CN102664209A - 太阳能光伏电池冷却装置 - Google Patents

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黄亚继
王永兴
王昕晔
徐亮亮
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Abstract

本发明涉及一种太阳能光伏电池冷却装置，该冷却装置包括光伏组件（1）、流量计（2），保温桶（6），冷水水源（7），水泵（8）；其中光伏组件（1）的输入端与流量计（2）相连，光伏组件（1）的输出端与保温桶（6）的输入端相连；流量计（2）与水泵的输出端（8）相连，水泵（8）的输入端分别与冷水水源（7）的输出端和保温桶（6）的输出端相连；在流量计（2）与水泵之间安装有第一阀门（3），在水泵（8）与保温桶（6）之间安装有第二阀门（4），在水泵（8）与冷水水源（7）之间安装有第三阀门（5）。该结构有效地延长电池使用寿命，降低运行成本。

Description

太阳能光伏电池冷却装置
技术领域
发明是一种热交换装置，涉及太阳能光伏电池的冷却技术领域。
背景技术
太阳能作为一种清洁可再生能源，近年来越来越受到能源与环境等行业的重视，并且得到普通大众的广泛认可。太阳能的热利用、电利用的研究价值逐渐被人们重视，特别是电利用。作为无污染、取之不尽用之不竭的可再生能源，太阳能适应了当今的经济发展与社会进步的要求。太阳能技术的开发与研究势必在很长一段时间内成为政府的关心焦点和学者的研究重心。这是由于一方面避免了化石燃料燃烧带来的一系列环境问题，比如温室效应和酸雨；另一方面传统能源的不断枯竭，节能减排的生活理念逐渐植入普通家庭，人类急需一种低成本、无污染的新能源。并且温总理在哥本哈根论坛上提出中国到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%－45%，为太阳能技术在中国的发展提供了更为现实的意义。
太阳能光伏发电对太阳能的整体利用率并不高。太阳能光伏电池由于直接暴露在太阳光辐射下，电池表面温度较高，而太阳能光伏电池的发电效率是与温度成反比，温度过高一方面影响电池寿命，另一方面降低发电效率。如何对太阳能电池降温成为许多学者探讨与研究的课题。同时还可以得到一部分光热产生的热水。目前，国内的东南大学、中国科技大学、浙江大学、清华大学、南京自动化有限公司等都在纷纷进行太阳能光伏光热系统技术的开发与研究。在太阳能电池冷却的研究中，众多学者的成果早已证实水冷的冷却效果优于风冷。而水冷方式又有众多的结构形式，例如：扁盒式流道结构、管板式流道结构、背部流道式结构等。这些结构冷却方式各有所长，投资成本以及结构重量、紧凑性也互不相同。本技术通过对传统的冷却方式改进，从冷却效果、投资成本、结构重量等方面综合考虑，采用附加L型强化换热肋片的蛇形管板式接触结构。该技术可以很好地和建筑专业合作，光伏发电用于居民用电，冷却管产生的热水与地源热泵结合用于房间采暖及生活用水。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种太阳能光伏电池冷却装置，弥补了现有装置中换热方面的不足。
技术方案： 为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能光伏电池冷却装置，该冷却装置包括光伏组件、流量计，保温桶，冷水水源，水泵；其中
光伏组件的输入端与流量计相连，光伏组件的输出端与保温桶的输入端相连；流量计与水泵的输出端相连，水泵的输入端分别与冷水水源的输出端和保温桶的输出端相连；
在流量计与水泵之间安装有第一阀门，在水泵与保温桶之间安装有第二阀门，在水泵与冷水水源之间安装有第三阀门。
优选的，光伏组件包括光伏电池输出电量接线盒，冷却管，若干平行设置的换热肋片，光伏电池；其中
接线盒位于光伏电池背面上部，用于汇总光伏电池的发电量并对外输出；
每个换热肋片包括肋底和与肋底垂直连接的肋壁两个部分，肋底贴在光伏电池背面，肋底的作用是增加与光伏电池的接触面积，肋壁的作用是固定冷却管并且增加换热面积；
冷却管水平穿过肋壁。 
优选的，冷却管为管径8-15mm的紫铜管；换热肋片厚度为3-5mm，换热肋片之间间隔8-10mm；换热肋片贴在光伏电池的肋长要求为15-25mm。
有益效果：
（1）与传统的单一的冷却结构相比，采用附加L型换热肋片蛇形管作为冷却水通道，一方面加强了普通蛇形冷却管道与太阳能电池之间的换热问题；另一方面比流道式、扁盒式冷却方式在结构上、重量上都更紧凑、轻盈。整体上具有更好的稳固性、更好的抗压能力、更好的传热效果，更小的流动阻力等。
（2）在铝板盖板封盖装订以后注入保温材料聚氨酯，由于L型肋片的固定、支撑作用，膨胀的聚氨酯以L型肋片为支撑结构充满全部空隙，使得内部更加紧凑、坚固。
（3）冷却水流量有较大的调节范围，相比扁盒式流道具有更低的流量下限，可得到温度更高的热水。
（4）采用附加L型强化换热肋片的蛇形管流道弥补了换热方面的不足，同时相比扁盒式流道、背面流道式等结构，具有更少的金属投入、更少的初步投资，降低成本。
附图说明
图1是运行流程图；
图2是附加肋片的光伏电池结构图；
图3是图2沿AA的剖面图；
图4是图2沿BB的剖面图。
图中：1、光伏电池；2、流量计；3、第一阀门；4、第二阀门；5第三阀门；6、保温桶；7、冷水水源；8、水泵；1-1、光伏电池接线盒；1-2、冷却管；1-3、换热肋片； 1-4、光伏电池；1-5换热肋片的肋底；1-6换热肋片的肋壁;k、保温材料聚氨酯；j、封装盖板。
图3中a为肋片的厚度，尺寸要求3-5mm，b相邻肋片之间的肋顶之间的间距，尺寸要求为15-18mm，c为L型肋片底边的长度，尺寸要求为15-25mm，d为相邻肋片的肋底之间的间距，尺寸要求为8-10mm，f是冷却管管间距，尺寸要求是50-80mm。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明旨在解决光伏光热热水循环系统中以下技术问题：
1. 太阳能电池水冷系统中，冷却水管与电池之间既要加强换热效果又要简化系统结构、降低投资成本之间的平衡问题。
2. 冷却水管结构选择、冷却水管在电池板组件内排列方式以及电池板与冷却水管之间的接触方式以及初期成本投资问题。
3. 管板的线性接触导致换热不佳，解决传统管板式结构的换热面积不足的问题。
参见图1－4，本发民提供的太阳能光伏电池冷却装置包括光伏组件1、流量计2，保温桶6，冷水水源7，水泵8；其中
光伏组件1的输入端与流量计2相连，光伏组件1的输出端与保温桶6的输入端相连；流量计2与水泵的输出端8相连，水泵8的输入端分别与冷水水源7的输出端和保温桶6的输出端相连；
在流量计2与水泵之间安装有第一阀门3，在水泵8与保温桶6之间安装有第二阀门4，在水泵8与冷水水源7之间安装有第三阀门5。
光伏组件1包括光伏电池输出电量接线盒1-1，冷却管1-2，若干平行设置的换热肋片1-3，光伏电池1-4；其中
接线盒1-1位于光伏电池1-4背面上部，用于汇总光伏电池1-4的发电量并对外输出；
每个换热肋片1-3包括肋底1-5和与肋底垂直连接的肋壁1-6两个部分，肋底1-5贴在光伏电池1-4背面，肋底1-5的作用是增加与光伏电池1-4的接触面积，肋壁1-6的作用是固定冷却管1-2并且增加换热面积；
冷却管1-2水平穿过肋壁1-6。 
冷却管1-2为管径8-15mm的紫铜管；换热肋片1-3厚度为3-5mm，换热肋片1-3之间间隔8-10mm；换热肋片1-3贴在光伏电池1-4的肋长要求为15-25mm。
冷水水源7经阀门5调节经过水泵8加压流入光伏组件冷却管1-2对光伏电池冷却。多级冷却管道通过总管汇入各个电池冷却管，被降温的光伏电池电量通过1-1向外输出。电池背面肋片除了固定蛇形管结构外，还通过加大接触面积加强了电池组件和蛇形管之间的换热效率，以及均和了管道之间的受热不均，由于冷却水在管道中不断受热引起沿管程的冷却水的温度不同，通过肋片的传热可以避免管道受热不均。最后被加热的水被储存在保温桶6中，同时通过回路阀门4可以对保温桶6中的水进行重复加热已达到预期温度。
采用厚度为3-5mm的肋片，蛇形管横穿过肋片并与肋片良好接触，蛇形管管间距要求在50mm，L型肋片另一面与电池板背面紧密贴合。肋片之间间隔要求10-15mm，同时由于蛇形管与板的接触面积小以及不能完全接触电池板，肋片紧贴电池板的肋长要求为15-25mm。安装时，肋片与蛇形管作为整体安装在电池板背面，然后用铝制薄板封盖电池 ，固定盖板以后，从预留的空隙中注入高膨胀性的聚氨酯保温材料。
该发明是对传统太阳能电池水冷结构的改进，通过对蛇形冷却管加设L型强化换热肋片以提高对太阳能电池冷却效果，它是一种高效的太阳能光伏优化、光热利用结构，同时基于光伏电池的特点，该结构有效地延长电池使用寿命，降低运行成本。该发明一方面解决了传统的蛇形管冷却系统的换热不佳的困境，同时又解决了扁盒式流道换热管的结构笨重，耐压性能不强以及流动阻力大等缺点。该发明结构简单，换热效果好，初期投资也较小。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (3)

1. 一种太阳能光伏电池冷却装置，其特征在于，该冷却装置包括光伏组件（1）、流量计（2），保温桶（6），冷水水源（7），水泵（8）；其中
光伏组件（1）的输入端与流量计（2）相连，光伏组件（1）的输出端与保温桶（6）的输入端相连；流量计（2）与水泵（8）的输出端相连，水泵（8）的输入端分别与冷水水源（7）的输出端和保温桶（6）的输出端相连；
在流量计（2）与水泵之间安装有第一阀门（3），在水泵（8）与保温桶（6）之间安装有第二阀门（4），在水泵（8）与冷水水源（7）之间安装有第三阀门（5）。
2. 根据权利要求1所述的太阳能光伏电池冷却装置，其特征在于，光伏组件（1）包括光伏电池输出电量接线盒（1-1），冷却管（1-2），若干平行设置的换热肋片（1-3），光伏电池（1-4）；其中
接线盒（1-1）位于光伏电池（1-4）背面上部，用于汇总光伏电池（1-4）的发电量并对外输出；
每个换热肋片（1-3）包括肋底（1-5）和与肋底垂直连接的肋壁（1-6）两个部分，肋底（1-5）贴在光伏电池（1-4）背面，肋底（1-5）的作用是增加与光伏电池（1-4）的接触面积，肋壁（1-6）的作用是固定冷却管（1-2）并且增加换热面积；
冷却管（1-2）水平穿过肋壁（1-6）。
3. 根据权利要求2所述的太阳能光伏电池冷却装置，其特征在于，冷却管（1-2）为管径8-15mm的紫铜管；换热肋片（1-3）厚度为3-5mm，换热肋片（1-3）之间间隔8-10mm；换热肋片（1-3）贴在光伏电池（1-4）的肋长要求为15-25mm。
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