CN108428755A - 一种光伏板组件及其冷却控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏板组件及其冷却控制系统,所述光伏板下表面依次设有硅脂层、铜板层、热管层和相变层,冷却控制系统包括:冷却塔,所述冷却塔通过管路与热管层连接;水泵,所述水泵通过管路分别与热管层和冷却塔连接;第一温度传感器,所述第一温度传感器设置在光伏板组件上;第二温度传感器,所述第二温度传感器设置在冷却塔上;环境温度传感器。本发明可确保光伏组件在极端天气下,足够的换热量,使组件温度下降到理想温度,从而增加光伏组件的发电效率。

Description

一种光伏板组件及其冷却控制系统
技术领域
本发明涉及光伏领域,具体涉及一种光伏板组件及其冷却控制系统。
背景技术
光伏电池的发电效率与组件的温度密切相关,温度越高,光电转换的效率越低。电池组件的温度每上升1℃,电池的光电转化效率就会下降约0.4%,非晶硅电池大约会下降0.1%。另外,电池在达到其运行温度上限后,电池温度每上升10℃,晶硅电池的老化速率将增加一倍。运行温度是光伏系统设计时需重点考虑的参数之一,若温度超出给定范围,还将对电池同时造成短期损伤(效率下降)和长期损伤(不可逆损伤)。因此,光伏组件的的冷却系统应综合考虑电池温度、均温效果、可靠性、简单性、废热利用、功耗及材料成本等。光伏电池的冷却方式主要分为被动式和主动式两种,传统冷却方式冷却效率不佳,降温效果不明显,或是系统复杂,依赖项目现场土地与湖水资源。
发明内容
本发明为了解决上述问题,从而提供一种光伏板组件及其冷却控制系统。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下:
一种光伏板组件,所述光伏板组件包括光伏板,所述光伏板下表面依次设有硅脂层、铜板层、热管层和相变层。
在本发明的一个优选实施例中,所述光伏板、硅脂层、铜板层、热管层和相变层依次直接接触、并进行压紧。
在本发明的一个优选实施例中,所述热管层的出口与下一个相邻光伏板组件的热管层的入口通过软管连接。
在本发明的一个优选实施例中,所述相变层的材料为晶型蜡,所述相变层的熔点为35℃、密度为0.9g/cm3、电阻率为1013~1017Ω·m、比热容为2.14~2.9J·g–1·K–1,熔化热为200~220J·g–1
一种基于权利要求1的光伏板组件的冷却控制系统,其特征在于,所述冷却控制系统包括:
冷却塔,所述冷却塔通过管路与热管层连接;
水泵,所述水泵通过管路分别与热管层和冷却塔连接;
第一温度传感器,所述第一温度传感器设置在光伏板组件上;
第二温度传感器,所述第二温度传感器设置在冷却塔上;
环境温度传感器。
在本发明的一个优选实施例中,所述冷却塔上设有冷却塔风机。
在本发明的一个优选实施例中,冷却控制系统通过检测光伏组件温度、环境温度、冷却塔温度,在石蜡相变材料吸热发生相变之后,利用水做冷却剂,依次通过在光伏组件内嵌的热管层-外部管路-冷却塔为光伏组件持续降温。
在本发明的一个优选实施例中,所述水泵与热管层之间的管路和冷却塔与热管层之间的管路上分别设有阀门。
本发明的有益效果是:
本发明可确保光伏组件在极端天气下,足够的换热量,使组件温度下降到理想温度,从而增加光伏组件的发电效率。
在本发明中,石蜡首先承担光伏板一部分冷量,由于石蜡密度处于0.9g/cm3,光伏板组件石蜡层厚度不可能过大,过大则厚度增加影响了美观,且支撑光伏组件的装置有载荷设计限制。为保证安全,石蜡厚度由以下方法得到:
Qs=cδρ(Tset-Topt)+qlδρ
Gp+δρ≤Gmax
式中Qs是石蜡材料传热量;δ是石蜡厚度;Topt是光伏组件最优发电温度;Tset是设定启动外部冷却系统时的光伏组件温度;ql是石蜡材料相变潜热;Gp是不含石蜡材料的组件平均载荷;Gmax是规范要求的建筑结构安全载荷。
在保证新型组件安全载荷前提下,石蜡厚度越大,其吸收的热量越多,相应的光伏组件温度上升越慢。本发明依据以上内容综合考虑石蜡厚度设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为光伏组件的结构示意图;
图2为光伏组件的侧视图;
图3为热管连接示意图;
图4为冷却控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
参见图1和图2,本发明提供的光伏板组件,其除了包括光伏板1外,在光伏板1的下表面依次设有硅脂层2、铜板层3、热管层4和相变层5,每层结构的厚度依据现场确定,长度与宽度与标准光伏板1相同。
硅脂层2、铜板层3、热管层4和相变层5的依次直接接触、并进行压紧,这样可保证每层结构之间接触热阻减少。
另外,硅脂层2、铜板层3和相变层5互相独立,可分别独立负责光伏组件的传热,这样可提高光伏板1的散热效率,而热管层4的出口与下一个相邻光伏板组件的热管层的入口通过软管连接,这样可使得多个光伏板组件之间可相互串联,从而形成一个整体。
相变层5,其是用于对光伏板组件进行冷却降温,其材料具体为晶型蜡,其熔点为35℃、密度为0.9g/cm3、电阻率为1013~1017Ω·m、比热容为2.14~2.9J·g–1·K–1,熔化热为200~220J·g–1,这样使得其吸收热量远大于单位质量的风冷、水冷吸热量,且极端天气下,风冷水冷等冷却剂本身温度就高于光伏板组件最佳工作温度,大大提高了光伏板1的散热效率。
光伏板1在接受太阳能照射,热量通过光伏板1传递给硅脂层2,再从硅脂层2依次传递至铜板层3、热管层4、相变层5,可依次进行散热,从而大大提高了光伏板1的散热效率。
参见图4,基于上述光伏板组件,本申请还提供了一种冷却控制系统,冷却控制系统是用于进一步提高光伏板组件的散热效率,通过检测光伏组件温度、环境温度、冷却塔温度,在石蜡相变材料吸热发生相变之后,利用水做冷却剂,依次通过在光伏组件内嵌的热管层-外部管路-冷却塔为光伏组件持续降温。
冷却控制系统包括冷却塔6、水泵8、第一温度传感器9、环境温度传感器10和第二温度传感器11。
冷却塔6通过管路连接热管层4,而水泵8通过管路分别连接热管层4和冷却塔6。
当相变层5在受热时温度逐渐升高,当达到熔点温度时,其可融化至液态,可通过水泵8将热管层4内的热水抽入到冷却塔6内进行冷却,冷却塔6将热水冷却后再通过管路返回给热管层4,并且冷却塔6内的冷水不足时可通过补水泵补水,保证热管层4内水充足,这样可进一步提高散热效率。
在光伏板组件上设有第一温度传感器9,在冷却塔6上设有第二温度传感器11。
第一温度传感器9是用于检测光伏板组件上的温度,当第一温度传感器9检测到的光伏板组件达到预设值时,工作人员可通过水泵8将热管层4内的热水抽入到冷却塔6内进行冷却,而当第二温度传感器11检测到冷却塔6内的温度低于设定值时,则可将冷却塔6内的冷水返回给光伏板组件。
这样相对于观察相变层5的状态,可进一步提高散热效率。
冷却塔6一般采用自然风冷却,为了提高散热效率,可在冷却塔6上设有冷却塔风机,通过冷却塔风机进行冷却。
而环境温度传感器10可检测冷却塔6周围的环境温度,当环境温度传感器10检测到的温度值低于其设定值时,则证明外面的自然风冷足以代替水冷,则可关闭冷却塔风机,可节约电能。
在水泵8与热管层4之间的管路和冷却塔6与热管层4之间的管路上分别设有阀门7。
在本发明中,石蜡首先承担光伏板一部分冷量,由于石蜡密度处于0.9g/cm3,光伏板组件石蜡层厚度不可能过大,过大则厚度增加影响了美观,且支撑光伏组件的装置有载荷设计限制。为保证安全,石蜡厚度由以下方法得到:
Qs=cδρ(Tset-Topt)+qlδρ
Gp+δρ≤Gmax
式中Qs是石蜡材料传热量;δ是石蜡厚度;Topt是光伏组件最优发电温度;Tset是设定启动外部冷却系统时的光伏组件温度;ql是石蜡材料相变潜热;Gp是不含石蜡材料的组件平均载荷;Gmax是规范要求的建筑结构安全载荷。
在保证新型组件安全载荷前提下,石蜡厚度越大,其吸收的热量越多,相应的光伏组件温度上升越慢。本发明依据以上内容综合考虑石蜡厚度设计。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种光伏板组件,其特征在于,所述光伏板组件包括光伏板,所述光伏板下表面依次设有硅脂层、铜板层、热管层和相变层。
2.根据权利要求1所述的一种光伏板组件,其特征在于,所述光伏板、硅脂层、铜板层、热管层和相变层依次直接接触、并进行压紧。
3.根据权利要求1所述的一种光伏板组件,其特征在于,所述热管层的出口与下一个相邻光伏板组件的热管层的入口通过软管连接。
4.根据权利要求1所述的一种光伏板组件,其特征在于,所述相变层的材料为晶型蜡,所述相变层的熔点为35℃、密度为0.9g/cm3、电阻率为1013-1017Ω·m、比热容为2.14–2.9J·g–1·K–1,熔化热为200–220J·g–1。
5.一种基于权利要求1的光伏板组件的冷却控制系统,其特征在于,所述冷却控制系统包括:
冷却塔,所述冷却塔通过管路与热管层连接;
水泵,所述水泵通过管路分别与热管层和冷却塔连接;
第一温度传感器,所述第一温度传感器设置在光伏板组件上;
第二温度传感器,所述第二温度传感器设置在冷却塔上;
环境温度传感器。
6.根据权利要求5所述的一种基于权利要求1的光伏板组件的冷却控制系统,其特征在于,所述冷却塔上设有冷却塔风机。
7.根据权利要求5所述的一种基于权利要求1的光伏板组件的冷却控制系统,其特征在于,冷却控制系统通过检测光伏组件温度、环境温度、冷却塔温度,在石蜡相变材料吸热发生相变之后,利用水做冷却剂,依次通过在光伏组件内嵌的热管层-外部管路-冷却塔为光伏组件持续降温。
8.根据权利要求7所述的一种基于权利要求1的光伏板组件的冷却控制系统,其特征在于,所述水泵与热管层之间的管路和冷却塔与热管层之间的管路上分别设有阀门。
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