Ansys 案例研究 | 太阳能电池板热吸收仿真分析

太阳能电池板将太阳能转化为电能，并可储存起来。将多块太阳能电池板排列成阵列，并随太阳光线方向改变朝向，有助于最大限度地吸收可用的太阳能。

在仿真案例中，将一个简单的球体放置在典型的硅材料太阳能电池板上方，指示了稳态下到达板面的热流密度以及表面的温度分布。这里不考虑电池板表面的自由对流，仅研究辐射效应。

目标

观察由于一个发热物体的辐射作用，太阳能电池板上的热流密度和温度分布。

步骤

1. 打开 Ansys Workbench，创建一个稳态热分析系统（Steady State Thermal Analysis system）。

2. 定义材料属性。大多数太阳能电池板由硅制成，此处仅作演示使用硅材料。球体采用钢材作为材料，用以表示热源。

3. 导入模型，其外观如图1所示。

图1：太阳能电池板与热源

4. 为几何模型赋予材料属性。

5. 对球体施加10000W/m³ 的内部热生成，用以表示发热物体；然后在球体表面与太阳能电池板上表面之间定义表面对表面辐射，使热量通过辐射在这两个表面之间传递，如图2所示。发射率取值为0.7，假设太阳能电池板顶部未覆盖玻璃盖板，该值可在0.7至0.95之间变化。环境温度设为220°C。

图2：内部热生成与辐射边界条件

6. 对于辐射问题，设置子步有助于收敛。在分析设置详情中定义子步，如图3所示。

图3：为分析定义的子步

7. 采用线性网格对模型进行划分并求解分析。得到的太阳能电池板表面的热流密度矢量图和温度分布如图4和图5所示。

图4：热流密度图（等轴测视图与侧视图）

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图5：温度云图

总结

本示例展示了到达太阳能电池板的热流密度，以及温度分布从初始环境温度220°C开始的变化。将多块电池板排列成阵列，并使其朝向辐射方向，将有助于提高吸收效率。

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