CN102277138A - 一种光伏电池用复合相变蓄热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏电池用复合相变蓄热材料及其制备方法，该材料包括十六烷、十八烷和泡沫铝；十六烷和十八烷的共熔混合物与泡沫铝的质量比是5～10∶1，十六烷和十八烷的共熔混合物中十六烷和十八烷的质量比是3～7∶7～3。该方法包括将十六烷和十八烷混合后加热至完全熔化，然后搅拌，形成共熔混合物；将上述共熔混合物和泡沫铝混合后搅拌，形成所述的复合相变蓄热材料。本发明可有效地吸收和储存光伏电池释放的热能；可使光伏转换效率提高15％以上，太阳能总利用效率达到70％以上；提高了蓄热材料的导热性能和热稳定性；本发明的复合材料无毒、无腐蚀性，相变过程中无过冷和相分离现象，相变体积变化小，可长期使用。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种相变蓄热材料及其制备方法，尤其涉及的是一种光伏电池用复合相变蓄热材料及其制备方法。
背景技术
在光伏电池的应用中，照射到光伏电池表面的太阳能有80％以上并未转化为电能，而是转化为热能，导致光伏电池温度升高。特别是太阳辐照较强时，会导致光伏电池效率急剧下降，一般光伏电池的转换效率只有8％～12％。如果在光伏电池组件的背面构造出微流道，通过微流道中的流体带走热量，可以降低光伏电池温度，提高光伏电池转换效率。如果对流体带走的热量加以利用，这种光伏电池系统在产生电能的同时还可以向外界提供热能。
通常在光伏电池的背面铝板、微通道管外和铝底板构成的空间内填充相变蓄热材料用于储存热能，并使光伏电池的温度稳定在25℃左右。当太阳能充足时，光伏电池提供的电能由逆变器中的蓄电池储存，光热转换的热能由光伏电池中的相变蓄热材料储存。蓄热材料的相变温度选定在24～26℃，这样既可以保证光伏电池板的温度始终稳定在25℃(光伏电池测试时的标准工况)，使光伏电池的转换效率达到最佳值，又可使光热转换时系统的工作温度稳定，系统的性能得到改善。
相变蓄热材料是一种熔化时吸热、凝结时放热的材料，目前常用的相变蓄热材料包括无机物和有机物两大类。绝大多数无机物相变蓄热材料具有腐蚀性，而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，影响了其蓄热能力；而有机物相变蓄热材料不仅腐蚀性小、在相变过程中几乎没有相分离的缺点，并且且化学性能稳定，但有机相变蓄热材料导热系数低，致使其蓄热效率低，从而降低了光伏电池系统的性能。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种光伏电池用复合相变蓄热材料及其制备方法，将有机相变蓄热材料和泡沫铝复合，提高复合材料的导热系数。
技术方案：本发明的复合相变蓄热材料包括十六烷、十八烷和泡沫铝；其中：十六烷和十八烷的共熔混合物与泡沫铝的质量比是5～10∶1，十六烷和十八烷的共熔混合物中十六烷和十八烷的质量比是3～7∶7～3。
本发明制得的复合相变蓄热材料的相变温度为24～28℃，相变潜热为185～206kJ/kg，可以保证光伏电池板的温度在25℃，同时复合相变蓄热材料能够储蓄热能。
所述泡沫铝选用通孔泡沫铝，泡沫铝的通孔可以达到更好的导热效果。
一种光伏电池用复合相变蓄热材料的制备方法，该方法包括以下步骤，
(1)将十六烷和十八烷混合后加热至完全熔化，然后搅拌，形成共熔混合物；
(2)将上述共熔混合物和泡沫铝混合后搅拌，形成所述的复合相变蓄热材料。
本发明的十六烷的分子式是CH3(CH2)14CH3，分子量是226.44，无色液体，熔点18.2℃，沸点286.79℃，本发明使用任意结构的十六烷均可实现。
本发明的十八烷的分子式是CH3(CH2)16CH3，分子量是254.50，无色液体，熔点28.2℃，沸点316.1℃，本发明使用任意结构的十八烷均可实现。
本发明的工作原理是：本发明利用十六烷和十八烷作为有机相变蓄热材料，利用泡沫铝的良好导热性能，使得泡沫铝在十六烷和十八烷中起到导热和支撑的作用，强化了蓄、放热过程的传热，解决了有机蓄热材料导热系数低的问题。
有益效果：本发明相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明可有效地吸收和储存光伏电池释放的热能，然后通过换热系统释放出来，使得热能在供给和需求上更为匹配；
(2)本发明能够使得光伏电池板的温度稳定在25℃左右，使光伏转换效率提高15％以上，太阳能总利用效率达到70％以上；
(3)本发明通过有机相变蓄热材料与泡沫铝的复合，提高蓄热材料的导热性能和热稳定性；
(4)本发明的复合相变蓄热材料无毒、无腐蚀性，相变过程中无过冷和相分离现象，相变体积变化小，性能稳定，可长期使用。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：将十六烷和十八烷按质量比3∶7混合后加热至完全熔化状态，在800转/分钟的转速下搅拌该混合物40分钟，搅拌过程中混合物的温度控制在33℃，制成均匀的液体共熔混合物。然后将该共熔混合物与通孔泡沫铝按质量比5∶1混合，在800转/分钟转速下搅拌80分钟，最后形成均匀的复合相变蓄热材料。
经测定，本实施例制得的复合相变蓄热材料的凝固温度为26.5℃，熔化温度为27.6℃，凝固潜热为185.5kJ/kg，熔化潜热为188.7kJ/kg，热扩散率为1.05mm2/s。
实施例2：将十六烷和十八烷按质量比5∶5混合后加热至完全熔化状态，在800转/分钟的转速下搅拌该混合物40分钟，搅拌过程中混合物的温度控制在30℃，制成均匀的液体共熔混合物。然后将该共熔混合物与通孔泡沫铝按质量比7∶1混合，在800转/分钟转速下搅拌80分钟，最后形成均匀的复合相变蓄热材料。
经测定，本实施例制得的复合相变蓄热材料的凝固温度为25.7℃，熔化温度为26.4℃，凝固潜热为195.5kJ/kg，熔化潜热为198.6kJ/kg，热扩散率为0.45mm2/s。
实施例3：将十六烷和十八烷按质量比7∶3混合后加热至完全熔化状态，在800转/分钟的转速下搅拌该混合物40分钟，搅拌过程中混合物的温度控制在35℃，制成均匀的液体共熔混合物。然后将该共熔混合物与通孔泡沫铝按质量比10∶1混合，在800转/分钟转速下搅拌80分钟，最后形成均匀的复合相变蓄热材料。
经测定，本实施例制得的复合相变蓄热材料的凝固温度为24.6℃，熔化温度为25.8℃，凝固潜热为204.7kJ/kg，熔化潜热为205.2kJ/kg，热扩散率为0.41mm2/s。
Claims (5)
1.一种光伏电池用复合相变蓄热材料，其特征在于，该材料包括十六烷、十八烷和泡沫铝；其中：十六烷和十八烷的共熔混合物与泡沫铝的质量比是5～10∶1，十六烷和十八烷的共熔混合物中十六烷和十八烷的质量比是3～7∶7～3。
2.根据权利要求1所述的光伏电池用复合相变蓄热材料，其特征在于，所述复合相变蓄热材料的相变温度为24～28℃，相变潜热为185～206kJ/kg。
3.根据权利要求1所述的光伏电池用复合相变蓄热材料，其特征在于，所述泡沫铝是通孔泡沫铝。
4.如权利要求3所述的一种光伏电池用复合相变蓄热材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，
(1)将十六烷和十八烷混合后加热至完全熔化，然后搅拌，形成共熔混合物；
(2)将上述共熔混合物和泡沫铝混合后搅拌，形成所述的复合相变蓄热材料。
5.根据权利要求4所述的一种光伏电池用复合相变蓄热材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，搅拌过程中混合物的温度为30～35℃。
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