CN101840948B - 具有微流控结构的太阳能光伏电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有微流控结构的太阳能光伏电池，旨在克服太阳能电池存在难达到更好散热效果的问题。该电池包括上盖片、太阳能电池板、下盖片及工作介质。太阳能电池板放入下盖片之中，上盖片盖在下盖片上，上盖片与下盖片采用粘合剂密封连接。上盖片下表面和太阳能电池板上表面之间为上流道；太阳能电池板下表面和下盖片的槽底面之间为下流道之主流道；下盖片底端的散热鳍片内部设置有下流道之支流道，下流道之主流道和下流道之支流道相连通，上流道和下流道之主流道之间相连通。电池左端设置工作介质入口，电池右端设置工作介质出口，工作介质入口与工作介质出口皆和下流道之主流道与上流道连通，工作介质充满密封连接的上盖片与下盖片之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能光伏电池，更具体地说，本发明涉及一种采用微流控技术以达到较高光伏转化效率的具有微流控结构的太阳能光伏电池。
背景技术
太阳能电池板由半导体材料制成，可将太阳光的辐射能转化为直流电。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能电池板的转化效率随太阳光入射角度增大及工作温度升高而下降。因此减小太阳光入射角度，保证太阳能电池板在最佳的工作温度范围，是提高其转化效率的有效方法。
传统的光伏电池组件散热器大多采用散热鳍片结构，优点在于与外界空气有较大的散热面积，热量交换速率较高。但散热鳍片底部(即与发热元件的接触面)到散热鳍片顶端之间的热量交换完全经由散热鳍片材料本身的热传导完成，需耗费大量导热性能优良的贵重金属；即便如此，受金属自身导热能力所限，仍难达到更好的散热效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有电池存在仍难达到更好的散热效果的问题，提供了一种采用微流控技术以达到较高光伏转化效率的具有微流控结构的太阳能光伏电池。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池包括上盖片、太阳能电池板、下盖片及工作介质。
太阳能电池板放入下盖片之中，上盖片对正地盖在下盖片上，上盖片与下盖片的接触面采用粘合剂密封连接。上盖片的下表面和太阳能电池板的上表面之间设置成上流道，太阳能电池板的下表面和下盖片的槽底面之间设置成下流道之主流道。在下盖片底端的散热鳍片的内部设置有下流道之支流道，下流道之主流道和下流道之支流道相连通。上流道和下流道之主流道通过太阳能电池板端面与下盖片的槽侧壁之间的缝隙相连通。具有微流控结构的太阳能光伏电池的左端设置有工作介质入口，具有微流控结构的太阳能光伏电池的右端设置有工作介质出口，工作介质入口与工作介质出口皆和下流道之主流道与上流道连通。工作介质充满上流道、下流道之主流道及下流道之支流道。
技术方案中所述的下盖片是长方形的并在其上设置有一长方形槽的构件。下盖片底端均布有散热鳍片，散热鳍片的对称面和下盖片的纵向对称面垂直相交，相邻散热鳍片的间距为8-12mm，散热鳍片设置有用作下流道之支流道的中空部分，散热鳍片中空部分的上端和下盖片上的长方形槽相通。在下盖片长方形槽的四角处设置有向下凹的长方形的太阳能电池板安装平面，即设置有四个安装太阳能电池板的长方形凹坑，每个长方形凹坑和下盖片上的长方形槽相邻的一侧与长方形槽相通，太阳能电池板安装平面凹下的深度大于太阳能电池板的厚度。沿下盖片纵向对称面并在长方形槽的左右两边对称地设置有工作介质入口与工作介质出口，工作介质入口与工作介质出口和下盖片上的长方形槽相通，工作介质入口与工作介质出口的底面和下盖片上的长方形槽的底面共面；所述的上流道中充满工作介质的厚度为20μm-65μm。下流道之主流道充满工作介质的厚度为80μm-110μm。下流道之支流道充满工作介质的宽度为40μm-60μm；所述的工作介质是易于吸热挥发的高透光性的水、乙醇或丙酮或由它们的混合物制备而成的半饱和蒸汽溶液；所述的上盖片是由光伏玻璃或PMMA材料压制而成。下盖片是由易于传导热量的铜材或铝材压制而成。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.当太阳光经过本发明所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池中的上盖片、液体膜的折射作用到达太阳能电池板表面时，入射角度减小，可提高太阳能电池板的光伏转化效率。
2.本发明所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池中的太阳能电池板的上下表面均浸没在液体介质中，液体介质在外界动力下循环流动，散热迅速且均匀，可提高太阳能电池板的光伏转化效率。
3.本发明所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池中的下盖片上的散热鳍片内部为中空，液体介质在其中形成热管，可加快散热速度，也可节省大量贵重金属材料，减轻太阳能电池组件重量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1-a是组成本发明所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池的上盖片的轴测投影图；
图1-b是组成本发明所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池的太阳能电池板的轴测投影图；
图1-c是组成本发明所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池的下盖片的轴测投影图；
图2是表示本发明所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池结构组成的主视图上的全剖视图；
图3是表示图2中A位置的结构并表示微流道中工作介质形成流体的局部放大视图；
图4是表示太阳光从本发明所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池表面入射的光路示意图；
图中：1.上盖片，2.太阳能电池板，3.下盖片，4.工作介质，5.上流道，6.下流道，6-1.下流道之主流道，6-2.下流道之支流道，7.工作介质入口，8.工作介质出口，9.散热鳍片，10.太阳能电池板安装平面，h.太阳能电池板的安装宽度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
本发明提供的太阳能光伏电池基于微流控技术，改善太阳能光伏电池的光照及散热条件，提高了光伏转化效率。
参阅图1与图2，所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池从上至下依次包括上盖片1、太阳能电池板2及下盖片3，上盖片1、太阳能电池板2及下盖片3叠放在一起，太阳能电池板2嵌在下盖片3之中，采用粘合剂将上盖片1与下盖片3通过接触面紧密连接并实现密封。上盖片1的下表面和太阳能电池板2的上表面之间形成上流道5，在太阳能电池板2的下表面和下盖片3的槽底面之间形成下流道6中的下流道之主流道6-1，在下盖片3底端的散热鳍片9的内部设置有下流道6中的下流道之支流道6-2，下流道之主流道6-1和下流道之支流道6-2相连通。上流道5和下流道6之间通过太阳能电池板2(沿长度方向的)侧端面与下盖片3槽侧壁之间的缝隙相连通。下流道6和上流道5即构成本发明所述的微流道，具有微流控结构的太阳能光伏电池的左端设置有工作介质入口7，具有微流控结构的太阳能光伏电池的右端设置有工作介质出口8，工作介质入口7与工作介质出口8皆和下流道6与上流道5连通。具有微流控结构的太阳能光伏电池的内部充入易于相变传热的液体工作介质4。本发明所采用的工作介质4是水、乙醇、丙酮等易于吸热挥发的高透光性的液体或由它们的混合物制备而成的半饱和蒸汽溶液。工作介质4在外界动力作用下在微流道(上流道5和下流道6)中流动形成流场。
所述的上盖片1是由光伏玻璃或PMMA材料压制而成的长方形的薄板构件。
所述的太阳能电池板2是用于太阳能光伏转换的长方形的板式构件。
所述的下盖片3是由铜或铝等易于传导热量的材料压制而成的长方形的并在其上对称地设置有一长方形槽的构件，下盖片3底端均布有具有散发热量的散热鳍片9，散热鳍片9是片状的，片状的散热鳍片9的对称面和下盖片3的纵向对称面垂直相交，相邻散热鳍片的间距为8-12mm，具体数值与鳍片高度和材料有关。散热鳍片9设置有中空部分，散热鳍片9中空部分的宽度为40μm-60μm，散热鳍片9中空部分的上端和下盖片3上的长方形槽相通，散热鳍片9中空部分即是下流道之支流道6-2。在下盖片3的长方形槽的四角处设置有向下凹的长方形的太阳能电池板安装平面10，即设置有四个安装太阳能电池板2的长方形的凹坑，每个长方形凹坑和下盖片3上的长方形槽相邻的一侧与长方形槽相通，太阳能电池板安装平面10凹下的深度大于太阳能电池板2的厚度，目前市场销售的各种型号的太阳能电池板均能够满足本专利所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池的需要，将太阳能电池板2放置在四个太阳能电池板安装平面10上，太阳能电池板2恰好嵌在四个安装太阳能电池板2的长方形的凹坑里实现前后与左右的固定。因为下盖片3上的长方形槽的宽度大于太阳能电池板2的宽度，或者说，放置太阳能电池板2的每2个太阳能电池板安装平面10之间的宽度即太阳能电池板的安装宽度h小于下盖片3上的长方形槽的宽度(太阳能电池板的安装宽度h等于太阳能电池板2的宽度)，所以太阳能电池板2的放好以后，太阳能电池板2的上下腔(上流道5和下流道6)由太阳能电池板2例端面与下盖片3的长方形槽侧壁之间的缝隙相连通。沿下盖片3纵向对称面并在长方形槽的左右两边对称地设置有横截面为矩形的凹槽即工作介质入口7与工作介质出口8，工作介质入口7与工作介质出口8和下盖片3上的长方形槽相通，工作介质入口7与工作介质出口8的底面和下盖片3上的长方形槽的底面共面。
将太阳能电池板2放置在下盖片3上的四个太阳能电池板安装平面10上，再将上盖片1盖在下盖片3上对正，在上盖片1与下盖片3四周的接合面上涂刷粘合剂，通过加压键合的方式使二者紧密连接。所采用的粘合剂如市售AB胶等，应保证上盖片1与下盖片3的连接紧密可靠，上盖片1与下盖片3间充入工作介质4时不会泄露。其它满足上述条件的粘合剂也适用于本发明。上盖片1与下盖片3连接后内部封闭空间中形成微流道，微流道即是由太阳能电池板2分隔成的上流道5和下流道6统称。所述的上流道5是由上盖片1的下表面与太阳能电池板2的上表面封闭而成，上流道5的厚度介于20μm-65μm之间，工作介质4可在上流道5中形成一层液体膜，上流道5中液体膜的厚度介于20-65μm之间。所述的下流道6是由太阳能电池板2的下表面与下盖片3封闭而成，下流道6又分为下流道之主流道6-1与下流道之支流道6-2。下流道之主流道6-1是由太阳能电池板2的下表面与下盖片3上的长方形槽的底面封闭而成，下流道之主流道6-1的厚度介于80μm-110μmμm之间，工作介质4可在下流道之主流道6-1中形成液体膜的厚度介于80μm-110μm之间。下流道之支流道6-2位于散热鳍片9内部并具有微热管的特性。工作介质4在下流道之支流道6-2中形成液体膜的厚度介于40μm-60μm。工作介质4可在下流道之主流道6-1与下流道之支流道6-2中形成具有快速传热功能的流体。液体工作介质4与太阳能电池板2直接接触，工作介质4在外界动力作用下在流道中流过。流道属于微流控范畴。确切地说，工作介质4由工作介质入口7流入上流道5与下流道6中。工作介质4由工作介质出口8流出上流道5与下流道6。
上流道5与下流道6相互连通，工作介质4在其中可产生对流，从而冷却太阳能电池板2，保证其工作在具有较高光伏转化效率的30-60℃温度范围内。
具有微流控结构的太阳能光伏电池的工作原理：
参阅图3与图4，工作介质4由介质入口7进入微流控结构的太阳能光伏电池的内部，分别注入上流道5和下流道6中。上流道5中的工作介质4形成一层液体薄膜。太阳光经由上盖片1和液体膜的两次折射作用到达太阳能电池板2时的入射角度减小，同时也增加反射光再弹回表面的几率，因此增加了光伏转化效率。太阳光入射光路如附图4所示。上流道5中流动的工作介质4兼有对太阳能电池板2上表面冷却散热的作用。下流道6包括位于散热鳍片9内部的下流道之支流道6-2和与太阳能电池板2直接接触的下流道之主流道6-1。下流道之主流道6-1中的工作介质4流经太阳能电池板2的下表面，吸收光伏转化中产生的热量，使部分液态的工作介质4气化。气态的工作介质4进入下流道之支流道6-2中，接触散热鳍片9后放热冷凝，将热量传递到散热鳍片9中；散热鳍片9与外界环境空气接触面积很大，便于对外传递热量。下流道之支流道6-2内冷凝后的工作介质4在毛细作用下回流至下流道之主流道6-1。上流道5和下流道6相互连通，工作介质4可在其中形成对流，保证流场温度均匀。完成传热的工作介质4比初始状态有少量温升，由介质出口8流出微流控结构的太阳能光伏电池进行冷却，如此循环下去。微流过程如图3所示。
Claims (3)
1.一种具有微流控结构的太阳能光伏电池，其特征在于，所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池包括上盖片(1)、太阳能电池板(2)、下盖片(3)及工作介质(4)；
太阳能电池板(2)放入下盖片(3)之中，上盖片(1)对正地盖在下盖片(3)上，上盖片(1)与下盖片(3)的接触面采用粘合剂密封连接，上盖片(1)的下表面和太阳能电池板(2)的上表面之间设置成上流道(5)，太阳能电池板(2)的下表面和下盖片(3)的槽底面之间设置成下流道之主流道(6-1)，在下盖片(3)底端的散热鳍片(9)的内部设置有下流道之支流道(6-2)，下流道之主流道(6-1)和下流道之支流道(6-2)相连通，上流道(5)和下流道之主流道(6-1)通过太阳能电池板(2)端面与下盖片(3)的槽侧壁之间的缝隙相连通，具有微流控结构的太阳能光伏电池的左端设置有工作介质入口(7)，具有微流控结构的太阳能光伏电池的右端设置有工作介质出口(8)，工作介质入口(7)与工作介质出口(8)皆和下流道之主流道(6-1)与上流道(5)连通，工作介质(4)充满上流道(5)、下流道之主流道(6-1)及下流道之支流道(6-2)；
所述的工作介质(4)是易于吸热挥发的高透光性的水、乙醇或丙酮或由它们的混合物制备而成的半饱和蒸汽溶液；
所述的上盖片(1)是由光伏玻璃或PMMA材料压制而成；
下盖片(3)是由易于传导热量的铜材或铝材压制而成。
2.按照权利要求1所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池，其特征在于，所述的下盖片(3)是长方形的并在其上设置有一长方形槽的构件，下盖片(3)底端均布有散热鳍片(9)，散热鳍片(9)的对称面和下盖片(3)的纵向对称面垂直相交，相邻散热鳍片的间距为8-12mm，散热鳍片(9)设置有用作下流道之支流道(6-2)的中空部分，散热鳍片(9)中空部分的上端和下盖片(3)上的长方形槽相通，在下盖片(3)长方形槽的四角处设置有向下凹的长方形的太阳能电池板安装平面(10)，即设置有四个安装太阳能电池板(2)的长方形凹坑，每个长方形凹坑和下盖片(3)上的长方形槽相邻的一侧与长方形槽相通，太阳能电池板安装平面(10)凹下的深度大于太阳能电池板(2)的厚度，沿下盖片(3)纵向对称面并在长方形槽的左右两边对称地设置有工作介质入口(7)与工作介质出口(8)，工作介质入口(7)与工作介质出口(8)和下盖片(3)上的长方形槽相通，工作介质入口(7)与工作介质出口(8)的底面和下盖片(3)上的长方形槽的底面共面。
3.按照权利要求1所述的具有微流控结构的太阳能光伏电池，其特征在于，所述的上流道(5)中充满工作介质(4)的厚度为20μm-65μm；
下流道之主流道(6-1)充满工作介质(4)的厚度为80μm-110μm；
下流道之支流道(6-2)充满工作介质(4)的宽度为40μm-60μm。
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