CN103531652B - 一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置，属于聚光光伏电池板冷却技术领域。本发明为了解决现有的聚光光伏电池板冷却技术难以满足温度控制的要求，热量传导性能差，从而降低的太阳能发电效率的问题。本发明的散热板为中空散热板，固定支架为中空支架，每个固定支架内设置有一个热管，热管的上端与散热板连通，散热板的中空部分作为热管的蒸发端，热管的下端为冷凝端，热管与固定支架之间的腔体内烧结金属泡沫，金属泡沫内充满固液相变材料，固定支架的上端开口采用密封件密封，热管的内壁上设有一层热管吸液芯。本发明用于碟式太阳能聚光光伏电池板的散热。

Description

一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种聚光光伏电池板的冷却装置，具体涉及一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置，属于聚光光伏电池板冷却技术领域。

背景技术

随着世界石化能源储量的减少和环境污染问题的日益严重，作为清洁可持续利用的太阳能已经被广泛应用，因此可以预见，太阳能发电在能源结构中所占的比例越来越大。太阳能发电效率最高可达31%，随着发电过程的进行，太阳能发电装置不断放热导致其温度越来越高，而温度的增加又会导致其发电效率降低，温度过高甚至会烧坏电池板。因此如何有效冷却太阳能电池板从而控制温度升高成为业界关注的重要内容。

近年来，聚光光伏发电由于可以在很小的面积上产生很大的发电量，可以大幅节省占地面积，因此这类发电技术成为太阳能利用方面的新的发展方向。聚光光伏电池板具有很高的热流密度，对冷却散热技术提出了很高的要求，目前用于太阳能电池板的冷却技术主要分为冲击射流冷却、强制对流冷却、自然对流冷却等，其中冲击射流和强制对流属于主动冷却，该类技术由于需要流体循环和相应的动力源，不仅需要额外的动力投入，而且存在很多不稳定因素。自然对流属于被动冷却技术，往往在太阳能电池板背面添加延伸肋片、扩展通道等结构通过空气或水对其进行降温，但是自然对流换热效率较低，难以满足温度控制的要求。

发明内容

本发明为了解决现有的聚光光伏电池板冷却技术难以满足温度控制的要求，热量传导性能差，从而降低的太阳能发电效率的问题，进而提供一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置。

本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案是：

本发明所述一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置包括散热板、多个固定支架和与固定支架数量一致的热管，所述散热板为中空散热板，散热板的底面上悬挂有太阳能电池板，太阳能电池板的下方设置有聚光器，散热板与聚光器之间通过多个固定支架连接，固定支架为中空支架，中空支架为上端开口且下端封口的支架，每个固定支架内设置有一个热管，热管的上端与散热板连通，散热板的中空部分作为热管的蒸发端，热管的下端为冷凝端，热管与固定支架之间的腔体内烧结金属泡沫，金属泡沫内充满固液相变材料，热管的冷凝端位于金属泡沫内，固定支架的上端开口采用密封件密封，金属泡沫的上端面与密封件之间留有空间；所述热管为非重力热管，热管的内壁上设有一层热管吸液芯。

优选的：所述热管的当量导热系数为10⁵W/(mK)至10⁶W/(mK)。

优选的：所述密封件为橡胶密封、垫密封或机械密封。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明采用被动冷却技术对电池板进行散热，具体提出了利用相变材料(PCM)高相变潜热的特点将部分由太阳能电池板产生的热能暂时性的储存在PCM中的被动冷却技术。将一定量的固液相变材料(PCM)填充于支撑太阳能电池板的固定支架内部的空腔内。PCM具有极高的融化(凝固)潜热，在热储能、电子器件温控、大功率发热装置散热等领域有潜在的应用。但是，PCM的不足之处是其导热系数较低，在相变过程中往往会产生局部温度过高的不均匀温度场，而不能有效地控制温度。此外，由于碟式聚光光伏电池板的工作温度可达800℃，甚至更高，具有极高的热流密度，如何将其热量迅速导入PCM中也是亟待解决的问题之一。为此，本发明为将太阳能电池板底部的热量快速传递给支架空腔内的PCM，采用了具有导热能力的热管作为太阳能发热电池板和PCM之间的热量传递通道，使PCM融化从而将热能暂时储存起来。在夜间外部环境温度较低的情况下，PCM内储存的热量通过固定支架外表面散到外部环境中。在固定支架空腔内烧结了的具有高通透性和高导热性的金属泡沫，可以实现较高的传热性能。采用本发明的冷却装置不仅可以节省主动冷却的动力消耗并避免不稳定因素，而且还可以有效利用太阳能电池板固定支架内部空腔来盛放PCM，从而节省了额外的装置和空间，最终实现对太阳能电池板温度稳定而有效的控制，提高了太阳能发电效率。

附图说明

图1是将冷却装置应用于碟式太阳能发电装置的结构图；

图2是冷却装置的剖视图；

图3是热管与散热板连接关系图。

图中：1-聚光器，2-固定支架，3-太阳能电池板，4-散热板，5-热管蒸发端，6-热管，7-冷凝端，8-金属泡沫，9-完全凝固界面，10-完全融化界面，11-密封件，12-热管吸液芯，13-蒸气流向，14-液体流向。

具体实施方式

下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。

具体实施方式一：参见图1至图3，本实施方式的一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置包括散热板4、多个固定支架2和与固定支架2数量一致的热管6，所述散热板4为中空散热板，散热板4的底面上悬挂有太阳能电池板3，太阳能电池板3的下方设置有聚光器1，散热板4与聚光器1之间通过多个固定支架2连接，固定支架2为中空支架，中空支架为上端开口且下端封口的支架，每个固定支架2内设置有一个热管6，热管6的上端与散热板4连通，散热板4的中空部分作为热管6的蒸发端5，热管6的下端为冷凝端7，热管6与固定支架2之间的腔体内烧结金属泡沫8，金属泡沫8内充满固液相变材料，热管6的冷凝端7位于金属泡沫8内，固定支架2的上端开口采用密封件11密封，金属泡沫8的上端面与密封件11之间留有空间；所述热管6为非重力热管，热管6的内壁上设有一层热管吸液芯12。

进一步：所述热管的当量导热系数为10⁵W/(mK)至10⁶W/(mK)。

进一步：所述密封件11为橡胶密封、垫密封或机械密封。

工作原理：聚光器1将太阳光汇聚到太阳能电池板3上，一部分能量用于发电，一部分能量转化为具有高热流密度的热能，这部分热能通过与散热板4相连的热管6传导到固定支架2内部的PCM中。由于PCM融化后会产生体积膨胀，因此PCM完全融化界面10高于完全凝固界面9。热管6内的流体在顶部蒸发端5蒸发将热量带走，在底部冷凝端7凝结放出热量。图3中给出了蒸气流向13和液体流向14，冷凝端7的冷凝液通过热管吸液芯12流向蒸发端5，蒸发端5的蒸气经热管6的中间通道流向冷凝端7，从而实现高效传热。在白天太阳能电池工作区间内，除了热管6导热量之外，太阳能电池板3底部还可以散掉一部分热量，固定支架2的外壁也可以散掉一部分热量；在夜间外界温度较低的情况下，固定支架2空腔内融化的PCM可以通过固定支架2外壁向外散热从而使PCM逐渐凝固，金属泡沫8的存在使得PCM和固定支架外壁的温度差异较小，从而增强了夜间向外界的散热效果。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (3)

1.一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置，其特征在于：一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置包括散热板(4)、多个固定支架(2)和与固定支架(2)数量一致的热管(6)，所述散热板(4)为中空散热板，散热板(4)的底面上悬挂有太阳能电池板(3)，太阳能电池板(3)的下方设置有聚光器(1)，散热板(4)与聚光器(1)之间通过多个固定支架(2)连接，固定支架(2)为中空支架，中空支架为上端开口且下端封口的支架，每个固定支架(2)内设置有一个热管(6)，热管(6)的上端与散热板(4)连通，散热板(4)的中空部分作为热管(6)的蒸发端(5)，热管(6)的下端为冷凝端(7)，热管(6)与固定支架(2)之间的腔体内烧结金属泡沫(8)，金属泡沫(8)内充满固液相变材料，热管(6)的冷凝端(7)位于金属泡沫(8)内，固定支架(2)的上端开口采用密封件(11)密封，金属泡沫(8)的上端面与密封件(11)之间留有空间；所述热管(6)为非重力热管，热管(6)的内壁上设有一层热管吸液芯(12)，冷凝端(7)的冷凝液通过热管吸液芯(12)流向蒸发端(5)，蒸发端(5)的蒸气经热管(6)的中间通道流向冷凝端(7)。

2.根据权利要求1所述的一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置，其特征在于：所述热管的当量导热系数为105W/(mK)至106W/(mK)。

3.根据权利要求1或2所述的一种碟式太阳能聚光光伏电池板的冷却装置，其特征在于：所述密封件(11)为橡胶密封、垫密封或机械密封。