CN107917542B - 一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器 - Google Patents
一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，该集热器采用上下双冷却通道结构，并结合多孔泡沫金属层(6)进行换热强化，降低了太阳能光伏元件的温度，提高光伏元件发电效率，同时将太阳能光伏元件所产生的大量热量及时传递给冷却气体，冷却气体从集热器出气口(11)排出后可以用于预热、干燥或者室内供暖等用途。本发明所使用的泡沫金属具有高热导率及高比表面积，可以有效地改善传统太阳能光伏光热集热器的冷却效率，并且采用下进上出的流式，使得换热过程接近逆流换热，换热效率达到最高。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，属于太阳能集热器领域。
背景技术
太阳能取之不尽用之不竭，是目前应用前景较好的可再生能源之一，太阳能的利用方式主要有光伏发电和光热利用两种方式；光伏发电机组的发电效率通常在12％～17％，剩余的大部分太阳辐射将会转换为热能的形式，而其中的一部分热能将被光伏元件吸收导致光伏元件温度上升，然而光伏元件的发电效率随着光伏元件温度的上升而下降，因此光伏电池冷却装置的研究意义重大。目前光伏元件主要利用自然对流或者受迫对流的方式进行冷却，同时普通的电池冷却过程中被加热的空气没有被重复利用，从而使得机组整体效率偏低。
太阳能光伏光热集热器可以利用太阳能的光伏及光热的综合效应，在光伏电池组件进行发电的同时，使用流体对光伏电池组件冷却，得到部分低位热源，并加以利用。目前只有空气介质的太阳能光伏光热集热器得到商用，而液体冷却的太阳能光伏光热集热器还处于实验阶段。
泡沫金属由刚性骨架和内部孔洞组成，泡沫金属具有多孔、强度高、密度小、散热性能良好、高比表面积等优点，该材料自研制以来被广泛应用于元件散热领域，利用泡沫金属强化对流传热，可以极大地提高换热能力。
目前的气体型太阳能光伏光热集热器多采用单通道的普通对流冷却形式，主要的问题有：气体流速高但对流换热系数低；采用单通道的换热流程较短，冷却气体无法进行高效换热。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，该集热器可以有效的提高光伏元件的散热能力，提高光伏元件的发电效率；同时可以将太阳能光伏元件所产生的大量热量及时传递给冷却气体，冷却气体可以用于预热、干燥或者室内供暖等用途，从而提高机组的整体热效率。
技术方案：本发明提供了一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，该集热器包括集热腔体，所述集热腔体的侧壁为金属框、顶部为玻璃盖板、底部为保温层，所述集热腔体的同一侧壁处设置有集热器进气口和集热器出气口；自集热腔体的底部向上依次设置有保温层和吸热层，在吸热层上分布有泡沫金属层，在泡沫金属层上表面上从下至上依次设置有导热基板和光伏电池元件，在光伏电池元件的上表面设置有聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物胶膜即EVA胶膜，所述EVA胶膜将集热腔体分隔为上下两个末端相连通的腔体，即下冷却通道和上冷却通道，且下冷却通道与集热器进气口相连，上冷却通道与集热器出气口相连。
其中：
所述在吸热层上分布有泡沫金属层,泡沫金属层在吸热层上呈现矩形阵列式分布。
所述的光伏电池元件采用单晶硅或多晶硅构成，其厚度为200～350um。
所述的导热基板的材料为铝材或铜材，其厚度为2～3mm。
所述的泡沫金属层的材料为铝、镍及其合金，其厚度为5～7mm，其孔隙直径为100μm～1mm。
所述的泡沫金属层的材料采用支撑烧结法、粉末加压发泡法制备。
所述的光伏电池元件、导热基板和泡沫金属层三者长宽尺寸一致，且三者通过高温熔制或真空烧结的方法结合为一体。
所述的吸热层材料为全铝、全铜或者铜铝复合材料。
所述的吸热层的上表面涂有太阳能涂料，太阳能涂料厚度为0.2mm～0.3mm。
所述的保温层采用聚氨酯作为保温材料，发泡密度在30～35kg/m3，厚度在55～65mm。
所述的玻璃盖板的材料为钢化绒面玻璃或超白布纹钢化玻璃，其厚度为3.2～4mm，透光率在90％以上，光谱响应的波长范围为320～1100nm。
所述的上冷却通道和下冷却通道的组数与光伏电池元件的列数一致,且各条冷却通道之间设置有厚度为0.5～1mm金属挡板将各通道隔开，保持各个通道的气流组织稳定。
所述的上冷却通道和下冷却通道的总长度为4～5m。
所述的集热腔体的高度为10～12mm
有益效果：与现有的技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明在光伏电池元件下方气体冷却通道增设泡沫金属层，有效增大了换热面积，使得对流换热效果增强，最终使换热效果提升；
2)本发明采用上下冷却通道结构，考虑到电池元件上热下冷，故采用冷却气流下进上出的结构，使换热效果接近逆流换热，从而有更好的换热效果；
3)本发明采用的泡沫金属层使用高温熔制的方法，通过金属导热基板与光伏电池组件紧密连接在一块，有效地降低了接触热阻，从而使传热性能提高；
4)本发明采用多个上下冷却通道组，能够降低通道内空气的扰动，并且采用同程的管道设计，使得每个通道内的风量一致，并且上下冷却通道结构使得通道内的每个光伏电池元件与空气的平均温差保持一致；
5)本发明中使用的冷却气体从集热器出气口出去后，可用于谷物干燥、预热或者冬季室内供暖等用处，使得太阳能被充分利用。
附图说明
图1为本发明的带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器示意图；
图2为本发明的带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器平面结构图，A-A为剖面线，下侧为集热器外观图，上侧为集热器内部剖面图(下集热腔体)；
图中有：玻璃盖板1、下冷却通道9、上冷却通道2、集热腔体12、EVA胶膜3、光伏电池元件4、导热基板5、泡沫金属层6、吸热层7、保温层8、集热器进气口10、集热器出气口11、集热腔体12和金属框13。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2进行更进一步的详细说明：
一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器的结构示意图，该集热器包括集热腔体12，所述集热腔体12的侧壁为金属框13、顶部为玻璃盖板1、底部为保温层(8)，所述集热腔体12的同一侧壁处设置有集热器进气口10和集热器出气口11；自集热腔体12的底部向上依次设置有保温层8和吸热层7，在吸热层7上设置有泡沫金属层6，在泡沫金属层6上表面上从下至上依次设置有导热基板5和光伏电池元件4，在光伏电池元件4的上表面设置有聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物胶膜即EVA胶膜3，所述EVA胶膜3将集热腔体12分隔为上下两个末端相连通的腔体，即下冷却通道9和上冷却通道2，且下冷却通道9与集热器进气口10相连，上冷却通道2与集热器出气口11相连。
泡沫金属层6在吸热层7上呈现矩形阵列式分布；
光伏电池元件4采用单晶硅或多晶硅构成，其厚度为200～350um；导热基板5的材料为铝材，其厚度为2～3mm；所述的泡沫金属层6的材料为铝材，其厚度为5～7mm，其孔隙直径为100μm～1mm。
光伏电池元件4、导热基板5和泡沫金属层6三者长宽尺寸一致，且三者通过高温熔制或真空烧结的方法结合为一体。
所述的吸热层7材料为全铝、全铜或者铜铝复合材料。
所述的吸热层7的上表面涂有太阳能涂料，太阳能涂料厚度为0.2mm～0.3mm。
所述的保温层8采用聚氨酯作为保温材料，发泡密度在30～35kg/m3，厚度在55～65mm。
所述的玻璃盖板1的材料钢化绒面玻璃或超白布纹钢化玻璃，其厚度为3.2～4mm，透光率在90％以上，光谱响应的波长范围为320～1100nm。
所述的上冷却通道2和下冷却通道9的组数与光伏电池元件4的列数一致，且各条冷却通道之间设置有厚度为0.5～1mm金属挡板将各通道隔开，
所述的上冷却通道2和下冷却通道9的总长度为4～5m。
所述的集热腔体12的高度为10～12mm
该集热器工作时，部分太阳辐射透过玻璃盖板1被光伏电池组件4吸收，进而通过光伏效应产生电能，通过线路对蓄电池充电或被直接利用，同时电池片在发电过程中会产生大量热量，通过底部金属基板5将热量传递给泡沫金属层6。太阳辐射的剩余部分透过电池组件缝隙辐射到下方，被吸热层7吸收。冷却介质为空气，空气从下冷却通道9进入，与泡沫金属层6及吸热层7通过对流进行充分换热，后进入上冷却通道2，与光伏电池元件4及EVA膜3直接进行对流换热后流出通道，汇集至集热器出气口11并被加热至一定温度送至指定位置，可用于干燥、预热及供暖等用途。
Claims (10)
1.一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：该集热器包括集热腔体(12)，所述集热腔体(12)的侧壁为金属框(13)、顶部为玻璃盖板(1)、底部为保温层(8)，所述集热腔体(12)的同一侧壁处设置有集热器进气口(10)和集热器出气口(11)；自集热腔体(12)的底部向上依次设置有保温层(8)和吸热层(7)，在吸热层(7)上分布有泡沫金属层(6)，在泡沫金属层(6)上表面自下至上依次设置有导热基板(5)和光伏电池元件(4)，在光伏电池元件(4)的上表面设置有聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物胶膜即EVA胶膜(3)，所述EVA胶膜(3)将集热腔体(12)分隔为上下两个末端相连通的腔体，即下冷却通道(9)和上冷却通道(2)，且下冷却通道(9)与集热器进气口(10)相连，上冷却通道(2)与集热器出气口(11)相连。
2.如权利要求1所述的一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：所述在吸热层(7)上分布有泡沫金属层(6),泡沫金属层(6)在吸热层(7)上呈现矩形阵列式分布。
3.如权利要求1所述的一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：所述的光伏电池元件(4)采用单晶硅或多晶硅构成，其厚度为200～350um。
4.如权利要求1所述的一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：所述的导热基板(5)的材料为铝材或铜材，其厚度为2～3mm。
5.如权利要求1所述的一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：所述的泡沫金属层(6)的材料为铝或镍或其合金，其厚度为5～7mm，其孔隙直径为100μm～1mm。
6.如权利要求1所述的一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：所述的光伏电池元件(4)、导热基板(5)和泡沫金属层(6)三者长宽尺寸一致，且三者通过高温熔制或真空烧结的方法结合为一体。
7.如权利要求1所述的一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：所述的吸热层(7)材料为全铝、全铜或者铜铝复合材料，且吸热层(7)的上表面涂有太阳能涂料，太阳能涂料厚度为0.2mm～0.3mm。
8.如权利要求1所述的一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：所述的保温层(8)采用聚氨酯作为保温材料，发泡密度在30～35kg/m3，厚度在55～65mm。
9.如权利要求1所述的一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：所述的玻璃盖板(1)的材料为钢化绒面玻璃或超白布纹钢化玻璃，其厚度为3.2～4mm，透光率在90％以上，光谱响应的波长范围为320～1100nm。
10.如权利要求1所述的一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，其特征在于：所述的上冷却通道(2)和下冷却通道(9)的组数与光伏电池元件(4)的列数一致,且各条冷却通道之间设置有厚度为0.5～1mm金属挡板将各通道隔开。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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