CN104966755B - 一种适合多雨地区的太阳能电池板降温系统 - Google Patents

Abstract

一种适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，包括降温材料、粘附材料和太阳能电池板。降温材料是一种可吸附水分的毛细结构材料。降温材料通过粘附材料粘贴在太阳能背板上。当降温材料内部的水分蒸发时，吸收背板产生的热量，并保持背板表面温度为当前环境下的湿球温度。此降温系统结构简单，不消耗动力，具有安装方便，投资较少的特点。

Description

一种适合多雨地区的太阳能电池板降温系统

技术领域：

本发明涉及光伏发电领域，特别涉及一种适合多雨地区的太阳能电池板降温系统。

背景技术：

20世纪70年代以来，由于环保压力以及常规能源供给的有限性，国家逐步将焦点转移到了可再生能源，尤其是太阳能资源。开发利用可再生能源和太阳能已成为各国制定可持续发展战略的重要内容。2013年我国出台了一系列的促进光伏产业健康发展的政策。光伏产业的市场日渐扩大，如何有效地提高光伏系统的光电转换效率成为了令人瞩目的问题。

目前太阳能电池板冷却的途径一般是对其组件的背板进行改造，并利用辅助动力源使冷却介质流经组件的正、反表面，通过对流换热或导热把热量带走，达到降低电池温度提高效率的目的。近几年来，太阳能太阳能电池板降温的方法层出不穷，按照冷却介质的不同，可以将太阳能电池板冷却的方法分为空气冷却、液体冷却以及制冷工质冷却三种，其中液体冷却以冷却水居多。

发明专利“具有水循环冷却系统的太阳能电池组件”，申请号200810236131.4。该专利申请了涉及一种具有水循环冷却系统的太阳能电池组件，属于太阳能电池技术领域，包括太阳能电池板和电池板安装框架，太阳能电池板固定在电池板安装框架内，在太阳能电池板表面覆盖有面板，太阳能电池组件旁边设置有水箱，该水箱的出水口管路连接有水泵，进水口管路连接有集水槽，集水槽设置在电池板安装框架的下方，在电池板安装框架上海设置有可用于向面板喷水的喷淋装置，喷淋装置与水泵出水口管路连接。该发明太阳能电池板降温系统结构复杂、成本高，并且需要额外消耗电能。

发明专利“太阳能光伏装置”，申请号201010544614.8。一种太阳能光伏装置，包括基座以及设置在基座两端的第一支撑架和第二支撑架。多个电池板阵列，每个电池板阵列被支撑在第一支撑架和第二支撑架上并包括至少一个光伏板，电池板阵列具有接收太阳光的正面和与所述证明相对的背面，以及第一流体冷却通道，包括分别设置在所述第一支撑架和第二支撑架上的第一进水口和第一出水口，以及位于第一进水口和第一出水口之间的第一流动通道，第一流动通道的宽度对于电池板阵列的宽度并与电池板阵列的证明流体接触，从而在电池板阵列的正面形成流体膜。该发明主要通过改变太阳能电池板内部构造实现降温，技术复杂，难度较高。

实用新型专利“太阳能电池板无动力降温系统”，申请号201220304992.3。该实用新型专利公开了一种太阳能电池板无动力降温系统，包括地上降温组件、地下热交换组件、第二连接管和第三连接管，其中地上降温组件包括进气管、冷气管、降温板、热气管、吸热排气管和第一连接管，其中降温板将太阳能电池板的背面覆盖，且降温板上设有过气孔，该实用新型利用地下恒温层的恒温特性以及气体密度随着温度升高而降低的特性，但是该专利的降温结构复杂，成本高。

目前太阳能电池板降温系统大体上分为无动力太阳能电池板降温、主动式太阳能电池板降温两种，其中无动力太阳能电池板降温系统结构复杂，大大增加了光伏发电系统的成本；主动式太阳能电池板降温系统需要消耗额外的电能。为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种无动力太阳能电池板降温系统。这种系统降温效果好，且具有结构简单，安装维护方便，投资相对较少的特点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种适合多雨地区的太阳能电池板降温系统。这种降温系统结构简单，不消耗动力，具有安装方便，投资较少的特点。

本发明通过在太阳能电池板的背板上铺设具有可吸附水分的毛细结构降温材料，该材料在吸附了如雨水之类的外部水分之后，可通过毛细现象在降温材料内部保持水分。降温材料中的水分吸收汽化潜热蒸发，降温材料中的水温下降，一旦降温材料的温度低于周围空气的温度，热量会从温度高的空气传给温度低的降温材料，直到降温材料的温度由于水分吸收汽化潜热蒸发而降低到某一温度时，空气对降温材料的传热量等于蒸发一定水分所需要的汽化潜热，热湿平衡状态下的水温为该状态下空气的湿球温度。从而在不消耗能量的前提下对太阳能电池板进行降温，从而提高光电转换效率。

可以采用粘附材料粘附在太阳能电池板上以用该粘附材料的另一面粘附降温材料。粘附材料和降温材料面积形状和尺寸相同。粘附材料可以被固定装置取代。当采用固定钉等固定装置进行固定的时候，太阳能电池板上相应位置设置有降温材料固定孔。太阳能电池板的长×宽×高为a×b×δ_b。固定装置可以是固定钉，栓，固定卡扣等多种形式。

本发明实现上述目标的技术方案是一种适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，包括降温材料、粘附材料、太阳能电池板背板，其特征是：降温材料通过粘附材料布置在太阳能电池板背板上；粘附材料和其所粘附的降温材料面积形状和尺寸相同；所述降温材料是一种可吸附水分的毛细结构材料，所述降温材料在吸附了外部水分之后，可通过毛细现象在降温材料内部保持水分；当降温材料内部的水分蒸发时，吸收背板产生的热量，并保持背板表面温度为当前环境下的湿球温度；

粘附材料的布置方式采用N*M的圆形阵列、国际象棋棋盘阵列或者条带形式；降温材料为两层结构；降温材料层之间采用粘附材料粘合或者固定装置连接；靠近太阳能电池板的一层为结构紧密的吸水材料，便于固持水份，而远离太阳能电池板的一层为结构松散的吸水材料，便于水份的挥发；选择可吸附水分的吸水纤维作为降温材料；降温材料铺设面积占太阳能电池板总面积的40-60％。靠近太阳能电池板的降温材料层为圆环柱体或者方环柱体，通过在环柱中蓄水以更好的固持水份。所述外部水份为雨水。分别测量待测吸水纤维在0.5、1、3、5、10和30min时的芯吸高度h，以芯吸高度h与芯吸时间t的比值表征平均吸水速率v；选择吸水速率大于1cm/10min的待测吸水纤维作为降温材料。取40mm*40mm的待测量吸水纤维，并称其重量记为W1，将试样放入蒸馏水中浸泡30min后取出并自然悬挂30min，再称其重量记为W2，根据下式计算样品吸水倍率n：

选择符合在40℃的吸水倍率为35以上、在60℃的吸水倍率为32以上、80℃下吸水倍率为30以上这三个条件中至少一种的待测吸水纤维为降温材料。粘附材料可以被固定钉或者固定栓所取代，固定钉或者固定栓的一侧插设在太阳能电池板的降温材料固定孔中，另一侧插设于降温材料中。固定钉或者固定栓的材料选用不锈钢钢材或者硬性塑料。降温材料厚度为1cm。降温材料铺设面积占太阳能电池板总面积的50％。

附图说明：

图1是采用粘附材料连接的一种实施方式的正面图。

图2是采用粘附材料连接的一种实施方式的剖面图。

图3是采用国际象棋棋盘阵列的一种实施方式的正面图。

图4是采用双层降温材料的一种实施方式的剖面图。

具体实施方式：

参考图1，实施本发明所述的一种无动力太阳能电池板降温装置。这种降温装置结构简单，不消耗动力，具有安装方便，投资较少的特点。降温装置包括太阳能电池板1、降温材料粘附材料2，降温材料3通过粘附材料布置在太阳能电池板背板上。

实施例1

太阳能电池板的长×宽×高为a×b×δ_b。

粘附材料2的面积占太阳能电池板总面积的40-60％。若降温材料3在无水的状态下，采用降温材料3满铺会影响太阳能电池板正常的通风效果，因此优选40-60％的铺设方式，既能达到降温的效果，又不影响太阳能电池板的通风。

粘附材料2的布置方式优选采用N×M的圆形阵列，优选4×5的圆形阵列，圆形粘附材料(其上粘附相同尺寸的降温材料)的直径为d，两相邻圆形单元中心点之间的间距为d₁，外侧圆形单元边缘距离太阳能电池板左右两边的距离相等为d₂，距离太阳能电池板上下两边的距离相等为d₃。

选择可吸附水分的毛细结构材料——吸水纤维作为降温材料3，选取厚度为δ_c，将其做成直径为d的圆柱置于粘附材料2中。δ_c优选为1cm。

根据标准FZ/T 01071-2008《纺织品毛细效应试验方法》分别测量试样在0.5、1、3、5、10和30min时的芯吸高度h。以芯吸高度h与芯吸时间t的比值表征平均吸水速率v。需要选取平均吸水速率满足需求(例如：需要满足当地降雨情况和太阳能电池板方式)的吸水纤维材料作为降温材料，优选吸水速率大于1cm/10min的待测吸水纤维作为降温材料。

取40mmx40mm的吸水纤维，并称其重量记为W1，将试样放入蒸馏水中浸泡30min后取出并自然悬挂30min，再称其重量记为W2。

根据下式计算样品吸水倍率n：

优选吸水纤维在40℃，60℃，80℃下的吸水倍率为：

测试温度(℃)	吸水倍率
		40	35
60	32
		80	30

例如：当太阳辐照强度为780.56W/m2，干球温度为32.4℃，湿球温度为27.8℃的环境下进行测试，当未采用降温措施并且干球温度为32.4℃时，太阳能电池板的温度为58℃，光电转换效率为12％；当采用本发明所提的降温措施时，吸水纤维中的水分蒸发，使得太阳能电池板的温度保持在湿球温度27.8℃左右，光电转换效率大概提升3％。

实施例2

太阳能电池板的长×宽×高为a×b×δ_b。

粘附材料2的面积占太阳能电池板总面积的50％。若降温材料3在无水的状态下，采用降温材料3满铺会影响太阳能电池板正常的通风效果，因此优选50％的铺设方式，既能达到降温的效果，又不影响太阳能电池板的通风。

粘附材料2的布置方式采用国际象棋棋盘阵列，粘附材料呈方格形式间隔布置，方格的长×宽为l×w，距离太阳能电池板左右两边的距离相等为d₄，距离太阳能电池板上下两边的距离相等为d₅。

可吸附水分的毛细结构材料——吸水纤维作为降温材料3，其厚度为δ_c，将其做成长×宽为l×w的方柱置于粘附材料2中。

优选吸水纤维在40℃，60℃，80℃下的吸水倍率为：

测试温度(℃)	吸水倍率
		40	35
60	32
		80	30

采用国际象棋棋盘阵列取得的效果如下：

例如：当太阳辐照强度为780.56W/m2，干球温度为32.4℃，湿球温度为27.8℃的环境下进行测试，当未采用降温措施并且干球温度为32.4℃时，太阳能电池板的温度为58℃，光电转换效率为12％；当采用本发明所提的降温措施时，吸水纤维中的水分蒸发，使得太阳能电池板的温度保持在湿球温度27.8℃左右，光电转换效率大概提升3％。

实施例3

太阳能电池板的长×宽×高为a×b×δ_b。

粘附材料2的面积占太阳能电池板总面积的50％。若降温材料3在无水的状态下，采用降温材料3满铺会影响太阳能电池板正常的通风效果，因此优选50％的铺设方式，既能达到降温的效果，又不影响太阳能电池板的通风。

粘附材料2的布置方式采用国际象棋棋盘阵列，粘附材料呈方格形式间隔布置，方格的长×宽为l×w，距离太阳能电池板左右两边的距离相等为d₄，距离太阳能电池板上下两边的距离相等为d₅。

降温材料可被设置多层结构，优选为两层，采用可吸附水分的毛细结构材料——吸水纤维作为降温材料3。靠近太阳能电池板的一层为结构紧密的吸水纤维4，便于固持水份，而远离太阳能电池板的一层为结构松散的吸水纤维6，便于水份的挥发。两层降温材料之间采用粘附材料5进行粘附贴合，也可以采用其他固定装置(例如：固定钉，固定栓等)进行固定连接。优选内层降温材料厚度为0.3-0.5cm,外层降温材料的厚度为0.8-1.2cm，分别优选为0.5cm和1.0cm。

这两层降温材料被做成长×宽为l×w的方柱固定在粘附材料2上。

优选吸水纤维在40℃，60℃，80℃下的吸水倍率为：

测试温度(℃)	吸水倍率
		40	35
60	32
		80	30

粘附材料可以被固定钉或者固定栓所取代，固定钉或者固定栓的一侧插设在太阳能电池板的降温材料固定孔中，另一侧用于插设于降温材料中。固定钉或者固定栓的材料选用不锈钢钢材或者硬性塑料。

降温材料也可以以条带形式固定在太阳能电池板上。此时，降温材料的面积占太阳能电池板总面积的50％。这种方式中，降温材料的安装最便捷。

Claims (10)

1.一种适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，包括降温材料、粘附材料、太阳能电池板背板，其特征是：降温材料通过粘附材料布置在太阳能电池板背板上；粘附材料和其所粘附的降温材料面积形状和尺寸相同；所述降温材料是一种可吸附水份的毛细结构材料，所述降温材料在吸附了外部水份之后，可通过毛细现象在降温材料内部保持水份；当降温材料内部的水份蒸发时，吸收背板产生的热量，并保持背板表面温度为当前环境下的湿球温度；

粘附材料的布置方式采用N×M的圆形阵列、国际象棋棋盘阵列或者条带形式；降温材料为两层结构；降温材料层之间采用粘附材料粘合或者固定装置连接；靠近太阳能电池板的一层为结构紧密的吸水材料，便于固持水份，而远离太阳能电池板的一层为结构松散的吸水材料，便于水份的挥发。

2.根据权利要求1所述的适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，其特征是：选择可吸附水份的吸水纤维作为降温材料；降温材料铺设面积占太阳能电池板总面积的40-60％。

3.根据权利要求1所述的适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，其特征是：靠近太阳能电池板的降温材料层为圆环柱体或者方环柱体，通过在环柱中蓄水以更好的固持水份。

4.根据权利要求1所述的适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，其特征是：所述外部水份为雨水。

5.根据权利要求1所述的适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，其特征是：分别测量待测吸水纤维在0.5、1、3、5、10和30min时的芯吸高度h，以芯吸高度h与芯吸时间t的比值表征平均吸水速率v；选择吸水速率大于1cm/10min的待测吸水纤维作为降温材料。

6.根据权利要求1所述的适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，其特征是：取40mm×40mm的待测量吸水纤维，并称其重量记为W1，将试样放入蒸馏水中浸泡30min后取出并自然悬挂30min，再称其重量记为W2，根据下式计算样品吸水倍率n：

$n=\frac{W_2-W_1}{W_1}$

选择符合在40℃的吸水倍率为35以上、在60℃的吸水倍率为32以上、80℃下吸水倍率为30以上这三个条件中至少一种的待测吸水纤维为降温材料。

7.根据权利要求1所述的适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，其特征是：粘附材料可以被固定钉或者固定栓所取代，固定钉或者固定栓的一侧插设在太阳能电池板的降温材料固定孔中，另一侧插设于降温材料中。

8.根据权利要求1所述的适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，其特征是：固定钉或者固定栓的材料选用不锈钢钢材或者硬性塑料。

9.根据权利要求1所述的适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，其特征是：降温材料厚度为1cm。

10.根据权利要求1所述的适合多雨地区的太阳能电池板降温系统，其特征是：降温材料铺设面积占太阳能电池板总面积的50％。