CN108365034B - 含相变材料的散热层及其制备方法及太阳能光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了含相变材料的散热层及其制备方法及包含该散热层的太阳能光伏组件，所述散热层由内置的相变复合材料以及包裹所述相变复合材料的裹附材料组成，相变复合材料由相变材料和支撑材料采用浸渍吸附法复合制备而成，其中相变材料的质量占整个散热层质量的百分比占比为80wt％‑90wt％。该散热层利用相变材料在相变过程中可以从环境中放热或者吸热从而释放或者储存能量。本发明同时公开了散热层的制备方法及包含该散热层的太阳能光伏组件，该太阳能光伏组件采用含相变材料的散热层，能够有效的平衡光伏组件在工作过程中所产生的热量，降低组件工作温度过高带来的功率损失，从而有效的提高光伏组件的发电功率，降低发电成本。

Description

含相变材料的散热层及其制备方法及太阳能光伏组件
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体是指含相变材料的散热层及其制备方法及包含该散热层的太阳能光伏组件。
背景技术
太阳能光伏发电组件的工作温度是影响发电功率及光伏发电系统性能的重要因素。光伏发电组件工作温度的主要来源为红外光不可吸收部分转化的热量、能量较低的低波长不可激发部分转化的热量、复合载流子产生的热量以及焦耳热等。
温度对光伏组件的影响主要反应在开路电压，即温度升高开路电压降低，继而引发组件发电功率的下降，目前晶体硅光伏发电组件的功率温度系数为-0.45%/℃左右，即光伏发电组件的工作温度每升高1℃，功率损失约0.45%左右，具体体现为20℃时组件的输出功率比70℃的高20%左右，对组件发电性能的影响非常明显，同时随着开路电压的大幅度下降，则会严重损坏系统充电设备，且高温下光伏组件各部件的老化速率明显加快，组件所用材料的寿命会明显变得更短，因此工作温度的升高还会造成组件的可靠性能一定程度的下降。
相变材料在相变的过程中能够通过吸热或者放热来储存或者释放能量，是优异的热平衡材料。具有较大相变潜热及较高稳定性能且相变温度较低的相变材料能够将环境温度平衡在较低的温度范围内，但普遍存在导热率低及易泄露的缺陷。通过制备定性复合相变材料及利用裹附材料可以将相变材料的性能更加优化，克服导热率低及易泄露的缺陷。
将相变材料利用于光伏发电组件能够有效提升光伏发电组件的散热能力，降低太阳电池组件的工作温度，对提升系统发电量，降低光伏系统发电成本等都具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种含相变材料的散热层，该散热层含有相变材料，利用相变材料在相变过程中可以从环境中放热或者吸热从而释放或者储存能量，使之维持在适宜的温度范围内。
本发明的上述目的通过如下技术方案实现：含相变材料的散热层，所述散热层为片材形状，其特征在于：所述散热层由内置的相变复合材料以及包裹所述相变复合材料的裹附材料组成，所述的相变复合材料由相变材料和支撑材料采用浸渍吸附法复合制备而成，其中相变材料的质量占整个散热层质量的百分比占比为80wt%-90wt%。
优选的，所述裹附材料的材质为纤维材料或棉质材料或纱质材料，裹附材料选用质量轻便的材质。
优选的，所述支撑材料的材质为膨胀石墨或碳纳米管或金属多空氧化物，支撑材料选用导热系数较高的材料，多空氧化物可以采用多孔MgO。
优选的，所述相变材料的材质为石蜡或有机酸或醇类或结晶水和盐，相变材料选用相变温度较低、相变潜热较大的材料。
所述的有机酸为硬脂酸或棕榈酸，所述的醇类为聚乙二醇，所述的结晶水和盐为CaCl2·12H2O。
本发明的目的之二是提供上述含相变材料的散热层的制备方法，该制备方法操作简单。
本发明的上述目的通过如下技术方案实现：上述含相变材料的散热层的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）采用现有的浸渍吸附法，将相变材料与支撑材料复合制备成相变复合材料；
（2）将裹附材料包裹相变复合材料，然后共同置于溶剂中，所述溶剂为酒精或丙酮，加热并搅拌，加热温度为80℃以上，搅拌时间为T1，T1为0.5h 以上，搅拌完成后进行浸泡，浸泡时间为T2，T2为1h以上，使相变复合材料能够充分均匀分散并吸附在裹附材料中；
（3）将步骤（2）获得的物质经过烘干、冷却，最后轧制成型，获得散热层。
本发明的目的之三是提供包含上述含相变材料的散热层的太阳能光伏组件，该太阳能光伏组件采用含相变材料的散热层，能够有效的平衡光伏组件在工作过程中所产生的热量，使之维持在适宜的发电温度范围内，降低组件工作温度过高带来的功率损失，从而有效的提高光伏组件的发电功率，降低太阳能光伏系统的发电成本。
本发明的上述目的通过如下技术方案实现：包含上述含相变材料的散热层的太阳能光伏组件，其特征在于：所述太阳能光伏组件还包括边框、光伏玻璃、上层封装EVA、电池片阵列、下层封装EVA、封装背板、接线盒和导热层，所述的光伏玻璃、上层封装EVA、电池片阵列、下层封装EVA、封装背板、导热层和散热层自上而下依次设置，构成太阳能光伏组件的层压件，所述导热层分别与封装背板和散热层相粘接，接线盒置于封装背板的背面，并且穿过导热层和散热层后外露，所述边框置于层压件的外边缘，环围卡固所述的层压件。
优选的，所述导热层为片状的双面导热胶带。
优选的，所述导热层为片状的导热金属膜，导热金属膜的两面均粘贴有双面导热胶带小条。
本发明的太阳能光伏组件采用含相变材料的散热层，能够通过利用相变材料在相变过程中可以从环境中放热或者吸热从而释放或者储存能量的特性，而使物体维持在较为恒定的温度特点有效的平衡光伏组件在发电过程中所具有的热量，使之维持在适宜的工作温度范围内，降低组件工作温度过高带来的功率损失，从而有效的提高光伏组件的发电功率，降低光伏系统发电成本，具有广泛的应用前景和应用价值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的太阳能光伏组件及其散热层结构简单、操作方便。
2.本发明的太阳能光伏组件及其散热层能够增加发电光伏组件的发电功率。
3.本发明的太阳能光伏组件及其散热层能够降低由高温带来的光伏组件的老化速率。
4.本发明能够增加发电光伏组件在有效使用年限内的可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1 为本发明太阳能光伏组件的背面分解结构示意图；
图2 为本发明太阳能光伏组件中散热层的结构示意图；
图3 为本发明太阳能光伏组件中导热层的结构示意图；
图4 为本发明太阳能光伏组件中导热层的另一结构示意图。
图中标记含义如下：1—光伏玻璃， 2—上层封装EVA，3—电池片阵列，4—下层封装EVA，5—封装背板，6—边框，7—接线盒，8—导热层，9—散热层， 81—双面导热胶带，82—导热金属膜，821—双面导热胶带小条，91—裹附材料，92—相变复合材料。
具体实施方式
如图1 至图4 所示的太阳能光伏组件，包括边框6、光伏玻璃1、上层封装EVA2、电池片阵列3、下层封装EVA4、封装背板5、接线盒7、导热层8 以及含相变材料的片材形状的散热层9，光伏玻璃1、上层封装EVA2、电池片阵列3、下层封装EVA4、封装背板5、导热层8和散热层9自上而下依次设置，构成太阳能光伏组件的层压件，导热层8分别与封装背板5和散热层9相粘接，接线盒7置于封装背板5的背面，并且穿过导热层8和散热层9后外露，其中导热层8及散热层9的尺寸大小与封装背板5相当，导热层8和散热层9均留有供中间接线盒7穿过的孔洞，孔的长宽尺寸略大于接线盒7，边框6置于层压件的外边缘，环围卡固层压件。
该太阳能光伏组件能够降低温度升高而带来的组件发电功率损失量，从而显著提高光伏发电组件在有效年限内的发电总量，降低发电成本。
如图3所示，本实施例中的导热层8 为带孔的片状的双面导热胶带81。导热层8也可以采用如图4所示的结构，此时导热层8为片状的导热金属膜82，导热金属膜82的两面均粘贴有双面导热胶带小条821。
本发明含相变材料的散热层9如图2所示，该散热层9为片材形状，散热层9由内置的相变复合材料92以及包裹相变复合材料92的裹附材料91组成，相变复合材料92由相变材料和支撑材料采用浸渍吸附法复合制备而成，其中相变材料的质量占整个散热层9质量的百分比占比为85wt%。相变材料的质量占整个散热层9质量的百分比占比也可以在80wt%-90wt%范围内取值。
该散热层9中，裹附材料91选用质量轻便的材质，裹附材料91的材质为纤维材料或棉质材料或纱质材料，裹附材料91的作用是使得定型的相变复合材料92能够制备成一定的片材形状，并进一步阻止相变材料的泄露。
支撑材料选用导热系数较高的材料，支撑材料的材质为膨胀石墨或碳纳米管或金属多空氧化物，该金属多空氧化物采用多孔MgO，支撑材料的作用是增加相变材料的导热系数并防止相变材料的泄露。
相变材料选用相变温度较低、相变潜热较大的材料，相变材料的材质为石蜡或有机酸或醇类或结晶水和盐。其中，有机酸选用硬脂酸，也可以选用棕榈酸，醇类为聚乙二醇，结晶水和盐为CaCl2·12H2O。
本发明的太阳能光伏组件采用含相变材料的散热层，能够有效的平衡光伏组件在工作过程中所产生的热量，使之维持在适宜的发电温度范围内，降低组件工作温度过高带来的功率损失，从而有效的提高光伏组件的发电功率，降低光伏系统发电成本，解决了目前的组件功率随着组件工作温度的升高而降低问题。
上述含相变材料的散热层的制备方法，包括如下步骤：
（1）采用现有的浸渍吸附法，将相变材料与支撑材料复合制备成相变复合材料92，浸渍吸附法即为将物质浸渍到相变材料溶液中，通过微孔的毛细管力和表面张力将有机相变材料吸附到具有大的比表面积多孔载体中；
（2）将裹附材料91包裹相变复合材料92，然后共同置于溶剂中，溶剂为酒精，也可以选用丙酮，加热并搅拌，加热温度为80℃以上，搅拌时间为T1，T1为0.5h 以上，搅拌完成后进行浸泡，浸泡时间为T2，T2为1h以上，使相变复合材料92能够充分均匀分散并吸附在裹附材料91中；
（3）将步骤（2）获得的物质经过烘干、冷却，最后轧制成型，即获得散热层9。
本发明太阳能光伏组件的制备方法，包括如下步骤：
A、制备片材形状的散热层9；
B、将层压件与边框6、接线盒7 组装成发电光伏组件；
C、导热层8直接使用带孔的双面导热胶带，也可以使用片状的两面均粘贴有双面导热胶带小条821的导热金属膜82；
D、将散热层9 通过导热层8粘附在层压件的封装背板5上，组装完成太阳能光伏组件。
本发明的太阳能光伏组件结构简单，组装操作简便，能够降低温度升高而带来的组件发电功率损失量，从而显著提高光伏发电组件在有效年限内的发电总量，降低发电成本。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.含相变材料的散热层，所述散热层为片材形状，其特征在于：所述散热层由内置的相变复合材料以及包裹所述相变复合材料的裹附材料组成，所述的相变复合材料由相变材料和支撑材料采用浸渍吸附法复合制备而成，其中相变材料的质量占整个散热层质量的百分比占比为80wt％-90wt％；并且，所述裹附材料的材质为纤维材料或棉质材料或纱质材料；
所述的含相变材料的散热层的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用现有的浸渍吸附法，将相变材料与支撑材料复合制备成相变复合材料；
(2)将裹附材料包裹相变复合材料，然后共同置于溶剂中，所述溶剂为酒精或丙酮，加热并搅拌，加热温度为80℃以上，搅拌时间为T1，T1为0.5h以上，搅拌完成后进行浸泡，浸泡时间为T2，T2为1h以上，使相变复合材料能够充分均匀分散并吸附在裹附材料中；
(3)将步骤(2)获得的物质经过烘干、冷却，最后轧制成型，获得散热层。
2.根据权利要求1所述的含相变材料的散热层，其特征在于：所述支撑材料的材质为膨胀石墨或碳纳米管或金属多孔氧化物。
3.根据权利要求2所述的含相变材料的散热层，其特征在于：所述的金属多孔氧化物为多孔MgO。
4.根据权利要求1所述的含相变材料的散热层，其特征在于：所述相变材料的材质为石蜡或有机酸或醇类或结晶水和盐。
5.根据权利要求4所述的含相变材料的散热层，其特征在于：所述的有机酸为硬脂酸或棕榈酸，所述的醇类为聚乙二醇，所述的结晶水和盐为CaCl2·12H2O。
6.上述权利要求1至5任一项所述的含相变材料的散热层的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)采用现有的浸渍吸附法，将相变材料与支撑材料复合制备成相变复合材料；
(2)将裹附材料包裹相变复合材料，然后共同置于溶剂中，所述溶剂为酒精或丙酮，加热并搅拌，加热温度为80℃以上，搅拌时间为T1，T1为0.5h以上，搅拌完成后进行浸泡，浸泡时间为T2，T2为1h以上，使相变复合材料能够充分均匀分散并吸附在裹附材料中；
(3)将步骤(2)获得的物质经过烘干、冷却，最后轧制成型，获得散热层。
7.包含上述权利要求1至5任一项所述的含相变材料的散热层的太阳能光伏组件，其特征在于：所述太阳能光伏组件还包括边框、光伏玻璃、上层封装 EVA、电池片阵列、下层封装EVA、封装背板、接线盒和导热层，所述的光伏玻璃、上层封装EVA、电池片阵列、下层封装EVA、封装背板、导热层和散热层自上而下依次设置，构成太阳能光伏组件的层压件，所述导热层分别与封装背板和散热层相粘接，接线盒置于封装背板的背面，并且穿过导热层和散热层后外露，所述边框置于层压件的外边缘，环围卡固所述的层压件。
8.根据权利要求7所述的太阳能光伏组件，其特征在于：所述导热层为片状的双面导热胶带。
9.根据权利要求7所述的太阳能光伏组件，其特征在于：所述导热层为片状的导热金属膜，导热金属膜的两面均粘贴有双面导热胶带小条。
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