南非斯泰倫博斯大學的研究人員進行了一項長期實驗，研究固定傾斜(FT)和單軸跟蹤(SAT)光伏組件中的散熱因素。

“我們研究的創新之處在于開發了 SAT 開放式機架光伏系統的散熱系數，”通訊作者 Hannes Pretorius 博士告訴 《光伏》雜志。“雖然之前的研究已經量化了 FT 的散熱系數，但據我們所知，這是第一項專門為 SAT 系統提供散熱值的研究。”

研究人員重點研究了恒定散熱系數 (U0) 和風相關散熱系數 (U1)，流行的 Faiman 模型使用該系數來計算模塊溫度。U0 和 U1 取決于陣列平面 (POA) 輻照度、風速和模型方向等因素。

“Faiman 模型已被廣泛用作模塊溫度計算的基礎。例如，商業軟件 PVSyst 就使用了該模型。用戶需要根據模塊配置輸入特定的散熱系數，然后軟件根據該位置的年度氣象數據計算年度功率輸出，”該組織指出。“還值得注意的是，PVsyst 對任何開放式機架安裝都采用默認(未加重)散熱系數 U0= 29 W/m2K 和 U1= 0 Ws/m3K。由于特定地點的風力數據可能不可靠，因此該系數實際上被夸大了，以考慮風力的影響。”

研究人員根據對南非斯泰倫博斯郊外四塊太陽能電池板的測量結果，分析了實際的 U0 和 U1 因素。它們都是 420 W 多晶硅模塊，其中兩個是 FT，兩個是 SAT。SAT 模塊為橫向，東西向，而 FT 具有固定的 31 度傾斜角和縱向。

測量是在 2023 年的四個月內進行的，但只有 44 天符合晴空標準，因此被使用。熱電偶用于測量模塊和環境溫度，日射強度計跟蹤 POA，而其他傳感器則記錄風速和風向以及 SAT 的傾斜角度。所有數據都過濾到 10:00 到 14:00 之間的時間范圍以降低噪音。

“FT 實驗結果與文獻結果相比更為有利，通過對散熱系數的線性數據回歸分析得出 U0 = 25.7 W/m2K 和 U1 = 9.8 Ws/m3K，”科學家表示。“SAT 模塊實驗得出的散熱系數為 U 0 = 29.9 W/m2K 和 U 1 = 9.7 Ws/m3K，這代表了該領域的一項新貢獻。這些值表明，與 FT 模塊相比，SAT 模塊在無風或低風條件下的散熱效果更好。”

當使用特定場地的 U0 和 U1 測量值來計算預測年發電量時，結果顯示，與 PVsyst 默認熱耗散因子 U0= 29 W/m2K 和 U1= 0 Ws/m3K 相比，FT 和 SAT 配置分別提高了 2.9% 和 3.3%。

“這些發現意義重大，特別是在當代光伏電站建設招標競爭日益激烈、精確的技術經濟計算日益重要的背景下，”該團隊表示。“對測試期間選定日期和平均數據的探索揭示了模塊溫度、POA 輻照度和風速之間的明確關系。評估清楚地證實了由于 SAT 模塊相對于 FT 模塊的散熱增強，模塊溫度較低……有趣的是，風向在 FT 模塊的散熱中起著次要但并非無關緊要的作用，而 SAT 模塊的散熱似乎對風向不敏感。”

Pretorius 補充說，“最令人驚訝的結果”是 SAT 模塊的散熱性能明顯比 FT 模塊更穩定。盡管 SAT 模塊全天都在改變角度，但其表面更一致的輻照度使這些系統對環境條件的日常波動不那么敏感。

科學家們在最近發表在《光伏進展》雜志上的論文《了解固定傾斜和單軸跟蹤開放式機架光伏模塊的散熱因素：實驗見解》中展示了他們的研究成果。