CN105763155A - 一种被动式水面光伏冷却散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种被动式水面光伏冷却散热装置。本发明由光伏板、多孔蒸发结构、支架、底座和水池组成；所述多孔蒸发结构由底板、肋柱以及顶板组成，所述肋柱按照矩阵交错排布在底板与顶板之间，所述光伏板背面固定于顶板；所述顶板、肋柱的上半部分和光伏板位于水面上，所述肋柱的下半部分和底板置于水中；所述底板与支架的上端固定，所述支架的下端与位于水池底部的底座固定。本发明通过采用相变蒸发冷却太阳能光伏电池，能够大幅降低电池的传热热阻，提升电池的效率及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及热能工程领域，更具体的说是涉及一种被动式水面光伏冷却散热装置。
背景技术
在能源环境与安全面临严重挑战的当下，太阳能光伏发电作为一种具有清洁、环保特点的可再生能源技术得到了越来越广泛的关注。光伏发电技术应用受到城市中密集的建筑群、土地资源稀缺等因素严重限制的背景下，近年来水上光伏发电系统得到广泛应用，通过将光伏板安装在水面上进行发电的技术措施以解决光伏发电与土地占用之间的矛盾问题。同时，当太阳辐射强度过高时，电池温度过高、发电效率过低一直是阻碍光伏发电进一步发展的不利影响。目前施用于光伏冷却的散热技术主要还是以自然对流冷却或强制风冷或水冷为主。自然对流冷却具有结构简单、初始投资少的优点，但传统自然对流的表面自然对流换热系数较小，散热能力在很大程度上无法满足要求；强制风冷或水冷通过风机或水泵驱动空气或水强制流过光伏板表面以对流换热的方式带走光伏板的热量，而风机或水泵所耗的功大多以牺牲光伏模块自身的功率输出为代价，整体功率输出提升作用并不明显。因此以上两种冷却方式具有冷却效率低、耗功多和系统发电效率提升不明显等缺陷。因此，如何能提高光伏板冷却效率，减少光伏冷却自身的寄生功率耗散，进一步提升光电转化效率，成为国内外研究光伏冷却问题的难点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种结构简单、容易实现的一种被动式水面光伏冷却散热装置。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种被动式水面光伏冷却散热装置，其特征是，由光伏板、多孔蒸发结构、支架、底座和水池组成；所述多孔蒸发结构由底板、肋柱以及顶板组成，所述肋柱按照矩阵交错排布在底板与顶板之间，所述光伏板背面固定于顶板；所述顶板、肋柱的上半部分和光伏板位于水面上，所述肋柱的下半部分和底板置于水中；所述底板与支架的上端固定，所述支架的下端与位于水池底部的底座固定。
所述多孔蒸发结构由金属粉末烧结而成，也可由高分子聚合物、分子筛、多孔丝网或多孔砖构成，所述多孔蒸发结构的孔隙率为10％-95％。
所述肋柱可为矩形肋或柱状肋。
本发明的特点以及产生的有益效果是：通过采用相变蒸发冷却太阳能光伏电池，能够大幅降低电池的传热热阻，提升电池的效率及使用寿命；而光伏板的背面设置的多孔蒸发结构，一方面起到了维持相变蒸发过程的作用，一方面能够避免传统风冷及水冷冷却不均匀现象，使得光伏板能够得到较为均匀的冷却；整个冷却散热过程中无需耗功，属于被动式冷却散热装置，技术经济价值较高；此外，肋柱不仅起到水分传输的作用，同时还起到了空气扰流以及扩展蒸发相变界面区域的作用，达到了强化传热的目的；多孔蒸发装置既起到了支撑光伏板作用，同时达到了冷却光伏板的目的，简化了装置的复杂程度及现场施工难度；
附图说明
图1所示为本发明一种被动式水面光伏冷却散热装置示意图；
图2所示为本发明一种被动式水面光伏冷却散热装置中多孔蒸发结构示意图；
图中：1.光伏板，2.多孔蒸发结构，3.支架，4.底座，5.水池。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1—图2，本发明一种被动式水面光伏冷却散热装置由所述光伏板1、多孔蒸发结构2、支架3、底座4、水池5组成。所述多孔蒸发结构2由所述底板21、肋柱22以及顶板23组成，所述多孔蒸发结构2可由金属粉末烧结而成，也可由高分子聚合物、分子筛、多孔丝网或多孔砖构成，所述多孔蒸发结构2的孔隙率为10％-95％。所述肋柱22按照矩阵交错排布在所述底板21与所述顶板23之间，所述肋柱22可为矩形肋或柱状肋，所述肋柱22具有强化蒸发和对流换热的作用，所述光伏板1背面通过粘胶、卡扣或螺栓固定的方式紧贴于所述顶板23。所述顶板23及所述肋柱22的上半部分与所述光伏板1位于水面上，所述肋柱22的下半部分与所述底板21置于水中。所述底板21与所述支架3的上端通过卡扣或螺栓连接，所述支架3的下端与位于所述水池5底部的所述底座4相连，所述支架3和所述底座4对所述光伏板1和所述多孔蒸发结构2起到固定和支撑作用。
本发明的工作原理如下：在多孔介质毛细渗透力的作用下，所述水池5中的水，依次通过所述光伏板1背面的所述底板21、肋柱22以及顶板23充满所述多孔蒸发结构2；由于环境空气中的湿度相对较低，当环境空气流过所述多孔蒸发结构2时，所述多孔蒸发结构2表面的水分在传质势差的作用下向干燥空气中逐渐迁移产生水分蒸发现象，水分蒸发的过程中将以相变潜热的形式带走所述光伏板1的热量，此外所述光伏板1还将以导热的形式将热量沿所述多孔蒸发结构2传递至所述水池5中，达到了双重冷却的效果；与此同时，所述多孔蒸发结构2的散失的水分可通过毛细抽吸作用从所述水池5中得到持续补充，使得相变蒸发过程可以持续不断的进行；所述肋柱22不仅起到水分传输的作用，同时还起到了空气扰流以及扩展蒸发相变界面区域的作用，达到了强化传热的目的；所述光伏板1产生的热量最终通过所述多孔介质2持续进行的相变蒸发被外界气流带走，如此不断循环达到了冷却所述光伏板1的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种被动式水面光伏冷却散热装置，其特征是，由光伏板、多孔蒸发结构、支架、底座和水池组成；所述多孔蒸发结构由底板、肋柱以及顶板组成，所述肋柱按照矩阵交错排布在底板与顶板之间，所述光伏板背面固定于顶板；所述顶板、肋柱的上半部分和光伏板位于水面上，所述肋柱的下半部分和底板置于水中；所述底板与支架的上端固定，所述支架的下端与位于水池底部的底座固定。
2.根据权利要求1所述的一种被动式水面光伏冷却散热装置，其特征是，所述多孔蒸发结构由金属粉末烧结而成，也可由高分子聚合物、分子筛、多孔丝网或多孔砖构成，所述多孔蒸发结构的孔隙率为10％-95％。
3.根据权利要求1所述的一种被动式水面光伏冷却散热装置，其特征是，所述肋柱为矩形肋或柱状肋。
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