[发明专利]具有自发冷却功能的太阳能电池玻璃及工作温度设计方法

说明书

本发明公开了一种具有自发冷却功能的太阳能电池玻璃及工作温度设计方法，带有自发冷却功能的太阳能电池玻璃，结构更加稳定，具有良好的辐射制冷效果。所述太阳能电池玻璃，其特征在于，包括玻璃本体，在所述玻璃本体朝向阳光的一面设有凹孔微结构，所述凹孔微结构呈周期性阵列分布；所述凹孔微结构的深度、半径、晶格常数均属于微米级。

技术领域

本发明属于辐射制冷领域，具体涉及一种具有自发冷却功能的太阳能电池玻璃及工作温度设计方法。

背景技术

太阳和外太空是地球最重要的热源和冷源，也是维持地球能量平衡的重要保障。目前，太阳能利用技术已经比较成熟，例如商业化的光伏发电和中低温集热技术发展迅速；相比之下，人们对低温外太空的开发利用明显不足。近年来，基于外太空低温冷源特性的天空辐射制冷(Radiative sky cooling,RSC)技术凭借其独特的被动制冷和散热特性引起了学者们的广泛兴趣，从而被不断开发和利用，成为可再生能源技术的新秀之一。相比于传统制冷方式，太阳能电池的辐射散热是一种完全被动式的冷却方式，成本低，无任何机械操作，无任何移动部件，可靠性好。太阳能电池辐射散热的本质是通过强化太阳能电池在4-25μm波段，尤其是8-13μm(大气窗口)波段的发射率，将太阳能电池本身的废热通过热辐射的方式散失至周围环境、低温大气层以及超低温外太空，因此该冷却方式是一种完全被动式的方式。同样，高透辐射制冷薄膜可以用在建筑玻璃上，达到被动式降温的效果。

目前，使用在太阳能电池上的辐射制冷微结构基本上是由高分子材料制作的向上凸起结构并暴露在空气中，由于摩擦损耗或其他因素，凸起部分将逐渐变平，从而导致大气窗口内的辐射制冷效果变差。因此，亟需要开发一种寿命更长的新型微结构。

发明内容

针对现有辐射制冷微结构凸出，容易损耗的问题，本发明要解决的问题是设计带有自发冷却功能的太阳能电池玻璃，结构更加稳定，具有良好的辐射制冷效果。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用以下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种具有自发冷却功能的太阳能电池玻璃，包括玻璃本体，在所述玻璃本体朝向阳光的一面设有凹孔微结构，所述凹孔微结构呈周期性阵列分布；所述凹孔微结构的深度、半径、晶格常数均属于微米级。

进一步，所述太阳能电池玻璃在太阳光谱0.3-1.1μm波段的透射率大于0.9，且在太阳光谱4.0-25.0μm波段的发射率大于0.9。

进一步，所述太阳能电池玻璃在太阳光谱8.0～13.0μm波段的发射率为0.95～1.0。

进一步，所述凹孔微结构为抛物锥、半球、金字塔、六棱柱、纳米柱、六棱锥或者立方柱。

第二方面，本发明实施例还提供一种所述的太阳能电池玻璃的工作温度设计方法，包括以下步骤：

步骤一、根据不同形状凹孔微结构的不同尺寸下的光学性能，确定不同形状凹孔微结构的最佳尺寸；所述尺寸包括凹孔微结构的半径，深度，晶格常数；

步骤二、建立一维工作温度稳态模型；

步骤三、将步骤一获得的凹孔微结构的最佳尺寸带入步骤二建立的模型中，通过迭代计算，获得太阳能电池的工作温度。

优选的，所述步骤一包括:建立凹孔微结构三维仿真模型，使用时域有限差分方法计算出光学特性，优化结构，最终确定凹孔微结构的最佳尺寸。

优选的，所述优化结构是指：依次改变半径R，深度H，晶格常数A，对比光学性能变化，使光学仿真结果在太阳光谱0.3-1.1μm波段的透射率大于0.9，且在太阳光谱4.0-25.0μm波段的发射率大于0.9。