CN111595179A - 一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统及冷却方法，冷却系统，包括：进风室，其侧面开放，其上方部分开口；冷却通道，其倾斜设置于进风室的上方，与进风室的上方开口封接；光伏板，设置于冷却通道的上侧面，且与斜板围成冷却通道；预喷淋系统，包括预喷淋结构和冷却水循环系统，预喷淋结构设置于进风室内，进风室的底部设置水池，冷却水循环系统至少包括循环泵，循环泵连通水池和预喷淋结构。

Description

一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统及冷却方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

太阳能光伏发电是当前可再生能源电力供应的主要形式，实际应用过程中光伏板工作温度升高常引起转换效率低、老化快等问题，极大地制约了光伏发电的进一步普及。研究表明，光伏板的光电转换效率仅为20％左右，实际应用时甚至更低，接收的太阳辐射中大部分以热能形式散失，导致光伏板工作温度升高，通常在50℃以上，当散热不良时甚至达到80℃。以晶体硅光伏电池板为例，在温度超过40℃后，表面温度每升高1℃，光电转换效率下降0.3％-0.5％；达到其工作温度上限后，每升高10℃，老化速率加快一倍。因此，光伏板高效、经济的降温技术对提高其发电效率、延长寿命具有十分重要的意义。

此外，发明人发现，当前光伏板冷却技术主要包括风冷、液冷、太阳能光伏光热冷却(PV/T)及新型冷却：风冷的提升效果有限；液冷存在耗水量大、且对光伏板散射和接收太阳辐射均匀性有影响；太阳能光伏光热冷却(PV/T)系统复杂适于大面积集中使用；新型冷却如相变材料、热电制冷、辐射冷却均处于理论研究阶段，大规模推广应用面临巨大挑战。综上，当前光伏板冷却存在一定的局限性如冷却能力有限、水耗大或结构复杂等。此外，现有技术一般是连续冷却，而光伏板在每天的不同时刻接收到太阳能的辐射能量不同，光伏板在不同时刻的工作温度亦不同，而连续冷却无法根据光伏板的工作温度进行自适应降温，势必造成能源浪费，包括冷却介质流动能耗和冷却介质散失等，导致降温技术经济性差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，权衡冷却性能与蒸发水耗的平衡，本发明的目的是提供一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统及方法。

为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：

本发明的一方面提供一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，包括：

进风室，其侧面开放，其上方部分开口；

冷却通道，其倾斜设置于进风室的上方，与进风室的上方开口封接，由光伏板和斜板围成冷却通道；

光伏板，设置于冷却通道的上侧面，与斜板围成冷却通道；

预喷淋系统，包括预喷淋结构和冷却水循环系统，预喷淋结构设置于进风室内，进风室的底部设置水池，冷却水循环系统至少包括循环泵，循环泵连通水池和预喷淋结构。

本发明的第二方面，提供一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却方法，包括如下步骤：

高温时段，对进风室内的空气进行预喷淋降温，可连续预喷淋或间歇性预喷淋，降温后的空气进入冷却通道中，对光伏板进行降温；

非高温时段，关闭预喷淋系统，对光伏板进行自然对流风冷。

与现有技术相比，本发明的以上一个或多个实施例的有益效果为：

为了适应光伏产业对高效、经济降温技术的迫切需求和蒸发冷却应用时水损耗与冷却性能间的平衡，本设计提出一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却新技术。在光伏板背面搭建水平和倾斜的平行平板气流通道，并在气流通道的进风位置引入预喷淋，形成变截面通道内浮力驱动的预喷淋冷却，该技术有如下特点：(1)多模式、控水耗运行，主要体现在：高温时段(如夏季12:00-16:00)，利用雨水或储水进行预喷淋，可连续预喷淋或间歇性预喷淋，相变传热与自然对流协同作用进行强化换热；非高温时段关闭预喷淋系统以节约水的蒸发损耗，此时进行自然对流风冷；(2)浮力驱动流动，系统结构简单、附加损耗少；(3)喷淋预冷进风，可获得较均匀的冷却效果，对光伏板腐蚀等危害低。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1中一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统结构示意图。

其中，1、集水池，2、回水管，3、储水箱，4、水泵，5、控制阀，6、流量计，7、布水器，8、喷嘴，9、液滴，10、进风口，11、导流板，12、斜板，13、出风口，14、光伏板，15、控制器，16、直流负载，17、蓄电池，18、支撑板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，包括：

进风室，其侧面开放，其上方部分开口；

冷却通道，其倾斜设置于进风室的上方，与进风室的上方开口封接，由光伏板和斜板围成冷却通道；

光伏板，设置于冷却通道的上侧面，与斜板围成冷却通道；

预喷淋系统，包括预喷淋结构和冷却水循环系统，预喷淋结构设置于进风室内，进风室的底部设置水池，冷却水循环系统至少包括循环泵，循环泵连通水池和预喷淋结构。

此处的进风室提供一个开放的空间，使得空气可以进入，还可以理解为具有一定流通通道的支撑结构，该支撑结构起到三方面的作用，其一：对光伏板的冷却通道起到支撑作用，使冷却通道的下端不被封接；其二：提供空气流通的通道，使得冷却通道中的空气可以持续流动；其三：提供进风室内的空气预喷淋降温，降温后的空气进入冷却通道中，对光伏板进行降温。

进而可知，进风室的侧面开放，进风室的形状不进行限定，当进风室设计为方形时，其中的侧面可以为一个侧面、两个侧面、三个侧面或四个侧面开放，当四个侧面均开放时，进风室仅由四个角处的支撑柱起到支撑作用。进风室还可以设计为圆筒形，此时，其侧面可以为圆筒体的局部侧面。

冷却通道倾斜设置于进风室的上端，此处的倾斜是指，冷却通道的轴线与水平面之间呈一定夹角，而非垂直的关系。由于光伏板安装在冷却通道的侧壁上，采用倾斜设置的方式，使得光伏板可以更好地朝向太阳，进而更好地接收辐射。

设置预喷淋结构，在温度较高的夏季，空气温度较高而导致自然对流风冷对光伏板降温能力有限时，可以首先利用循环冷却水预喷淋，可连续预喷淋或间歇性预喷淋，对高温空气进行降温，降温后的空气再进入冷却通道中对光伏板进行降温。

利用循环系统对循环水进行循环预喷淋，以提高水的利用率，减少水的浪费。

连续预喷淋或间歇性预喷淋，多模式、控水耗下实现光伏板冷却性能的最大化。

在一些实施例中，冷却通道与进风室的壳体一体成型。

由于该冷却系统的结构较为简单，所以冷却通道与进风室一体成型是可以实现的。

在一些实施例中，冷却通道的轴线与水平面的夹角大于0°，较佳为光伏板14与斜板12平行时的角度，即与当地光伏板的最佳安装角度一致。

在一些实施例中，所述进风室的高度H大于0cm，较佳为H>0.3D。

在一些实施例中，所述预喷淋结构包括布水结构和多个喷嘴，布水结构与循环管道连接，多个喷嘴布置在布水结构上，且与布水结构的内腔连通。

进一步的，喷嘴的排列方式选自以下的一种或多种的组合：单排、多排、单列、多列、顺排或叉排，顺排和叉排指喷嘴多排多列组合时的排与排或列与列之间的排布方式。

喷嘴8预喷淋角度以预喷淋方向与入口气流方向的夹角为依据选取，角度360度自由组合，即可与气流顺喷、逆喷、垂直往上喷、垂直往下喷，亦可与气流形成其它任意角度预喷淋。

在一些实施例中，所述冷却水循环系统包括回水管，回水管上设置有循环泵和流量计。

进一步的，所述回水管上设置有储水箱和控制阀。

在一些实施例中，还包括储能设备和用电设备，所述储能设备为蓄电池，用电设备为直流负载，储能设备和用电设备均与光伏板连接。

本发明的第二方面，提供一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却方法，包括如下步骤：

高温时段，对进风室内的空气进行预喷淋降温，可连续预喷淋或间歇性预喷淋，降温后的空气进入冷却通道中，对光伏板进行降温；

非高温时段，关闭预喷淋系统，对光伏板进行自然对流风冷。

在一些实施例中，还包括在进风室中对空气进行循环水预喷淋，降低空气温度的步骤。

将环保、高效、经济的蒸发冷却技术引入到光伏板冷却中，并充分利用自然浮升力，旨在多模式、控水耗下实现光伏板冷却性能的最大化，且系统结构简单、附加损耗少，通过喷淋预冷进风可获得较均匀的冷却效果，对光伏板腐蚀等危害低，为高效光伏能量转换系统的设计或运行提供指导。

实施例1

如图1所示，浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，主要包括预喷淋水系统、气流通道系统、光伏发电系统。

预喷淋水系统包括依次连通的集水池1、回水管2、储水箱3、水泵4、控制阀5、流量计6、布水器7和喷嘴8。喷嘴8的数量为多个，分布在布水器7上。通过水泵4将聚集在集水池中的水泵送至喷嘴进行预喷淋。

所述气流通道系统主要包括进风口10、导流板11、斜板12、出风口13、光伏板14和支撑板18，支撑板18围成进风室，进风室的侧面开放，形成进风口10，导流板11位于进风室的顶部。斜板12和光伏板14围成冷却通道，使得进风室内经过预喷淋冷却后的空气进入冷却通道内，对光伏板进行降温。冷却通道与导流板11之间的夹角β与当地光伏板的最佳安装角度一致。

预喷淋水系统中的布水器7竖向设置于进风口10处，喷嘴8分布设置于布水器7上，使得喷嘴8的喷射方向朝向内侧。

光伏发电系统主要包括光伏板14，控制器15，直流负载16，蓄电池17，光伏板分别与直流负载16和蓄电池17连接。

光伏板预喷淋冷却系统，可多模式、控水耗运行。具体地，极端天气如高温季节时，利用雨水、储水或地下水进行预喷淋，可连续预喷淋或间歇性预喷淋，蒸发相变传热与自然对流协同作用进行强化换热；非极端天气如中低温季节时进行自然对流风冷，此时关闭预喷淋系统以节约水的蒸发损耗。

该光伏板预喷淋冷却系统，充分利用自然浮升力，系统结构简单、附加损耗少。光伏板预喷淋冷却系统，喷淋预冷进风，可获得较均匀的冷却效果，对光伏板腐蚀等危害低。

支撑板高度H取值应满足：H＝D，D为光伏板的长度。

所述一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，导流板长度L取值应满足：L＝D。

所述一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，斜板长度h与光伏板长度D之间应满足如下关系：h＝D。

所述一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，斜板12与光伏板14间距W取值应满足：W＝0.3D。

一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却方法：通过在光伏板14背面搭建水平和倾斜的平行平板气流通道，并在气流通道的进风口10引入喷嘴8预喷淋，形成浮力驱动下的光伏板预喷淋冷却系统。风系统的驱动力是浮升力(由空气密度差产生)，进风即干热空气经喷嘴8预喷淋冷却后，在光伏板14背面通道内再热，最后以湿热空气经出风口13流出系统。水系统用于预喷淋，由水泵4从储水箱3取水，经控制阀5配合流量计6调节流量，然后通过喷嘴8喷淋形成大量液滴与空气直接接触并进行热质传递，未蒸发液滴9在重力作用下滴落至集水池1，经回水管2返回储水箱3循环。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，其特征在于：包括：

进风室，其侧面开放，其上方部分开口；

冷却通道，其倾斜设置于进风室的上方，与进风室的上方开口封接，由光伏板和斜板围成冷却通道；

光伏板，设置于冷却通道的上侧面，且与斜板围成冷却通道，使得进风室内经过预喷淋冷却后的空气进入冷却通道内，对光伏板进行降温；

预喷淋系统，包括预喷淋结构和冷却水循环系统，预喷淋结构设置于进风室内，进风室的底部设置水池，冷却水循环系统至少包括循环泵，循环泵连通水池和预喷淋结构。

2.根据权利要求1所述的浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，其特征在于：冷却通道与进风室的壳体一体成型。

3.根据权利要求1所述的浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，其特征在于：冷却通道的轴线与水平面的夹角大于0°。

4.根据权利要求1所述的浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，其特征在于：所述进风室的高度大于0cm。

5.根据权利要求4所述的浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，其特征在于：所述进风室的高度与光伏板长度之比大于0.3。

6.根据权利要求1所述的浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，其特征在于：所述预喷淋结构包括布水结构和多个喷嘴，布水结构与循环管道连接，多个喷嘴布置在布水结构上，且与布水结构的内腔连通。

7.根据权利要求6所述的浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，其特征在于：喷嘴的排列方式选自以下的一种或多种的组合：单排、多排、单列、多列、顺排或叉排。

8.根据权利要求1所述的浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，其特征在于：所述冷却水循环系统包括回水管，回水管上设置有循环泵和流量计；

进一步的，所述回水管上设置有储水箱和控制阀。

9.根据权利要求1所述的浮力驱动的光伏板预喷淋冷却系统，其特征在于：还包括储能设备和用电设备，所述储能设备为蓄电池，用电设备为直流负载，储能设备和用电设备均与光伏板连接。

10.一种浮力驱动的光伏板预喷淋冷却方法，其特征在于：包括如下步骤：

高温时段，对进风室内的空气进行预喷淋降温，可连续预喷淋或间歇性预喷淋，降温后的空气进入冷却通道中，对光伏板进行降温；

非高温时段，关闭预喷淋系统，对光伏板进行自然对流风冷。

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