CN109378352A - 一种光电池用微流通道散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种光电池用微流通道散热器，能够满足激光能量传输用光电池的散热需求。在光电池热密度高达500000W/m2时，本发明的微流通道散热器能够解决在激光无线能量传输过程电池片的温升问题，控制电池片温度为24.6℃，保证了光电转换效率和电池使用寿命，可以在激光能量传输技术的光电池中得到应用。本发明的微流通道散热器体积小巧，尺寸和电池片结构一致，可以贴附在光电池背部，将光电池上积累的热及时快速的导出。
Description
技术领域
本发明涉及光电池技术领域，涉及光电池光电转换的温控技术，尤其涉及一种光电池用微流通道散热器。
背景技术
通常用于太阳能的光电池入射光功率密度低于1366W/m2(太阳常数)，通过铝翅片结构即可完成对其散热，但是对于高密度光注入激光能量传输或聚焦型光入射用光电池情况，光功率密度将是太阳常数的十几倍，甚至百倍，这给现有普通铝翅片温控光电池热控带来非常大的问题，导致光电池温度骤升，而光电转换效率与温度成反比，因此光电转换效率下降，而且长期高温状态运行还会降低光电池寿命。因此，急需一种针对激光能量传输用光电池散热需求的散热器。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种光电池用微流通道散热器，能够满足激光能量传输用光电池的散热需求。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明的一种光电池用微流通道散热器，包括硅基板、上盖板和散热剂，所述硅基板设置在光电池上；所述硅基板上端面设置有两个以上贯穿其长度方向的凹槽；所述硅基板上加盖有上盖板，所述上盖板将凹槽顶部开口封闭，使两个以上的凹槽形成用于流通散热剂的微管道。
其中，所述微管道沿其长度方向为直线形或波浪形。
其中，上盖板经AuSn合金焊料与凹槽顶部开口键合。
其中，所述硅基板与所述光电池尺寸一致。
其中，所述散热剂为水或60％乙二醇溶液，流速为2m/s。
其中，所述波浪形为正弦函数形。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
在光电池热密度高达500000W/m2，(太阳常数的366倍)时，本发明的微流通道散热器能够解决在激光无线能量传输过程电池片的温升问题，控制电池片温度为24.6℃，保证了光电转换效率和电池使用寿命，可以在激光能量传输技术的光电池中得到应用。
本发明的微流通道散热器体积小巧，尺寸和电池片结构一致，可以贴附在光电池背部，将光电池上积累的热及时快速的导出。
附图说明
图1为本发明的微小直通道散热器模型；
图2为本发明的光电池-微流通道(直流道)整体结构示意图；
其中，1-进出水口，2-微管道，3-光电池黏贴位置，4-上盖板，5-硅基板；
图3为本发明的微流通道(弯流道)整体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本发明提出了一种基于微流通道冷却光电池的散热器，解决在激光传能时，光电池片在光电转换中的散热问题。常规散热适用于低功率密度的光辐照，当应用到十几倍，甚至百倍的太阳常数的照射功率时，常规散热难以及时快速的将电池片的热量导出。本发明散热器包括硅基板5、上盖板4和散热剂，所述硅基板5设置在光电池上；所述硅基板5上端面设置有两个以上贯穿其长度方向的凹槽；所述硅基板5上加盖有上盖板4，所述上盖板4将凹槽顶部开口封闭，使两个以上的凹槽形成用于流通散热剂的微管道2。
本发明散热器微流通道散热结构中的散热剂经微管道将光电转换过程中积累的热及时快速的导出，保障光电池片温度可控。
本发明的微流通道结构用于激光能量传输用光电池的散热，是通过微电子机械技术工艺加工而成的硅基微结构，外形尺寸在厘米量级。直通的微流管道间隔一定壁厚aw(相邻两微管道中心之间的距离减去一个微管道宽度a)分布在硅基结构上，如图1所示，确保避免水压破坏；微流通道的微管道也可以为正弦函数形弯曲状，如图2所示。弯曲形的管道的散热效果比直状稍好，原因在于破坏了流动散热剂的层流特性，使得热量容易扩散到散热剂的底部，因此增加了散热剂的散热能力。
光电池-微流通道散热结构方案设计是采用导热材料(如导热硅脂)，将微流通道散热结构与光电池片粘结，如图2所示。散热剂经微管道将光电池积累的热带走，过程中散热剂温度升高，然后经外部温控冷却设备冷却，再进入微管道，循环冷却光电池。
微管道结构由微细加工(比如激光刻蚀)而成，尺寸的宽和高在毫米量级，上盖板经AuSn合金焊料与凹槽顶部开口键合，管道通散热剂，散热剂通过微管道两端的进出口进出。散热剂可以选用水或60％乙二醇溶液。
本发明的微流通道散热器体积小巧，尺寸和电池片结构一致，可以贴附在光电池背部，将光电池上积累的热及时快速的导出。
本实施例中通过微电子机械技术工艺加工刻蚀出微管道结构，硅基的外形尺寸宽W、长L、高H分别为11×8×11mm，微流通道尺寸宽a、高b、长L分别为0.3×0.8×11mm，壁厚aw为0.2mm，上盖板经AuSn合金焊料与凹槽开口端键合，微流通道进口液体温度20℃，流速2m/s，环境温度20℃，散热剂采用水，进出水口直径为2.6mm，电池片尺寸10×11mm。通过导热硅脂将微流通道与光电池粘结，采用10000W/m2的热源，经散热剂将高效率的排除，得到电池片温度为20℃，电池片温度几乎没有变化。
与采用一种常规铝翅片散热和微流通道散热形式的散热效果进行对比，将激光传能光电片热流密度设定为100000W/m2进行计算：
(1)一种微流通道散热形式：微流通道进口液体温度20℃，流速2m/s，环境温度20℃，散热剂采用水，进出水口直径为2.6mm，直微管道尺寸0.3×0.8×11mm，微管道的宽a、高b以及壁厚aw的大小是根据散热剂流动性，硅基材料耐压性能优化而得到。
(2)铝翅片结构：基板厚度2mm，总高8mm，翅片厚度0.4mm。
计算结果是微流通道散热光电池温度21℃，铝翅片片散热光电池温度142℃。因此本发明采用一种微流通道散热结构对激光能量传输用光电池散热，可以显著降低光电池温度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种光电池用微流通道散热器，其特征在于，包括硅基板(5)、上盖板(4)和散热剂，所述硅基板(5)设置在光电池上；所述硅基板(5)上端面设置有两个以上贯穿其长度方向的凹槽；所述硅基板(5)上加盖有上盖板(4)，所述上盖板(4)将凹槽顶部开口封闭，使两个以上的凹槽形成用于流通散热剂的微管道。
2.如权利要求1所述的一种光电池用微流通道散热器，其特征在于，所述微管道沿其长度方向为直线形或波浪形。
3.如权利要求1所述的一种光电池用微流通道散热器，其特征在于，上盖板经AuSn合金焊料与凹槽顶部开口键合。
4.如权利要求1所述的一种光电池用微流通道散热器，其特征在于，所述硅基板与所述光电池尺寸一致。
5.如权利要求1所述的一种光电池用微流通道散热器，其特征在于，所述散热剂为水或60％乙二醇溶液，流速为2m/s。
6.如权利要求2所述的一种光电池用微流通道散热器，其特征在于，所述波浪形为正弦函数形。
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