浙江大学学报(工学版)

浙江大学学报(工学版), 2026, 60(10): 2310-2318 doi: 10.3785/j.issn.1008-973X.2026.10.022

机械工程、能源工程

微通道冷却技术在聚光光伏中应用的研究进展

余文斌,, 虞效益,, 蒋波, 徐美娟, 胡长兴

1. 浙江大学 能源工程学院，浙江 杭州 310027

2. 浙大宁波理工学院 机电与能源工程学院，浙江 宁波 315100

3. 浙江省技术创新服务中心，浙江 杭州 310007

Research progress on application of microchannel cooling technology in concentrator photovoltaics

YU Wenbin,, YU Xiaoyi,, JIANG Bo, XU Meijuan, HU Changxing

1. College of Energy Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

2. School of Mechanical and Energy Engineering, NingboTech University, Ningbo 315100, China

3. Zhejiang Provincial Technology Innovation Service Center, Hangzhou 310007, China

通讯作者: 虞效益，男，副教授. orcid.org/0000-0003-1404-7216. E-mail: yuxiaoyi@nbt.edu.cn

收稿日期: 2025-09-4  

基金资助: 宁波市公益性研究计划重点资助项目（2023S010）.

Received: 2025-09-4  

Fund supported: 宁波市公益性研究计划重点资助项目（2023S010）.

作者简介 About authors

余文斌（2001—），男，硕士生，从事可再生能源利用研究.orcid.org/0009-0008-5685-8731.E-mail：22427166@zju.edu.cn , E-mail：22427166@zju.edu.cn

摘要

针对聚光光伏因高热流密度导致电池效率下降的核心问题，微通道冷却技术已成为关键研究方向. 本研究综述该领域进展，围绕单层结构、歧管式与射流冲击式3类主流构型展开剖析，分析通道形状、工质与流动模式等因素对压降、温升与冷却效率的影响，并比较蛇形、针鳍、分形式等流道的优劣. 研究表明，单层直通道易出现压降高与温度不均的问题，衍生出的蛇形与分形流道可通过扰动流动强化换热；歧管式设计能有效降低流动阻力、提升温度均匀性，常作为集成其他冷却技术的基础平台；射流冲击与微通道的混合方案则在应对局部超高热流时展现出潜力，但其系统复杂性与能耗仍需优化. 展望未来，该技术后续研究应逐步从毫米级向微米级拓展，为发展轻便、高效的便携式聚光光伏装置提供可能；从追求“散热强度”转向注重“传热巧构”，深度融合仿生学与人工智能，以设计具备自适应能力的智能流道；从单一部件优化转向光-热-电-力多物理场耦合的系统性协同设计.

关键词： 微通道 ; 聚光光伏 ; 单层结构 ; 歧管式 ; 射流冲击式

Abstract

To address the core issue of efficiency degradation in concentrator photovoltaics (CPV) caused by high heat flux, microchannel cooling technology has emerged as a critical research direction. Advances in this field were systematically reviewed, with a focus on three mainstream configurations: single-layer, manifold, and jet-impingement structures. The effects of factors such as channel geometry, working fluid, and flow regime on pressure drop, temperature rise, and cooling efficiency were analyzed. Furthermore, the strengths and weaknesses of various flow channel designs, including serpentine, pin-fin, and fractal configurations, were compared. Studies have shown that single-layer straight channels are prone to high pressure drop and temperature non-uniformity. Derived serpentine and fractal channel designs can enhance heat transfer by perturbing the flow. The manifold configuration effectively reduces flow resistance and improves temperature uniformity, often serving as a foundational platform for integrating other cooling technologies. The hybrid jet-impingement and microchannel approach demonstrates potential in addressing localized ultra-high heat flux, though its system complexity and energy consumption still require optimization. Looking ahead, future research on this technology should progressively advance from the millimeter scale to the micro-scale, enabling the development of lightweight and efficient portable concentrator photovoltaic devices. The focus should shift from pursuing “cooling intensity” to emphasizing “intelligent heat transfer architecture,” deeply integrating bionics and artificial intelligence to design adaptive microchannels. Furthermore, the research perspective should transition from optimizing individual components toward a systemic, co-design approach that couples photonic, thermal, electrical, and mechanical multi-physics fields.

Keywords： microchannel ; concentrator photovoltaic ; single-layer structure ; manifold structure ; jet impingement configuration

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余文斌, 虞效益, 蒋波, 徐美娟, 胡长兴. 微通道冷却技术在聚光光伏中应用的研究进展. 浙江大学学报(工学版)[J], 2026, 60(10): 2310-2318 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2026.10.022

YU Wenbin, YU Xiaoyi, JIANG Bo, XU Meijuan, HU Changxing. Research progress on application of microchannel cooling technology in concentrator photovoltaics. Journal of Zhejiang University(Engineering Science)[J], 2026, 60(10): 2310-2318 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2026.10.022

随着双碳政策的推行和全球能源转型的迫切需要，可再生能源成为全球关注的焦点. 光伏发电占全球可再生电力新增装机近80%，2030年有望超越水电成为可再生能源主力[1]. 就全球范围来讲，从20世纪90年代至今，都是太阳能光伏技术的黄金发展阶段，同时随着技术的不断进步以及各国政府的大力支持，光伏技术逐渐走向商业化和大规模应用，光伏组件的成本不断降低，应用范围也越来越广泛. 中国的光伏发电技术的研发于1958年开始，20世纪70年代起步, 90年代进入稳步发展, 21世纪迎来快速发展的新阶段[2]. 直至2024年，中国光伏发电新增装机容量为2.78×108 kW，累计装机容量达到8.86×108 kW，同比增长45.5%，占全国电力总装机容量的26.4%[3].

随着光伏产业链的不断完善，光伏发电技术不断更新迭代，在这个过程中，光伏板的光电转换效率得到极大提升，但是仍有超过80%的太阳能未被转换为电能[4]. 在探究光电转换效率的过程中，Skoplaki等[5]通过实验得出有关太阳能转换成电能的结论：温度每上升1 ℃，晶硅光伏板的光电转化效率下降约0.4%，非晶硅光伏板的光电转化效率下降约0.1%. 这一结论揭示了温度和光电转换效率的本质，揭开了光伏冷却研究的序幕.

在此基础上，各国学者在光伏冷却方面展开了相当大规模的研究[6-8]，同时也有部分学者觉得传统冷却存在极限，不如另辟蹊径，从收集更多太阳能这个方向入手，于是在传统光伏的基础上进行改良，形成了新概念：聚光光伏. 与传统光伏相比，聚光光伏将光学与新能源技术相结合，利用光学系统将太阳辐照集中至高效太阳能电池表面，实现聚光效应，同时显著减少半导体原材料消耗，使得聚光光伏有更高的转换效率和更低的成本[9-10]，预计将在不久的将来在全球发电中发挥关键作用. 然而，与传统光伏类似且更为突出的是，入射太阳辐射中相当大的一部分将转化为热量，进而导致电池效率下降和使用寿命缩短[11]，因此，有效的冷却系统对于提升聚光光伏的工作效率与可靠性至关重要.

光伏冷却方法可分为被动与主动2类. 被动冷却（相变材料、热管、自然风冷）成本低且无需额外能耗，但是在高热通量的情况下并不能有效散热. 其中，相变材料虽能存储热能，但其导热性差且成本高[12-13]，因此都不能或不适合应用于聚光光伏冷却中；热管能高效传热，但操作条件严苛，对于聚光光伏系统有更高的要求[14-15]. 主动冷却（如强制空气、射流冲击）散热能力更强，但需外部给予额外能耗[16-17]. 微通道作为高效换热结构，可以灵活适配主动或被动系统，有效结合被动冷却和主动冷却的优点，具有超高换热效率、高效温控与均温性以及紧凑轻量化设计等特点，非常适合应用于聚光光伏的冷却. 本研究对近年来国内外微通道技术在聚光光伏板中应用的研究进展进行综述，分析优缺点和前景.

1. 微通道冷却技术的分类与进展

微通道本质上是散热器，其通道尺寸定义较宽泛：通常为10~200 μm，但在某些情况下可达1~3 mm[18]. 微通道通过缩小通道尺寸，增大热交换面积和微尺度效应，从而显著提升传热效率，但是这种微型结构也会导致压力损失增加. 因此，在不改变通道尺寸的情况下，微通道的性能还可通过多级结构或者与射流冲击之类的主动冷却技术结合，提升传热效率. 微通道冷却技术根据设计的显著特征被划分为单层结构、歧管式（双层流道）、射流冲击式. 本研究按照上述类别进行综述. 以下所阐述的微通道都是毫米级的微通道.

聚光光伏系统根据聚光比可分成3大类：低倍聚光光伏（聚光比小于10）、中倍聚光光伏（聚光比大于10，但是小于150）、高倍聚光光伏（聚光比大于150，一般小于1000）[19]. 聚光比越大，需要的散热功率也越大.

1.1. 单层结构

单层微通道由一系列线性通道组成，Tuckerman等[20]利用这种结构，构建了微通道技术. 直线型微通道是单层微通道最基本的结构，但是其存在2个先天缺陷：狭窄通道中的长流道会导致显著压降，而线性流道则会造成流向温度不均[21]. 为了提高直线型微通道冷板的冷却效率，研究者们基于这2个先天缺陷进行了大量研究，从而推进直线型微通道散热器的优化设计，例如，改变通道截面形状（矩形、六边形）、引入收敛通道或肋片结构以及仿生形微通道等[22-26].

Reddy等[27]通过数值模拟，研究带有直线型微通道阵列的商业化高聚光光伏模块的冷却性能. 研究表明，模块附带的压力损失仅占聚光光伏系统总输出功率的0.2%（约4 W），同时电池温升被控制在10 ℃以内，整个微通道阵列的平均温差仅为1.67 ℃. 该研究证明了直线型微通道在冷却商业规模的聚光光伏方面的潜力，同时为后续的商业化提供了理论基础.

Cameron等[28]针对超高聚光光伏系统（聚光比大于2000）对水平收敛、垂直收敛以及对照组直式微通道冷却系统（见图1（a））进行仿真模拟研究，研究表明，水平收敛微通道虽然具有一定的强化换热效果，但由于会显著增加热应力，其综合性能不如等效的直微通道，因此不建议采用. 垂直收敛微通道能产生更好的冷却效果，但高流速会导致高泵浦功率，从而显著降低能量效率和火用效率，因而无法在所提出的任何聚光光伏光热系统配置中部署. 垂直收敛通道设计可能在不同辐照分布下具有优势，未来仍须进行深度研究. 同样，针对高聚光光伏组件，Ali等[29]提出新颖的汇聚-发散微通道散热器设计（见图1（b）），与传统的高聚光光伏组件的热管理直微通道散热片设计相比， 该设计在平均电池温度和温度不均匀性上降低了11.4%和37.8%. 这2种设计的本质都是通过周期性地改变流道几何形状，主动扰动和破坏流体的热边界层，并诱导产生二次流和混合，从而实现强化传热. Ali等[29]的汇聚-发散微通道是在单一流道内只进行一次的汇聚-发散的过程，而Ghorbani等[30]则在单一流道进行周期性的汇聚-发散（见图1（c）），用sin函数构建流道形状，具体研究波长和波幅对散热性能的影响关系，这无疑是一种合理的延展，研究表明保持波幅恒定来增加波长会导致壁温降低并且较大的波长可提供更好的流体沿通道的平滑运动，增加波幅会导致流体向侧壁膨胀，该区域的流体分布更高，温度降低，因此更大的波长和更低的波幅会带来更好的性能. 但这种是否意味着当波长和波幅趋于极限的时候，那就变成了Ali等[29]所涉及的汇聚-发散的微通道呢？在文章中没有体现，或许进行两者之间的比较才能更加完善这方面的研究. Abo-Zahhad等[31]设计的逐步变宽微通道（见图1（d））冷却方案更像是收敛通道的简化版本，将直微通道和收敛微通道进行巧妙的耦合形成了逐步变宽微通道，并在此基础上研究不同冷却剂质量流量下纵向矩形内翅片散热器的通道几何形状对高聚光光伏系统性能的影响，计算了热特性，包括能量和火用分析，同时与传统的多通道散热器设计相比，例如，在聚光比为1000的条件下，使用所提出的任意一种阶梯变化宽度微通道散热器，并将冷却剂质量流量从25 g/min增加到1000 g/min，可将太阳能电池温度从约71.7 ℃降至40.0 ℃，同时太阳能电池温度不均匀性从15.5 ℃降低到9.0 ℃.

图 1

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图 1   本研究涉及的单层微通道汇总图

Fig.1   Summary diagram of single-layer microchannels covered


收敛微通道改变的是两端的端口宽度，保留了直式微通道流体流动的趋势，而蛇形微通道则是通过改变流体的流动趋势，从而在流动过程中引入剧烈的流体混合和加速，周期性地破坏并重新形成热边界层和水力边界层. 因此，蛇形通道可以实现换热增强和更均匀的温度分布，Chen等[32]针对高倍聚光光伏电池降温设计了一种蛇形回缩微通道，其特征是Ω形横截面配置的蛇形流道（见图1（e））. 相比于鳍片散热器，该设计可以改善电池温度分布的均匀性，并降低最大电池温度，使得高聚光光伏电池的输出功率最大增加115%. 此外，带有微通道散热器的高倍聚光光伏电池模块的效率通常为15%~20%，远高于传统的鳍片散热器的9%~12%. 在鳍片微通道研究方面，Shohdy等[33]设计了渐宽鳍片和微通道结合的散热器（见图1（f））应用于高聚光光伏电池中，该混合散热器能将电池温度有效控制在110 ℃以下，最高聚光比可以达到3600倍. Alihosseini等[34]为高聚光光伏电池的冷却提出独特的混合设计，其特点是结合斜微通道和椭圆形微针鳍（见图1（g）），并采用数值模拟探讨这种混合设计对高聚光光伏电池的冷却效果，显示在1000倍聚光比的条件下，电池始终维持301 K，同时光电转换效率达到40.16%.

上述研究多将新型微通道设计与未经改进的传统结构进行对比（如Ali等[29]是将汇聚-发散的微通道与未经改进的直通道进行对比，Chen等[32]是将蛇形回缩微通道与未经改进的鳍片通道进行对比），虽在控制变量上具有一定合理性，却难以充分体现所提出流道设计的独特优势与创新价值. 为了增强论证的全面性与说服力，建议在比较研究中引入第2对照组，选取同类研究中已报道的优秀模型进行并行对比. 例如，可将Ali等[29]的收敛-发散通道与Ghorbani等[30]的周期性波形通道进行对比，或将Chen等[32]的蛇形回缩通道与Alihosseini等[34]的混合斜通道-针鳍结构进行比较. 此外，性能评价不应仅局限于散热效果，还须综合经济性因素开展分析. 目前，对微通道冷却方案的经济性评估较为缺乏，这可能是制约该技术在聚光光伏领域商业化推广的重要因素之一. 未来研究须重视成本与性能之间的平衡，为推动技术落地提供更为全面的决策依据.

部分学者在进行了大量研究后摒弃了小方向上的微操，决定从宏观整体出发，从以冷却为主要目标转化为减少热量损失. Hong等[35]设计了两相流沸腾的径向膨胀微通道散热器（见图1（h））应用于高聚光光伏光热系统中，该散热器可以实现冷却和回收热量的双重目标. 其核心在于径向扩展的微通道可以让蒸汽自发地排出，同时这种扩展的结构可以减轻设备方向变化引起的流量分布不均，但是两相流沸腾的径向膨胀微通道散热器的传热能力对热通量有强烈依赖性，并且与流速的相关性较弱，这恰好是蒸发液膜传热的特征，反而验证了该散热器的合理性. Abou-Ziyan等[36]通过宏观调整流体路径，开发了2种结构简单、高效且经济的高聚光多结光伏电池微通道冷却系统. 该系统采用包含1~2个短流道单元的微通道结构，相比当前先进冷却系统中每条流路采用5个逐步微通道的设计，其短流道布局显著改善了系统的热特性，使电池在维持较高光电转换效率的同时，具备更低的温度不均匀性，从而提升了输出功率与净发电收益. 这种通过相对简单的结构优化实现性能显著提升的设计思路具有重要参考价值，但也相对难以复刻，往往需要在大量的研究中寻找“灵光一现”.

上述研究主要围绕高聚光光伏系统展开，那么是否其他聚光光伏的类型就不值得研究呢？Noui等[37]给出了答案，其针对低聚光光伏系统提出具有波浪表面和梯形入口段的新型微通道配置(见图1(i))，该配置本质上和蛇形微通道相似，通过增加散热表面积和引入流动湍流来提升冷却性能.

然而，针对低、中聚光光伏系统的微通道冷却研究相对有限，这也在一定程度上表明，在低、中聚光条件下，微通道并非散热方案的首选. 这是由于单层微通道散热结构的优势主要体现在应对高热流密度的场景（如高聚光光伏系统），其散热性能在该条件下才具有显著的特异性与适用性. 相应地，对于高聚光光伏系统而言，微通道散热已成为其关键且不可替代的热管理技术.

如图1所示，汇总了上文提及文献的单层微通道的结构示意图，便于直观对比与分析其异同. 例如，Ghorbani等[30]的周期性波浪形流道（见图1（c））、Chen等[32]的蛇形流道（见图1（e））以及Noui等[37]的波浪表面和梯形入口段的新型微通道配置（见图1（i）），在几何形态上具有一定相似性，主要体现在流道均呈周期性弯曲或宽窄变化，从而增强流体的扰动与混合. 然而，三者在具体构型上亦存在差异，如流道曲率、波形周期与幅值等参数的不同，这些几何细节直接影响流场的分布与传热性能.

1.2. 歧管式（双层结构）

由于流体在收缩通道中流动距离较长，单层微通道会产生较大的压降；同时，线性流动路径也会导致流道内温度分布不均. 为了缓解这些问题，歧管微通道通常在微通道正上方增加一层较大的歧管通道. 这种歧管设计使流体能够高效分布于微通道表面，同时有效分割狭窄微通道中的流动路径，从而降低压力降. 并且，歧管还打破了原本线性的流动轨迹，有效抑制了流向方向的温度不均匀性，流动方向的变化促使流体持续重构，不断进行混合，进一步提升了对流换热效率. 但是，也同时增加了制造的复杂程度，制作成本上涨.

Yang等[38]设计了用于聚光光伏电池冷却的高效多层歧管微通道散热器（见图2（a））. 歧管微通道独特的多层设计使微通道与电池表面之间的接触面积最大化，从而获得更高的传热系数和更低的电池表面温度，同时多进出口的歧管和汇流室的结合，增加了微通道入口区域的流体流速，从而产生流体湍流. 此外，流体的流路短，微通道的压降较低，因此泵损耗的功耗较低，增加了聚光光伏电池的净输出功率. Yang等[38]的多层歧管微通道是相对复杂的，更加偏向于整体效应. 而Radwan等[39]设计的单片整体双层微通道散热器（见图2（b））则相对简单，研究的侧重点更加偏向内部的冷却剂的状态和流动趋势，研究表明两相流沸腾能够显著降低电池的最高温度，实现光伏电池温度分布均匀，并且内部逆流配置往往是最好的选项，而平行流配置只在流量较大的情况下有优势.

图 2

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图 2   本研究涉及的歧管微通道汇总图

Fig.2   Summary of manifold microchannels covered


然而，上述研究聚焦于较低太阳聚光比场景，而在此类条件下，被动冷却系统占据主导地位，而现有研究尚未证明该冷却方式能够优于现有的被动冷却系统，因此其实际应用价值受到一定限制.

Peng等[40]将分形微通道这种单层微通道的创新设计与歧管相结合，提出新型双层树状分形微通道散热器（见图2（c）），研究在高聚光光伏的前提下，双层树状分形微通道内部的4种不同流动模式（即单侧流、双侧流、内流和交叉流），结果表明，双层分形微通道散热器可以实现比单层分形微通道散热器更低的电池表面温度和更均匀的温度分布，且内流的流动模式具有最佳的冷却效果. 相比于分形微通道这一新型结构，阵列式一直都是研究高聚光光伏冷却的重要课题之一. Hou等[41]设计了一种歧管微通道散热器阵列作为高聚光光伏系统的冷却和加热收集装置，其设计理念基于自相似微通道散热器，是一种特殊类型的歧管微通道散热器，具有更紧凑的结构和灵活的布局，受益于其特殊性，整个歧管微通道散热器可以看作是10个相同歧管微通道散热器单元并联组合而成. 在此基础上，Hou等[41]具体分析了压力分布、速度分布和温度分布，实验结果表明，入口流体质量流量的增大会显著提高歧管入口截面压力，同时导致散热单元压降增大. 散热器最高压力位于总入口通道，各歧管入口处则出现压力下降. 总入口通道末端和远离出口的总出口通道区域形成的涡流影响了整体流动，该规律在单个通道与整体散热单元中均一致. 但是这些都是处于理想状态下的仿真模拟，后续可以通过实验评估其性能，从而验证其可行性.

歧管结构因其灵活可扩展的构型特点，便于与射流冲击、多孔介质强化冷却以及微针肋/微鳍片强化冷却等冷却技术集成，从而成为复合散热方案中的常用基础组件. 因此，目前单纯针对歧管微通道在聚光光伏中的独立研究相对较少. 然而，这并不表明歧管微通道在该领域不重要，恰恰相反，其作为承载和整合多种主动冷却方法的关键平台，在系统热管理中具有不可替代的基础作用.

1.3. 射流冲击式

射流冲击是将高速的流体（通常是液体或气体）射向被加热的表面实现冷却，这种冲击流体会在被加热表面形成薄层热边界层，其周围存在湍流环境，从而显著提升传热速率. 射流冲击通常通过阵列排列多个喷射流体，从而实现大面积均匀冷却. 但若排水系统不完善，冲击流体与表面之间可能形成滞流区，会导致局部传热效率下降. 射流冲击和微通道结合通常运用在电子设备的冷却方案中，因此通常在较高聚光比（热通量）的前提下才能使用，但这类冷却方案存在2大缺陷，一是射流冲击带来的较低的温度均匀性，二是微通道带来的高压降，高压降也就意味着损耗更多的泵浦功率. 后续研究基本上都是基于这2个缺陷展开的.

在研究初期，Barrau等[42]基于上述问题，深入探讨了一种新型混合射流冲击/微通道冷却方案（见图3（a））在高聚光条件下对密集排列光伏电池性能的影响. 研究表明，与单独微通道冷却方案相比，混合冷却方案沿制冷剂路径的压降较低. 这意味，泵的损耗功率较低，即使微通道冷却方案的平均换热系数略高于混合散热器，光伏接收器也会产生更多的净光伏输出. 此外，微通道只能通过增加流速来降低光伏电池沿冷却剂路径的温度斜率，而混合射流冲击和微通道的混合装置可以通过在设计阶段修改内部几何形状来适应局部散热能力的分布，使整个光伏接收器的温度分布平均. Abo-Zahhad等[43]在1.1节中对逐步变宽微通道进行了研究，并将此结构应用于射流冲击与微通道结合的混合冷却方案中，设计了5种新型散热器（见图3（b））. 研究表明，在聚光比为1000的条件下，该混合冷却方案实现了最大幅度的温度下降. 射流冲击可以细分为2种，受限式和非受限式，受限式射流指流体在封闭或半封闭空间内冲击冷却表面，而非受限式射流则无明确的物理边界约束. 但是由于空间大小有限制，使用无约束射流冲击喷嘴为高聚光光伏电池进行冷却在理论上来讲可能是不可行的，因此Gupta等[44]设计了弯曲射流冲击和微通道结合的冷却方案（见图3（c）），实验验证了该方案可以减少温度分布不均及热应力和弯曲应力，从而避免热点和电流匹配问题，提高电池的电效率.

图 3

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图 3   本研究涉及的射流冲击/微通道汇总图

Fig.3   Summary of jet impingement and microchannels covered


同样的，并不是说射流冲击和微通道结合只能在聚光比高的情况下才有研究的必要，Awad等[45]在聚光比为20的条件下，研究了一种与聚光光伏系统集成的新型射流冲击微通道散热器（见图3（d）），并通过与多种散热器设计进行比较，评估了新系统的性能，研究结果表明，该设计实现了均匀的硅层温度分布，平均温度低于其他设计. 此外，该设计相比于其他设计还实现了最高的净电功率和电气效率. 本研究结果证明了结合主动和被动冷却方法对于提升聚光光伏系统性能具有显著效果.

1.4. 总结

为了进一步清晰呈现与对比前文所述3类微通道冷却构型（单层结构、歧管式、射流冲击式）的核心特征，本研究将其主要优点与不足之处系统归纳在表1中. 该总结旨在为后续微通道种类的选择与散热进一步的优化方向提供直接的比较依据.

表 1   3种类型的优缺点总结

Tab.1  Summary of advantages and disadvantages of three types

技术类型优点缺点
单层式• 结构相对简单，是微通道技术的基础.
• 优化设计多样：通过优化微通道结构参数，例如改变流道截面形状(矩形、六边形)、引入收敛/发散型流道(如Ali等[29]和Ghorbani等[30]提出的设计)以及采用蛇形流道结构(如Chen等[32]的设计)等方式，可有效改善流动与换热性能.		• 存在先天缺陷：直线型设计存在压降大和流向温度不均的问题.
• 性能与功耗权衡：一些高效设计（如垂直收敛通道）可能导致高泵浦功率，降低系统净效率.
歧管式
（双层结构）		• 通过缩短流路，能实现更低的电池表面温度和更均匀的温度分布.
•显著降低了系统的压降，从而减少泵浦功率损耗，提高净输出功率.
• 打破了线性流动，流体持续混合重构，提升了换热效率.
• 是叠加其他主动冷却方法（如射流冲击）的理想“基石”.		•多层设计增加了制造的复杂度和成本.
•在低聚光比场景下，其性能优势不足以取代被动冷却系统，实际应用价值受限.
• 内部存在涡流等复杂流态，不容易模拟.
射流冲击式• 通过破坏热边界层和产生湍流，能实现快速的局部冷却，适用于高热通量场景.
•混合方案（如Barrau等[42]的研究）可以通过修改内部几何形状来适应局部散热需求，优化整体温度分布.
• 适用广泛：不仅限于高聚光条件，在低聚光下与被动冷却结合也能显著提升系统性能.		• 若排水不畅，易形成滞流区，导致局部温度过高(热点).• 需要喷射阵列和排水系统，结构和控制更复杂.
• 为实现高速冲击，可能需要较高的驱动压力，消耗更多能量.

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2. 对微通道冷却技术的展望

1）当下使用在聚光光伏中的微通道都是毫米级的，离微米级还相隔甚远，将微通道从毫米级提升至微米级，从而将整体聚光光伏系统简化并缩小，从而形成可以随身携带的小型聚光光伏发电机并且保障发电效率，或许可以成为携带式聚光光伏发电机的突破口.

2）性能优化的方向可以从“更强”向“更巧”转换，从细微处用“巧劲”，从传热机理出发，深入研究复杂流道（如蛇形、分形、汇聚-发散形）内部的二次流、湍流混合和边界层破坏的具体机理，建立更精确的预测模型. 运用目前先进的计算机算法（如遗传算法）将温度均匀性、压降、泵浦功率和净电输出等多个目标同时纳入优化算法，寻求全局最优解，而非单一追求极致散热. 大自然的力量从当下而言是无穷尽的，因此大自然的自然演变的选择也是在当下环境下综合考量后的最优解，因此可以将仿生学与AI驱动结合，利用人工智能和机器学习，结合仿生学原理（如树叶脉络、人体血管），生成传统方法难以想到的高效流道拓扑结构.

3）逐渐从微通道这个“零件”向系统性思维靠拢，从而达到系统集成与协同设计. 将散热器作为光伏组件的一部分进行协同设计，而非事后附加的部件，以实现更紧凑的结构和更高的能量输出.

在研究过程中，应该对冷却过程中热应力、流体动力与电池电性能之间的相互作用进行深入研究，防止热机械失效并延长电池寿命. 积极开发像Hong等[35]研究的两相流或液态金属微通道系统，将废热高效回收利用，发展更具经济效益的聚光光伏光热系统.

4）当下的大多数研究还是处于模拟仿真阶段，所以可以在别人的基础上实现从仿真到实验的验证，弥补当前研究过于依赖数值模拟的不足，加强实验平台的搭建与测试，验证仿真结果的准确性，并揭示实际运行中可能出现的堵塞、腐蚀以及外部环境因素等工程问题. 同时，开展针对微通道冷却系统的长期老化、疲劳和可靠性研究，确保其在野外恶劣环境下的长期稳定运行.

5）AI驱动结合仿生学只是目前AI+能源比较小的一部分，大部分还是更倾向于智能控制这一块，可以尝试开发基于实时温度/压力反馈的智能控制系统，动态调节冷却剂流量或流道，在保证冷却效果的同时实现泵浦功率的最小化，通俗点来说就是利用AI根据现场实时变化的环境条件，来改变内部的流体的体积流量、质量流量以及流质等.

6）无法进行商业化的研究，终究是无法落地的，而目前有关微通道和聚光光伏的文献对经济性的研究极少，因此应该将制造成本、运行能耗和维护费用纳入研究体系，进行全生命周期成本分析和投资回报率评估，为商业化落地提供直接依据. 同时，推动建立统一的性能测试标准和基准模型，使不同研究的成果具有可比性，加速最优技术的筛选和推广. 积极研究通过简化、优化设计，实现高性能微通道冷却技术在低、中倍聚光光伏系统中的低成本、高效应用，从而推动其在更广阔市场中的商业化推广.

总而言之，未来微通道冷却技术的研究将超越单纯的“散热性能竞赛”，转向一个更注重系统性、经济性和智能化的新范式. 其核心目标是推动聚光光伏技术从实验室的高效原型成为走向市场的可靠商品. 这需要研究人员、工程师和产业界在设计方法、材料工艺和系统集成等多个层面进行持续的创新与协作.

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