fēng)技術(shù)[4]為參考，提出一種基于太陽(yáng)能煙囪效應(yīng)的新型強(qiáng)化散熱裝置，介紹了其硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)的功能實(shí)現(xiàn)。

1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建如圖1所示。光伏組件由科萊能源公司生產(chǎn)，光伏板規(guī)格為630×550×30，最大輸出功率、電壓、電流分別為50 W、18.2V、2.75 A。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及探頭布置

溫度傳感器安裝在光伏板后和其他相關(guān)的關(guān)鍵位置，如圖2所示。圖2中可以看到4個(gè)溫度傳感器在每塊光伏板背面的位置。

圖2 溫度傳感器的位置

2 上位機(jī)與采集裝置的通信

采用集中監(jiān)控的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控，其總體結(jié)構(gòu)框架如圖3所示。

上位機(jī)和溫度采集模塊（TAM18B20—8L）用作從屬設(shè)備，與上位機(jī)采用串口通信。在該實(shí)驗(yàn)中，對(duì)多個(gè)不同的測(cè)量點(diǎn)采集溫度數(shù)據(jù)，并在監(jiān)測(cè)界面上顯示實(shí)際溫度值，并在監(jiān)測(cè)界面繪制實(shí)際溫度動(dòng)態(tài)曲線。需要注意，實(shí)際溫度存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。

KLM-4118是一種集采集和通信于一體的模擬采集模塊。輸入4～20 mA直流電流信號(hào)的8個(gè)通道，通信可以是RS-232或RS-485/422接口。它適用于傳感器信號(hào)的采集和后級(jí)儀表設(shè)備之間的通信傳輸，能夠滿足不同行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的需求[5]。

3 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)傳感器采集所需的實(shí)際信息，通過一系列數(shù)據(jù)傳輸，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)采集到PC上存儲(chǔ)并顯示在PC的人機(jī)界面上，可實(shí)時(shí)觀察測(cè)量值的變化。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件功能如圖4所示，人機(jī)交互界面如圖5所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集總體結(jié)構(gòu)

圖4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件功能

圖5 人機(jī)界面

如圖5所示，在人機(jī)界面上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)。在區(qū)域1中實(shí)時(shí)顯示各測(cè)量點(diǎn)的溫度，區(qū)域2是風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)，區(qū)域3是程序開發(fā)的細(xì)節(jié)，區(qū)域4是串行通信的初始化參數(shù)，區(qū)域5用來顯示實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)，區(qū)域6顯示返回值檢測(cè)，區(qū)域7為歷史數(shù)據(jù)查詢。用Excel進(jìn)行存儲(chǔ)，可以快速有效地處理后期數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 論

本文介紹了用于光伏組件被動(dòng)式空冷散熱裝置的軟硬件設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括傳感器的選擇和裝置的安裝，同時(shí)詳細(xì)描述了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上、下位機(jī)的通信方式和人機(jī)界面的實(shí)現(xiàn)。此外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)各種傳感器采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取和采集，對(duì)光伏模塊的增強(qiáng)型空冷散熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。