CN107749431A - 复合相变材料辅助的光伏电池组件 - Google Patents
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Abstract
一种复合相变材料辅助的光伏电池组件，包括：设置于相变材料腔体内的复合相变材料和导热金属网格以及设置于相变材料腔体外的光伏组件。在阳光充足的条件下，复合相变材料吸收光伏组件产生的热量同时其本身发生从固态到液态的相变，并且在一段时间内，复合相变材料的温度基本保持不变，一直到复合相变材料完全液化。因此，将复合相变材料贴合在光伏组件背面，能够有效的控制光伏组件的温度，而不用消耗额外的电力。同时，使用复合相变材料具有结构简单，降温效果显著，材料易于获取，维护成本低的特点，适用于在光照充足的地区对光伏组件进行降温。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏发电技术以及光伏组件温度控制领域的技术，具体涉及一种利用复合相变材料对常规的光伏组件进行降温的装置，即一种复合相变材料辅助的光伏电池组件。
背景技术
现有对光伏组件表面温度控制的技术可以分为两大类别，一类是主动式降温系统，一类是被动式降温系统。主动式降温系统通常是利用水泵或者是气泵，将水流或者是气流导向光伏组件的正面或者背面，从而对光伏组件的表面进行冷却，但是主动式系统存在水泵和气泵需要消耗额外电力的问题，并且主动式的系统相对来说比较复杂，需要更多的维护时间和资金。第二类为被动式降温系统，该类系统不需要消耗额外的电力，通常是通过增加光伏组件的散热面积来实现为光伏组件降温的目的，例如使用铝制散热片扩大光伏组件的背板面积或者通过与建筑屋面架空设置自然通风层进行被动冷却。但是，现阶段的被动式降温系统存在着降温效果不明显的问题。因此，探寻更加有效的降温技术是有益的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种复合相变材料辅助的光伏电池组件，利用相变材料腔体对原有的光伏组件进行冷却。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种复合相变材料辅助的光伏电池组件，包括：设置于相变材料腔体内的复合相变材料和导热金属网格及设置于相变材料腔体外的光伏组件。
所述的一体化组件中各个部分之间采用但不限于导热性能良好的胶水粘接。
所述的光伏组件的背板及相变材料腔体优选采用金属材料制成，例如铝，且两者采用焊接方式固定连接。
所述的导热金属网格由导热性能良好的材料制成，例如铝。
所述的复合相变材料采用但不限于由熔点在20～50℃的石蜡与密度在50～150kg/m2的膨胀石墨基体相浸润制成，制备过程为将所制得的膨胀石墨与水浴加热融化的石蜡在0.02MPa 的压力环境下浸润3～5h。
所述的复合相变材料中的膨胀石墨基体采用可膨胀石墨粉末在900℃的高温环境下，加热膨胀5s后制成，而后将制成的膨胀石墨在不同压力环境下模压成型，可制得不同密度的膨胀石墨基体，即密度介于50～150kg/m2之间的膨胀石墨基体。
所述的膨胀石墨基体使用可膨胀石墨，具体采用高纯天然鳞片石墨，通过复合氧化插层剂高氯酸与硝酸混合酸与辅助插层剂冰乙酸的共同作用下，制备而成。
所述的导热金属网格采用金属丝，以网格形式编织缠绕而成，从而均匀分布在相变材料腔体中，增强复合相变材料在三维空间中的导热性能。
所述的相变材料腔体为长方体结构，内部填充有复合相变材料与导热金属网络，上表面与光伏组件连接，下表面与空气相接触。
技术效果
与现有技术相比，本发明在阳光充足的条件下，其中的复合相变材料能够吸收光伏组件产生的热量，同时其本身发生从固态到液态的相变，并且在一段时间内，复合相变材料的温度基本保持不变，一直到复合相变材料完全液化。因此，将相变材料腔体贴合在光伏组件背面，能够有效的控制光伏组件的温度，而不用消耗额外的电力。同时，使用复合相变材料具有结构简单，降温效果显著，材料易于获取，维护成本低的特点，适用于在光照充足的地区对光伏组件进行降温。
附图说明
图1为本发明内复合相变材料辅助的光伏电池组件的截面结构示意图；
图2为本发明内复合相变材料辅助的光伏电池组件的剖面结构示意图；
图3为本发明内复合相变材料辅助的光伏电池组件的实际应用场景示意图；
图3为利用本发明的复合相变材料辅助的光伏电池组件在应用不同的复合相变材料情景下模拟计算得到的表面温度的参考数据曲线；其中PV only为普通的光伏组件，即参照组， PV-PCM I，II和III为应用了三种不同石蜡的复合相变材料辅助的光伏电池组件；
图4为实施例的模拟测试数据示意图；
图中：光伏组件1、相变材料腔体2、复合相变材料3、导热金属网格4。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：设置于相变材料腔体2内的复合相变材料3和导热金属网格4以及设置于相变材料腔体2外的光伏组件1。
所述的相变材料腔体2利用导热性能良好的胶水与光伏组件1相粘结，或当光伏组件1 的背板和相变材料腔体2优选均为金属，则两者之间采取焊接的方式连接。
所述的相变材料腔体2由导热性能良好的铝板材制成，该相变材料腔体2的尺寸为1500mm*1000mm*50mm。相变材料腔体2所使用的铝板材厚度为5mm，为一个长方体的腔体。
所述的光伏组件1的尺寸为1500mm*1000mm*10mm，
本实施例中使用的复合相变材料3为熔点为20～50℃的石蜡与膨胀石墨基体的复合物。该复合物通过由膨胀石墨与水浴加热融化的石蜡在0.02MPa的压力环境下浸润3～5h制成。石蜡具有无腐蚀性和不易燃的特点，是一种良好的储热相变材料；膨胀石墨基体是一种导热性能好，具有良好机械强度，孔隙度高的高分子材料，能够增强储热相变材料石蜡的导热性能。该复合相变材料3的尺寸为1300mm*1000mm*40mm，以用于控制光伏电池1的温度。
本实施例中使用的复合相变材料3中使用的膨胀石墨基体为采用可膨胀石墨粉末在 900℃的高温环境下，加热膨胀5s后制成。通过将制成后的膨胀石墨在不同压力环境下模压成型，可制得不同密度的膨胀石墨基体，即可用于浸润石蜡的密度介于50～150kg/m2之间的膨胀石墨基体。
如图2所示，所述的导热金属网格4是由铝丝制成，其形式可以但不限于图2中所示的立体三维网格形状。它们通过焊接或者是的方式与相变材料腔体2的内表面相连接，从而增强复合相变材料3内部的导热性能。
对于导热金属网格4，其尺寸为1500mm*1000mm*50mm，铝丝直径为2mm。
在相变材料腔体2的内部可以根据需要，均匀布置一定密度的导热金属网格4。
如图4所示，为本实施例的模拟测试数据，根据图4可得到的技术信息为：模拟中使用的三种不同的复合相变材料，在900W/m2的光照强度和30℃的实验室条件下，均能够有效的降低光伏电池组件表面温度。由于温度升高将降低光伏电池的光电转化效率，因此复合相变材料提高了光伏电池组件的光电转化效率。具体来说，实验中使用的三种不同复合相变材料分别在一定时间内使得光伏组件的表面温度降低了19℃，21℃和16℃。通过测试得，在3小时内， PV-PCM II系统的光伏电池的发电总量提高了6.35％，相较于传统光伏电池组件有显著提升。
当光照充足时，光伏组件1的温度开始上升，热量不断的通过光伏组件1的背面传递到相变材料腔体2中，相变材料腔体2和复合相变材料3的温度随之上升。当光伏组件1的温度接近于复合相变材料3的熔点时，复合相变材料3的状态开始发生从固态到液态的变化，同时从光伏组件处吸收热量，在此过程中相变材料腔体2和复合相变材料3的温度基本保持不变，从而对光伏组件1的温度进行有效的控制。一定时间后，复合相变材料3完全由固态融化为液态，光伏组件温度继续上升。
进入夜晚后，环境温度下降到低于复合相变材料3的相变温度，复合相变材料3逐渐凝固，一直恢复到固态，从而使复合相变材料3能够在第二日的白天发生相同的吸热融化和放热固化的循环过程，对光伏组件1的表面温度进行控制。
本实施例使用的场合是光照充足的地区，一般处在纬度较低的热带地区。本实施例复合相变材料辅助的光伏电池组件在工厂加工全部完成，结构简单，材料易于获取，维护成本低，可以有效提升光伏电池的发电效率。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (10)
1.一种复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征在于，包括：设置于相变材料腔体内的复合相变材料和导热金属网格以及设置于相变材料腔体外的光伏组件。
2.根据权利要求1所述的复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征是，所述的光伏组件的背板及相变材料腔体采用金属材料制成，且两者采用焊接方式固定连接。
3.根据权利要求1所述的复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征是，所述的导热金属网格由铝丝制成。
4.根据权利要求1所述的复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征是，所述的复合相变材料采用熔点在20～50℃的石蜡作为相变材料。
5.根据权利要求4所述的复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征是，所述的复合材料材料采用密度在50～150kg/m2的膨胀石墨基体与相变材料石蜡相浸润制成，使用膨胀石墨基体能够增强相变材料的导热性能。
6.根据权利要求5所述的复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征是，所述的复合相变材料中的膨胀石墨基体采用可膨胀石墨粉末在900℃的高温环境下，加热膨胀5s后制成，而后将制成的膨胀石墨在不同压力环境下模压成型，得到不同密度的膨胀石墨基体，即密度介于50～150kg/m2之间的膨胀石墨基体。
7.根据权利要求5或6所述的复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征是，所述的膨胀石墨基体采用高纯天然鳞片石墨，通过复合氧化插层剂高氯酸与硝酸混合酸与辅助插层剂冰乙酸的共同作用下制备而成。
8.根据权利要求1所述的复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征是，所述的导热金属网格为长方体型网格结构。
9.根据权利要求1或8所述的复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征是，所述的导热金属网格采用金属丝，以网格形式编织缠绕而成，从而均匀分布在相变材料腔体中，增强复合相变材料在三维空间中的导热性能。
10.根据权利要求1所述的复合相变材料辅助的光伏电池组件，其特征是，所述的相变材料腔体为长方体结构，其上表面与光伏组件连接，下表面与空气相接触。
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