CN109150098A - 一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，它包括光伏组件、相变材料，金属盒、浮体材料。将相变材料封装于金属盒内并置于光伏组件的背面，在金属盒底部粘贴好浮体材料。本发明通过将相变材料与水面光伏组件相结合，利用相变材料在相变过程中吸收热量且温度维持稳定不变的原理，不仅可以防止光伏板温度过高，提高光伏组件的发电效率，还可以延长其使用寿命，且此装置制备工艺简单，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，属于光伏组件领域。
背景技术
社会发展对能源需求的不断增加导致了煤、石油等化石燃料的极度紧缺以及环境问题的日益突出，清洁能源得到了越来越广泛的关注。太阳能作为清洁能源中的一种，具有无污染，可再生的优点。光伏发电是太阳能能源利用中的一种，具有安全可靠、无噪声、无污染排放等优点。然而由于太阳能的能量密度低，传统的地面光伏电站需要占用大量的土地资源，使得发电成本过高。水面光伏的出现为这种情况提供了一种解决方案，水面光伏可以适应各种水面，如海洋、湖泊、水库、鱼塘等，利用闲置的水面资源，可以大大减少土地使用面积。此外，水面光伏组件可以有效遮蔽水面，减少水体蒸发，抑制藻类生长，有利于水污染的治理，提高水环境质量。
温度对光伏组件的发电效率有着极大的影响，在一定温度范围内，当光伏组件温度增加1℃时，其发电效率会下降0.45%。在夏季温度较高的情况下，光伏组件由于太阳辐射产生的热量以及光电转换过程中产生的热量使得光伏组件温度升高，影响光伏组件的发电效率和组件寿命。水面光伏的发电区域虽然位于水面，但光伏板与水无直接接触，在辐照度和温度较高的情况下，光伏组件热量难以及时散去，还是会导致组件过热。
相变材料具有在相变过程中吸收或放出潜热，而温度基本保持不变的特性。相变材料可将能量以热能的形式储存起来，以供需要时使用。但是由于相变过程中体积变化，会使得材料过压以及形成中孔，导致相变材料导热性能下降。相变材料微胶囊（MEPCM）通过某种高分子材料将相变材料包覆成微小粒子，包覆膜既可以防止相变材料与其他物质接触，避免相变材料与周围环境的反应；也可以增大传热面积，提高相变材料导热效果，并适应相变材料相变过程中体积的变化，避免过压和中孔的产生。
综上所述，本专利通过相变材料具有吸热和储能的特性，将相变材料与水面光伏组件相结合，可有效降低组件温度并维持组件温度在较为稳定的范围内，提高组件寿命。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，其效果明显，通过强化光伏组件的散热，从而达到提高光伏组件发电效率和其使用寿命的目的。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，它包括：光伏组件、相变材料、金属盒、浮体材料，所述相变材料置于金属盒内封装好，所述金属盒置于光伏组件背面，所述浮体材料置于金属盒底部。
优选地，上述金属盒为中空的密闭立方体，所述相变材料置于金属盒的中空空间内。
优选地，光伏组件应选取非晶硅薄膜太阳能电池。
优选地，相变材料应选用相变材料微胶囊（MEPCM）。
优选地，金属盒的长和宽应等于或略大于光伏组件的长和宽，保证光伏组件可以完整覆盖于金属盒之上。
优选地，金属盒的材料应选取铝合金，并涂上防水涂层，保证装置整体质量不过大同时保证金属盒具有一定的使用寿命。
优选地，金属盒与光伏组件之间采用导热硅胶相粘结。
优选地，金属盒与光伏组件使用导热硅胶部分的四周涂匀一层防水涂层。
优选地，金属盒底部应完整贴满浮体材料。
优选地，粘贴浮体材料区域的长和宽应等于或略小于金属盒的长和宽。
优选地，浮体材料选取EPE珍珠棉。
优选地，金属盒与浮体材料之间使用热熔胶粘结。
优选地，浮体材料选取的厚度保证光伏组件不与水接触而金属盒部分与水接触。
有益效果：本发明提供了一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，将相变材料与水面光伏结合起来，利用相变材料在发生相变过程中吸收热量并保持温度基本不变的特性，使光伏组件在温度较高的情况下也能有效散热。在光伏组件和金属盒之间使用导热硅胶粘结，填补了光伏组件和金属盒之间的空气空隙，减小了接触热阻，可以有效地将光伏组件产生的热量传递给相变材料，进而降低光伏组件的温度，提高组件的发电效率。同时，较为稳定的工作温度环境有助于延长光伏板的使用寿命。此外，本发明无运动部件、操作简单且材料易得，适合大规模应用。
附图说明
图1为本发明增加了相变材料层的水面光伏组件示意图。
图中：1-光伏组件、2-相变材料，3-金属盒、4-浮体材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，以下描述仅用于更加清楚地说明本发明的设计方法，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，它包括光伏组件1、相变材料2，金属盒3、浮体材料4。所述相变材料2置于金属盒3内封装好，并在金属盒3外部涂上防水涂层。所述金属盒3置于光伏组件1背面，所述浮体材料4置于金属盒底部。
优选地，上述金属盒3为中空的密闭立方体，所述相变材料2置于金属盒的中空空间内。
优选地，光伏组件1应选取非晶硅薄膜太阳能电池。
优选地，相变材料2应选用相变材料微胶囊（MEPCM）。相变材料微胶囊与普通的相变材料相比增加了一层高分子材料包覆膜，包覆膜既可以防止相变材料与其他物质接触，避免相变材料与周围环境的反应；也可以增大传热面积，提高相变材料导热效果，并适应相变材料相变过程中体积的变化，避免过压和中孔的产生。
优选地，金属盒3的长和宽应等于或略大于光伏组件的长和宽，保证光伏组件可以完整覆盖于金属盒之上。
优选地，金属盒3的材料应选取铝合金，并涂上防水涂层。铝合金密度较小、耐腐蚀，同时具有良好的导热性，保证了装置质量不会过大且有助于热量的传递。
优选地，金属盒3与光伏组件1之间采用导热硅胶相粘结。导热硅胶与其同类型材料相比具有的良好导热性，这使得光伏组件1和金属盒3之间可以更好的传递热量。此外，较宽的使用温度和很好的使用稳定性使导热硅胶具有良好的施工性能。
优选地，导热硅胶的厚度为0.4毫米。导热硅胶的导热效果是相对的，相比于大多数金属，导热硅胶的导热系数远没有金属高，因此导热硅胶的使用在保证效果的条件下，越薄越好。
优选地，金属盒3与光伏组件1使用导热硅胶部分的四周涂匀一层防水涂层。防水涂层可以有效地将导热硅胶与外界环境隔离开，提高导热硅胶的使用寿命，进而稳定装置的使用效果和提高装置的使用寿命。
优选地，金属盒3底部应完整贴满浮体材料。分散的粘贴浮体材料会导致整个装置浮力不均匀，影响装置的物理性能。
优选地，粘贴浮体材料区域的长和宽应等于或略小于金属盒的长和宽。
优选地，浮体材料4选取EPE珍珠棉，EPE珍珠棉是具有独立气泡的泡沫材料且几乎没有吸水性，高发泡及优秀的防水性使其具有很强的浮力，是一种较为优秀的浮体材料，同时，EPE珍珠棉具有耐腐蚀、韧性强、寿命长、可反复回收利用的特性，对环境友好。
优选地，金属盒3与浮体材料4之间使用热熔胶粘结。热熔胶是一种可塑性的粘合剂，常温呈固体状态，加热融化后能快速粘接，操作方便。同时，粘度高，无毒无味，属环保型化学产品。
优选地，浮体材料4选取的厚度保证光伏组件1不与水接触而金属盒3部分与水接触。金属盒与水接触可以有效地导走相变材料所储存的能量，更有利于光伏组件的降温。
本发明的主要工作原理如下：
本发明中相变材料2封装于金属盒3内并在金属盒3外部涂上防水涂层。这样可以避免相变材料2暴露于空气之中，有效提高相变材料2的使用寿命，同时金属具有较高的导热性，可以更好的传递热量，强化组件的降温效果，从而提高光伏组件的发电效率。
金属盒3置于光伏组件1底部。由于相变材料2的特性，光伏组件1产生的热量可以快速的被材料吸收，同时光伏组件1即使是在高温情况下也可维持一稳定温度，提高了组件的使用寿命。
光伏组件1和金属盒3之间通过导热硅胶相粘结。导热硅胶具有极佳的导热性，这使得光伏组件1和金属盒3之间可以更好的传递热量。同时，导热硅胶填补了光伏组件1和金属盒3之间的空气空隙，减小了接触热阻。
浮体材料4与金属盒3底面相连。根据光伏组件1、相变材料2和金属盒3的总重来考虑浮体材料的厚度，使得整个组件可以平稳的漂浮在水面的同时，部分金属盒与水接触。
其它未详细说明的部分均为现有技术，本发明并不严格地局限于上述实施方式。以上所述仅为本发明的特定实施方式，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换及改进等，都在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，其特征在于，包括：光伏组件、相变材料，金属盒、浮体材料；所述相变材料置于金属盒内封装好，所述金属盒置于光伏组件背面，所述浮体材料置于金属盒底部。
2.根据权利要求1所述的一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，其特征在于，所述金属盒为中空的密闭立方体，所述相变材料置于金属盒的中空空间内。
3.根据权利要求1所述的一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，其特征在于，所述光伏组件为非晶硅薄膜太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，其特征在于，所述金属盒的长和宽等于或大于光伏组件的长和宽。
5.根据权利要求1所述的一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，其特征在于，所述金属盒的材料为铝合金。
6.根据权利要求1所述的一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，其特征在于，所述浮体材料粘贴区域的长和宽等于或小于金属盒的长和宽。
7.根据权利要求1所述的一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，其特征在于，所述浮体材料选取EPE珍珠棉。
8.根据权利要求1所述的一种利用相变材料强化水面光伏组件散热的装置，其特征在于，所述相变材料选用相变材料微胶囊。
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