CN108390640A - 一种用于高倍聚光太阳能发电电池的喷雾冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高倍聚光太阳能发电电池的喷雾冷却系统。主要包括：储水箱、增压泵、变频器、雾化喷嘴、气液回收箱、光伏电池、冷却塔；储水箱上部有补液口，下部设置排液口；变频器与增压泵相连；雾化喷嘴用于将水雾化后直接喷射到光伏电池的背面，冷却光伏电池；在雾化喷嘴与光伏电池之间设置气液回收箱，雾化喷嘴、光伏电池与气液回收箱三者形成密闭空腔；气液回收箱设置排气口与集液槽；排气口与集液槽分别与冷却塔相连，冷却塔与储水箱相连。本发明能够使光伏电池获得更低的温度，从而提高了光伏电池的发电效率。根据光照条件变化调整喷雾流量，避免了喷雾冷却系统不必要的功耗损失，从而使系统处于最优的运行状态，系统净发电效率最高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高倍聚光太阳能发电电池的喷雾冷却系统。
背景技术
太阳能作为一种可再生能源，成为最受瞩目的能源之一。太阳能光伏发电片将太阳能直接装换为电能，成为最主要的利用方式之一。当今已有报道的商业光伏电池的效率普遍较低，只有12%-18%，为提高光伏发电的效率，开发新型材料以及提高聚光倍率等模式成为提高发电效率的主要途径。其中，高倍聚光光伏，不仅发电效率已经能够达到近45%，并且具有发电模块面积小发电密度高等优点，成为未来降低能源成本的有力方式。在聚光光伏中，尽管发电效率很高，依然有超过一半的热量不能够被利用从而引起光伏电池温度的升高，而光伏电池的温度与其发电效率直接相关，温度越高，发电效率越低。此外，光伏电池长期在高温下工作还会因迅速老化而缩短使用寿命。因次，对光伏电池进行有效的冷却，不仅能够进一步提高其发电效率，而且有利于其长期安全稳定运行。
在高倍聚光光伏发电过程，由于光伏聚焦倍率高达数百甚至上千倍，因此光伏组件中的热流密度非常大，传统的水冷模式已不能满足散热的需求，寻求高效的冷却系统至关重要。此外，由于光照条件全天的变化幅度较大，因此对于冷却系统的高效低耗运行亦提出了挑战。
中国专利CN201710298445.6公开了基于纳米流体强化传热技术的聚光光伏电池板喷雾冷却装置，该装置将纳米流体作为工作介质，利用喷雾对聚光光伏电池板进行散热冷却，该装置较好的实现了对光伏电池的降温，但纳米流体亦沉积，容易堵塞喷嘴，且该装置不能根据光照条件的变化实现喷雾的优化运行，不利于系统高效运行。
发明内容
为解决高倍聚光太阳能发电电池的冷却问题，本发明提出了一种用于高倍聚光太阳能发电电池的喷雾冷却系统。本发明利用喷雾冷却对光伏电池进行散热，可有效降低聚焦光伏电池的温度,提高电池的发电效率，并且根据光照条件的变化，利用变频器控制喷雾的流量，减小冷却系统的功耗，以达到最经济的工况运行，此外本发明对冷却后产生的蒸气与水分别进行再回收，减少了喷雾用水的消耗，亦有利于后续对高温蒸气的利用。
本发明提供的一种高倍聚光太阳能发电电池的喷雾冷却系统主要包括储水箱、增压泵、变频器、雾化喷嘴、气液回收箱、光伏电池、冷却塔；储水箱上部设置补液口，下部设置排液口。变频器用于调节增压泵的转速。雾化喷嘴喷射的汽雾直接与光伏电池接触，在喷雾喷嘴与光伏电池之间设置气液回收箱，三者形成密闭空腔。气液回收箱底部设置集液槽，气液回收箱上部设置排气口，用于回收高温水与水蒸气。冷却塔用于冷却高温水与水蒸气。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：（1）由于喷雾冷却的高效冷却性能，本发明能够使光伏电池获得更低的温度，从而提高了光伏电池的发电效率，且由于喷雾功耗较小，系统整体的净发电效率会有更加明显的优势。（2）本发明可回收喷雾冷却所产生的高温水与水蒸气，从而解决了喷雾耗水量大的问题。（3） 本发明可根据光照条件的变化调整喷雾流量，避免了喷雾冷却系统不必要的功耗损失，从而使系统一直处于最优的运行状态，系统净发电效率最高。
附图说明
图1为本发明提供的一种高倍聚光太阳能发电电池的喷雾冷却系统的示意图。
具体实施方式
本发明参照附图进行详细说明。本发明中使用的设备和零件在没有特别说明的情况下均为市售产品。
如图1所示，本系统主要包括储水箱1、增压泵2、变频器3、雾化喷嘴4、气液回收箱5、光伏电池6、冷却塔7。储水箱1上部有补液口8，下部设置排液口9，用于补充与更换冷却水，确保冷却水水质达到喷雾冷却的要求。变频器3与增压泵2相连，用于控制增压泵2的转速，从而调节雾化喷雾4的流量。雾化喷嘴4将水雾化后直接喷射到光伏电池6的背面，冷却光伏电池6进而提高其发电效率，同时水雾一部分蒸发形成水蒸气，剩余的变成高温水。在雾化喷嘴4与光伏电池6之间设置气液回收箱5，三者形成密闭空腔，可以避免水雾的四处飞溅。此外气液回收箱5设置排气口10与集液槽11，分别回收高温水与水蒸气。排气口10与集液槽11分别与冷却塔7相连，冷却塔7用于冷却高温水与水蒸气，使其重新变为低温水。冷却塔7与储水箱1相连，可将低温水重新注入储水箱1。
本发明的运行步骤：储水箱1中的水被增压泵2增压后进入雾化喷嘴4形成水雾，水雾直接喷射到光伏电池6的背板上为其降温，同时产生水蒸气与高温水。水蒸气与高温水分别由气液回收箱5的排气口10与集液槽11进入冷却塔7，经冷却后重新变成低温水，再次进入储水箱1。根据外界光照条件的变化，利用变频器3调节增压泵2的转速，从而实现喷雾流量的控制，使系统能够全天候高效运行。
本发明所述的喷雾冷却系统不仅可适用于高倍聚光太阳能发电电池的冷却散热，亦适用于其他高热流密度条件下的表面散热情况。本发明冷却介质不仅可以选择水，亦可选择其他低沸点制冷剂。
以上所述，只是本申请具体实施例，并非对本申请做出任何形式上的限制，在不脱离本专利的技术方案基础上，所做出的简单修改、同等变化或者修改，均属于本专利的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于高倍聚光太阳能发电电池的喷雾冷却系统，其特征在于它主要包括：储水箱、增压泵、变频器、雾化喷嘴、气液回收箱、光伏电池、冷却塔；储水箱上部有补液口，下部设置排液口；变频器与增压泵相连，用于控制增压泵的转速，从而调节雾化喷雾的流量；雾化喷嘴用于将水雾化后直接喷射到光伏电池的背面，冷却光伏电池进而提高其发电效率；在雾化喷嘴与光伏电池之间设置气液回收箱，雾化喷嘴、光伏电池与气液回收箱三者形成密闭空腔；气液回收箱设置排气口与集液槽，分别回收水蒸气与高温水；排气口与集液槽分别与冷却塔相连，冷却塔与储水箱相连。
2.根据权利要求1所述的喷雾冷却系统，其特征在于所述的密闭空腔成漏斗形状。
3.权利要求1所述的喷雾冷却系统运行方法，其特征在于是经过下述步骤：
1）储水箱中的水被增压泵增压后进入雾化喷嘴形成水雾，水雾直接喷射到光伏电池的背板上为其降温，同时产生水蒸气与高温水；水蒸气与高温水分别由气液回收箱的排气口与集液槽进入冷却塔，经冷却后重新变成低温水，再次进入储水箱；根据外界光照条件的变化；
2）利用变频器调节增压泵的转速，从而实现喷雾流量的控制，使系统能够全天候高效运行。
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