CN102244132A - 基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统 - Google Patents

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范伟国
徐刚
朱艳青
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Abstract

本发明公开了一种基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统，包括放置聚光光伏组件的箱体，箱体上部布置有聚光器，箱体下部对应上述聚光器设置有太阳能电池片，在上述太阳能电池片下方设置有矩形散热管，在太阳能电池片之间敷设有外表粗糙的水冷散热微管；在相邻聚光器之间悬空设置有水冷却管，上述矩形散热管、水冷散热微管及水冷却管一端汇集后通过管路连通水源，另一端汇集后通过管路连通保温水箱，上述连通水源的管路上设置有电磁阀，连通保温水箱的管路上设置有温控开关。其既解决了防聚焦和散热问题，还能够提供日常生活用热水，充分利用了资源，避免了资源的浪费。

Description

基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统
技术领域
本发明属于太阳能利用领域，尤其涉及一种基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统。
背景技术
以燃煤、石油等为主的常规能源给环境和生态带来了巨大压力，更面临着能源有限的严峻现实，使得开发新能源和可再生清洁能源是全世界面临的共同课题。其中光伏发电倍受瞩目，但平板太阳能由于其半导体材料的利用量比较多、制作过程污染环境、成本过高等问题使得其发展受到了一定的限制。聚光光伏发电技术是用比较便宜的聚光器来代替昂贵的太阳电池，降低了成本，而且光电转换效率要远远高于平板太阳能电池，因此聚光光伏发电技术有很大的发展空间。
但是由于相关技术的不成熟，聚光光伏系统目前还没有大规模的安装和使用。通过聚光器聚光太阳光使得电池片的温度过高以及产生高温而容易烧毁里面的电子器件，即面临着散热和防聚焦两大难题。对于传统的聚光光伏发电系统，一方面，一般采用被动散热方式来解决散热问题，但是散热效果不理想，尤其是对于高倍的聚光光伏发电系统来说。主动散热一般是采用水冷散热方式，而且可以实现余热的再利用，提高了太阳电池的光电转换效率，因此是很有潜力的、节能的一种冷却方式。而现有的主动散热方式，一般是将水管放置在箱体的外面，结构比较笨重而且外观不美观，且需要定期的维护；另一方面，在箱体内部放置防聚焦板可以解决防聚焦问题，但是现有的防聚焦板结构厚重，且制造工艺难度大，用料多，生产成本高。
发明内容
本发明就在于针对上述现有聚光光伏发电技术存在的问题，而提供一种基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统，其既解决了防聚焦和散热问题，还能够提供日常生活用热水，充分利用了资源，避免了资源的浪费。
其技术解决方案如下：
一种基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统，包括放置聚光光伏组件的箱体，箱体上部布置有聚光器，箱体下部对应上述聚光器设置有太阳能电池片，在上述太阳能电池片下方设置有矩形散热管，在太阳能电池片之间敷设有外表粗糙的水冷散热微管；在相邻聚光器之间悬空设置有水冷却管，上述矩形散热管、水冷散热微管及水冷却管一端汇集后通过管路连通水源，另一端汇集后通过管路连通保温水箱，上述连通水源的管路上设置有电磁阀，连通保温水箱的管路上设置有温控开关。
这样本发明在工作时，上述矩形散热管、水冷散热微管及水冷却管可有效吸收箱体内及太阳能电池片的多余热量，当水管中的水达到设定温度时，温控开关打开将热水注入保温水箱中，同时电磁阀打开补入冷水。
聚光光伏系统的二极管和焊锡带等电子器件通常设置在太阳能电池片之间，粗糙的水冷散热微管设置在上面，有效的防止了聚光器聚光太阳光产生高温而烧毁电子器件，选择微管可以增加表面积，粗糙的外表面设计可以进一步增加表面积，有利于吸热。
所述的悬空的水冷却管，放置在距离聚光器f/2~f4/5（f为聚光器的焦距）处，且与聚光器平行，不能够挡住聚光器照射到太阳能电池片上边缘光线。它能够充分吸收箱体内部空气的热量，降低箱体内部空气的温度，并可以防止太阳光焦斑的偏离而产生的破坏作用。
与其他聚光光伏发电系统相比，具有如下有益效果：
（1）在聚光光伏组件的箱体内部，相邻聚光器之间的下方放置悬空的水冷却管，降低了箱体内空气的温度，提高了电池片的光电转换效率。
（2）用外表层粗糙的水冷散热微管代替了防聚焦板，外表层粗糙的水冷散热微管增加了表面积，有利于吸热，冷却效果好，制作工艺简单，成本低，而且能够提供日常生活用热水。
（3）传统的散热系统和防聚焦系统是分开的，散热系统一般用被动散热，散热效果比较差；传统的防聚焦系统一般用防聚焦板解决聚焦问题，但是其构造比较厚重，制作工艺困难。本发明的只用了水冷散热微管，既有防止了聚光器聚光太阳光产生高温而烧毁电子器件，又有散热功能，结构简单，成本低。
作为本发明的改进，上述水冷却管、矩形散热软管、水冷散热微管汇集后通过软管连通保温水箱。由于是软管连接，这样便可以保温水箱不动，只有设置有聚光光伏组件的箱体随着跟踪系统运动，减少了运动的重量。
作为本发明的进一步改进，上述箱体底部还设置有保温层。上述保温层可起到保温的作用，同时防止冬季水管结冰爆裂。
附图说明
图1 热-电联供的聚光光伏系统示意图；
图2 聚光光伏组件内部水冷微管系统截面图；
附图标记说明：1-聚光光伏组件，2-保温水箱，3-热水软管，4-跟踪系统支架，5-充放电控制器，6-蓄电池，7-逆变器，8-交流负载，9-直流负载，10-聚光透镜，11-太阳电池片，12-外表面粗糙的悬空水管，13-外表层粗糙的水冷散热微管，14-矩形散热水管，15-出水口，16-温控开关，17-电磁阀，18-保温层，19-保温水箱支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容做进一步详细说明。
如图1、2所示，在聚光光伏组件箱体内部，最下面铺设一层保温层18，起到保温的作用，同时防止冬季水管结冰爆裂；将太阳电池片11固定在矩形的水冷却散热管14上，需要在太阳电池片11与矩形水冷却散热管14接触处，涂上银浆、导热硅脂等导热系数比较高的导热材料；在相邻太阳电池片11之间加上外表层粗糙的水冷散热微管13，将二极管和焊锡带等电子元器件放置在水冷散热微管13的下面；相邻聚光器10之间的下方距离聚光器f/2~f4/5处，放置外表面粗糙的悬空的冷却水管12，且与聚光器平行。所有的冷却水管通过热水软管3汇聚到保温水箱2中，保温水箱2固定在保温水箱支架19上，这样保温水箱2不动，聚光光伏组件1随着跟踪系统4运动，减少了运动的重量。装配时，温控开关16放置在热水出口处，电磁阀17放置在自来水管进口处，保温水箱2必须高于聚光光伏组件。
该装置中利用温控开关触动电磁阀进行热水的供给，工作过程为：白天太阳光经过聚光透镜10聚光后一部分能量入射到太阳电池11表面产生电能，产生的电能一部分直接供直流负载9使用或者是通过逆变器7供交流负载8使用，多余电能通过充放电控制器5由蓄电池组6贮存，太阳光经聚光透镜10聚焦的能量有一部分转换为热能，这部分热能被外表面粗糙的水冷微管13、外表粗糙的悬空水管12及矩形散热水管14中的冷水吸收，当水管中的水达到了温控开关16所设定的温度时，温控开关16触发电磁阀17使得热水排到保温水箱，自来水管的冷水进入组件中的水管内。利用这种水冷的方式，能够把太阳电池片11及聚光光伏组件1中的热量带走，从而冷却了太阳电池片11，为日常生活提供了热水。
在AM1.5条件下，根据下述公式：Q=m×P×t×h-W×h-q；W=m×P×t×η；                                                
Figure 57141DEST_PATH_IMAGE001
T = Q /(c×m)；其中， Q为冷却水管内水能够吸收到的热量，P为太阳常数， m为CPV的聚光倍数，t为聚光器的透过率，h为平均每天的峰值日照数，q为热量损失，W为太阳能转化为电能的量，c为水的比热，m为水的质量。
例如，对于一个小家庭来说，在500倍的聚光组件下，太阳能电池的光电转换效率为39%，如果一天用电为3kWh，根据上述计算，它可以使得100kg的水温升高50°，即水能够达到大约70°的温度，完全可以达到提供生活所需热水的目的。

Claims (4)

1.一种基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统，包括放置聚光光伏组件的箱体，箱体上部布置有聚光器，箱体下部对应上述聚光器设置有太阳能电池片，其特征在于：在上述太阳能电池片下方设置有矩形散热管，在太阳能电池片之间敷设有外表粗糙的水冷散热微管；在相邻聚光器之间悬空设置有水冷却管，上述矩形散热管、水冷散热微管及水冷却管一端汇集后通过管路连通水源，另一端汇集后通过管路连通保温水箱，上述连通水源的管路上设置有电磁阀，连通保温水箱的管路上设置有温控开关。
2.根据权利要求1所述的基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统，其特征在于：所述的悬空的水冷却管，放置在距离聚光器f/2~f4/5处，且与聚光器平行。
3.根据权利要求1或2所述的基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统，其特征在于：上述水冷却管、矩形散热软管、水冷散热微管汇集后通过软管连通保温水箱。
4.根据权利要求1或2所述的基于内部微管水冷的热-电联供的聚光光伏系统，其特征在于：上述箱体底部还设置有保温层。
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