CN117691941A - 一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，包括硅晶片、微通道换热管道；所述微通道换热管道包括绝热连接管、微通道换热管道的冷凝端与蒸发端，所述蒸发端与所述硅晶片紧紧贴合成整体结构；所述蒸发端通过所述绝热连接管与所述微冷凝端连接；所述冷凝端固定在所述硅晶片上方；所述微通道换热管道内具有挤出一体成形的内壁具有V型沟槽的多个梯形微通道；所述多个梯形微通道之间通过蚀刻的毛细多孔结构连接；所述梯形微通道中填充有有机乙醇液体工质。所述太阳能光伏板发电装置，有效应用于水上太阳能光伏发电或船舶电力动力系统或船舶供电、热水供应与供暖。
Description
技术领域
本公开涉及太阳能光伏发电领域，具体涉及一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置。
背景技术
近年来，环保意识和可再生能源的重要性逐渐被人们认识到，太阳能作为主要的再生能源之一，逐渐在船舶领域得到了应用，主要应用于船舶电力动力系统或应用于船舶供电或热水供应与供暖。一方面，太阳能在船舶电力动力系统的应用中，在阳光照射下，太阳能光子击中太阳能光伏板上的材料，将流动的电子转变为电流，输送到蓄电池组中，通过电机驱动船舶前进；第二方面，船舶上的各种电力设备如灯光、导航、通讯、雷达等都需要电能支持，传统需要通过内燃机或蓄电池提供电能，而利用太阳能光伏板和发电装置可以直接将太阳能转化为电能，以满足船舶上的电能需求，太阳能光伏发电具有无噪声、低成本维度等优点，可以有效减少船舶的运营成本和环境污染。另一方面，船舶上的居住和生活用水需求巨大，传统上需要通过燃料或发动机余热供应，而太阳能光伏发电可实现余热利用，提供供暖和热水等功能，节能环保，可以有效减少船舶的能源消耗和排放。
此外，太阳能应用于水上太阳能光伏发电也得到广泛关注，如海洋、湖泊等水上太阳能光伏发电应用；水上光伏发电电站，不占用耕地、林地、一般农用地等稀缺土地资源，能够提高水域附加值；可以提高发电量约7%～12%：光伏组件倾斜面上的辐射量由太阳直接辐射量、散射辐射量、反射辐照量组成，而水面的反射率约为0.6%，远高于地面、草地等环境的反射率，经测试评估光伏组件倾斜面上的总辐射量比地面提高约1.5%；同时，水域的气温变化相对较小，夏季水体的冷却效应，可抑制光伏组件表面温度的上升，提高发电量。
虽然太阳能光伏发电在于水上太阳能光伏发电和船舶上的应用具有许多优势，但也存在一些技术难点，如太阳能光伏发电是通过光电效应将太阳能转换为电能，光电转换效率极限约为30％，实际转换效率为10％～26％，其余大部分太阳能则以热能形式散失，导致太阳能光伏电池温度升高，降低太阳能光伏电板的发电效率；另一方面，太阳能光伏板吸收太阳能过程中，其内部的半导体和电子元件工作发热，也会导致太阳能光伏板背板的温度过高使其光电转化效率过低，甚至在高温下还会发生停止发电工作。
现有技术有采用被动冷却和主动冷却的方法降低太阳能光伏板背板的温度，在太阳能板的降温技术中，常采用加装风扇增强对流，或加装喷水装置进行喷水主动冷却，其耗功量较大，且换热效果有限，实用性和经济性不高。
发明内容
本公开提供一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，以提高太阳能光伏板的换热效率及光热转化率。本公开的技术方案如下：
一方面，本公开提供了一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，包括硅晶片、微通道换热管道；其中，所述微通道换热管道包括绝热连接管、微通道换热管道的冷凝端、微通道换热管道的蒸发端，所述微通道换热管道的蒸发端与所述硅晶片紧紧贴合构成整体结构；所述微通道换热管道的蒸发端通过所述绝热连接管与所述微通道换热管道的冷凝端连接；所述微通道换热管道的冷凝端固定在所述硅晶片上方；
所述微通道换热管道内具有挤出一体成形的多个微通道；所述微通道为梯形微通道；
所述梯形微通道的内壁具有V型沟槽；
所述多个梯形微通道之间具有蚀刻的毛细多孔结构；所述多个梯形微通道通过所述毛细多孔结构连接；
所述梯形微通道中填充有液体工质。
在一些实施例中，所述微通道换热管道的冷凝端还连接有换热器；
在一些实施例中，所述微通道换热管道的冷凝端直接放入海水或湖泊中；
根据一些实施例，所述微通道换热管道为铝质管道；
根据一些实施例，所述液体工质的最佳充液率为75%~100%，以微通道换热管道的蒸发端中微通道中液体工质的体积与微通道换热管道的蒸发端中微通道的总体积比进行计算；
根据一些实施例，所述液体工质为有机乙醇、甲醇、丙酮、液氨中的一种；
优选的，所述液体工质为有机乙醇；
所述梯形微通道的大小为0.2~5mm；优选的，所述梯形微通道的大小为1mm；
所述V型沟槽的大小为0.01~1.5mm；优选的，所述V型沟槽的大小为0.5mm；
所述毛细多孔结构的大小为0.005~0.2mm；优选的，所述毛细多孔结构的大小为0.1mm；
所述梯形通道的大小以底边边长为测量依据；所述V型沟槽的大小以V型沟槽开口侧之间的距离为测量依据；所述毛细多孔结构的大小以孔最大直径为测量依据。
所述梯形微通道是通过挤出成形的制备工艺，将铝质材料挤成内壁具有V型沟槽的梯形微通道，具体步骤如下：
S1：将铝材料坯放入挤压机的料斗中；
S2：通过挤出机的运转，加热使铝材料坯软化并达到挤出状态，熔化的铝材被挤到机筒内并进行搅拌和加热，以确保铝材均匀熔化和混合；
S3：熔化的铝材被挤出机推至挤出头部分，挤出头包含一个挤出圆形或异形V型沟槽模具，通过调整模具的形状和尺寸，调整最终产品的形状和尺寸，在挤出过程中，铝材被挤压流入模具中，逐渐冷却和固化；
S4：冷却固化的铝材被切割、修整和表面处理，形成最终的内壁具有V型沟槽的圆形或异形微通道。
通过挤出成型的制备工艺制备的内壁具有V型沟槽的梯形微通道是一体成型的，所述挤出成型也称为挤出一体成型。
所述毛细多孔结构的制备工艺如下：
S5：将S4中制备的梯形微通道作为基底，通过溅射、化学气相沉积在基底上制备一层薄膜；
S6：利用光刻技术在薄膜上形成所需的多孔微通道图案；
S7：将制好的薄膜置于电解质溶液中，通过施加电压，使电解质在薄膜上发生电化学反应，从而蚀刻出微通道；
S8：蚀刻完成后，去除多余的薄膜，暴露出微通道。
S9：用去离子水清洗微通道，去除残留的蚀刻液和杂质，根据腐蚀环境，在微通道多孔结构表面涂覆一层铬以增强通道抗氧化性。
所述具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置应用于水上太阳能光伏发电或应用于船舶电力动力系统或应用于船舶供电或应用于船舶热水供应与供暖。
本公开的技术方案至少带来以下有益效果：
本公开技术方案中将微通道换热管道的蒸发端通过绝热连接管与微通道换热管道的冷凝端连接，实现了微通道换热管道的蒸发端与微通道换热管道的冷凝端的分离，微通道换热管道的冷凝端释放出的热量不会影响硅晶片的工作温度；微通道换热管道的蒸发端与所述硅晶片紧紧贴合构成整体结构，使硅晶片被微通道换热管道的蒸发端包围，有利于硅晶片背面温度更加均匀，不会因为局部温度过高影响光电转化效率；
通过“微通道换热管道的冷凝端固定在所述硅晶片上方”形成分体式重力热管，形成的分体式重力热管，可以适应各种传热场合以及不同形状的太阳能光伏板设计，其结构更为紧凑、换热效率高、功耗低。
本公开技术方案中通过挤出一体成形的内壁具有V型沟槽的多个异形微通道，多个异形微通道之间蚀刻的毛细多孔结构，既增加了换热面积，又增加了绕流，强化了换热，提高系统效率，降低能耗。
本公开技术方案中使用有机乙醇为液体工质，能够保证微通道换热管道内不出现干涸现象，能够更快地散热，有利于降低硅晶片的温度；并且乙醇也不会对环境造成污染，可以在充足的太阳光下，有效地降低硅晶片的背部温度，使其在最适工作温度范围内，达到最大的工作效率。
本公开技术方案中通过微通道换热管道中液体工质自身从液体蒸发到蒸汽再凝结成液体的相变作用带走了硅晶片工作产生的热量，使硅晶片的温度下降到正常工作温度，从而提高太阳能光伏板的光电转化效率。本公开不需要提供外在的能量，节约了资源，避免了能源的浪费。
本公开技术方案中通过微通道换热管道的冷凝端连接有换热器，实现了太阳能光伏板的余热利用，提高了能量利用效率，能够应用于船舶供电或应用于船舶热水供应与供暖。
本公开技术方案中通过将微通道换热管道的冷凝端直接放入海水或湖泊中，充分利用渔业养殖水面的空间资源，利用水面天然的冷源对硅晶片降温，提高光伏转化效率，能够应用于水上太阳能光伏发电与船舶电力动力系统。
附图说明
以下将结合附图和优选实施例来对本公开进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本公开范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
图1是一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的结构示意图；
图2是微通道的形状对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片工作温度的影响仿真结果实验图；
图3是一示例性的梯形微通道示意图；
图4是梯形微通道的大小对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片工作温度的影响仿真实验结果图；
图5是V型沟槽的大小对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片工作温度的影响仿真实验结果图；
图6是毛细多孔结构大小对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片工作温度的影响仿真实验结果图；
图7是本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的微通道换热管道的工作流程；
图8是普通太阳能光伏板发电装置的硅晶片仿真温度线图；
图9是本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片仿真温度线图；
图10是本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的光伏板的仿真温度线图；
图11是普通太阳能光伏板发电装置的光伏板仿真温度线图；
附图标记名称：
1、硅晶片；2、绝热连接管；3、微通道换热管道的冷凝端；4微通道换热管道的蒸发端；5、梯形微通道；6、V形沟槽；7、毛细多孔结构。
具体实施方式
下面结合附图1至11，对本公开作详细的说明。
为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。
本公开提供了一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，如图1所示，包括硅晶片1、微通道换热管道；其中，所述微通道换热管道包括绝热连接管2、微通道换热管道的冷凝端3、微通道换热管道的蒸发端4，所述微通道换热管道的蒸发端4与所述硅晶片1紧紧贴合构成整体结构；所述微通道换热管道的蒸发端4通过所述绝热连接管2与所述微通道换热管道的冷凝端3连接；所述微通道换热管道的冷凝端3固定在所述硅晶片1上方；
图3提供了一示例性的梯形微通道示意图，如图3所示，所述微通道换热管道内具有挤出一体成形的多个梯形微通道5；所述梯形微通道5的内壁具有V型沟槽6；所述多个梯形微通道5之间具有蚀刻的毛细多孔结构7；所述多个梯形微通道5通过所述毛细多孔结构7连接；
所述梯形微通道中填充有液体工质。
通过异形微通道的内壁具有V型沟槽，通过毛细多孔结构7连接多个微通道的微通道换热管道，既增加换热面积，又增加了绕流，强化了换热。根据导热微分方程Q=KA∆t，换热面积的增加会导致总体换热量的增加，从而实现更有效的散热。
V型沟槽能够在微通道中形成漩涡，增加流体与通道壁的接触面积，从而提高传热和传质效果。V型沟槽还可以降低流体在微通道管道内的摩擦阻力，使流体在换热管道中更容易流动，从而提高整体管道流通的效率。此外，拓宽的管道内表面积有助于提高微通道换热管道在能源领域的应用效果。
毛细多孔结构能够在工质沸腾成核时形成气体陷阱，抑制过冷液体对初始气泡核心的冷却、冲刷作用，从而增大并稳定汽化核心密度，降低沸腾过热度，达到强化沸腾的效果，进而强化传热。毛细多孔结构也有助于提高微通道换热管道热传导效率，多孔结构可以增加热量在通道内的散射点，使热量传递更加迅速均匀，多孔结构可以缓解流体在微通道内的湍流现象，降低压力损失，提高系统效率，降低能耗。
所述微通道换热管道的蒸发端4通过所述绝热连接管2与所述微通道换热管道的冷凝端3连接，实现了微通道换热管道的蒸发端4与微通道换热管道的冷凝端3的分离，形成分体式重力热管，微通道换热管道的冷凝端3释放出的热量不会影响硅晶片1的工作温度；所述微通道换热管道的蒸发端4与所述硅晶片1紧紧贴合构成整体结构，使硅晶片1被微通道换热管道的蒸发端4包围，有利于硅晶片1背面温度更加均匀，不会因为局部温度过高影响光电转化效率；形成的分体式重力热管可以适应各种传热场合以及不同形状的太阳能光伏板设计，其结构更为紧凑、换热效率高、功耗低。
在一些实施例中，所述微通道换热管道的冷凝端3还连接有换热器；将所述微通道换热管道的冷凝端3释放出的热量通过换热器加以利用；根据使用场景不同，将所述微通道换热管道的冷凝端3释放的热量通过换热器可以传递给船舶、工厂或住宅内的水和空气系统，用于加热生产过程所需的热水、蒸汽和空气或用于加热生活用水或采暖用水，通过这种方式，可以在减少额外能源消耗的同时达到节能减排的目的。
在一些实施例中，所述微通道换热管道的冷凝端3直接放入海水或湖泊中，海水或湖泊将所述微通道换热管道的冷凝端3释放出的热量直接吸收；将本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置与渔业相结合，可以实现“渔、电、环保”三方面的提升，在鱼塘或者湖泊上建立光伏发电，利用其水面的光伏发电，可以充分利用渔业养殖水面的空间资源，还可以利用水面天然的冷源对太阳能光伏板降温，提高光伏转化效率。
在一些实施例中，所述微通道为圆形或异形；
示例地，在本公开的一个实施例中，所述微通道为三角形微通道；
本公开对所述微通道的形状对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片工作温度的影响进行了研究，图2提供了微通道的形状对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片工作温度的影响仿真结果实验图，在同一光照强度、同一条件下，将梯形微通道结构、三角形微通道结构和圆形微通道结构做对比试验；如图2所示，梯形微通道的硅晶片的表面温度50.309℃，三角形微通道的硅晶片表面温度53.545℃，圆形微通道的硅晶片表面温度为52.574℃。通过实验数据表明，梯形微通道比其它结构在降低温度方面有着明显的优势。
根据一些实施例，所述液体工质的最佳充液率为75%~100%，以微通道换热管道的蒸发端4中微通道中乙醇的体积与微通道换热管道的蒸发端4中微通道的总体积比进行计算；
根据一些实施例，所述液体工质为有机乙醇、甲醇、丙酮、液氨中的一种；
示例地，在本公开的一个实施例中，所述液体工质为有机乙醇；与传统的水作为液体工质相比，有机乙醇作为液体工质能够保证微通道换热管道内不出现干涸现象；同时有机乙醇具有低沸点和易蒸发的特性，能够更快地散热，有利于降低硅晶片的温度；并且乙醇也不会对环境造成污染，可以在充足的太阳光下，有效地降低硅晶片的背部温度，使其在最适工作温度范围内，达到最大的工作效率。
所述梯形微通道5是通过挤出成形的制备工艺，将铝质材料挤成内壁具有V型沟槽的梯形微通道，具体步骤如下：
S1：将铝材料坯放入挤压机的料斗中；
S2：通过挤出机的运转，加热使铝材料坯软化并达到挤出状态，熔化的铝材被挤到机筒内并进行搅拌和加热，以确保铝材均匀熔化和混合；
S3：熔化的铝材被挤出机推至挤出头部分，挤出头包含一个挤出梯形V型沟槽模具，通过调整模具的形状和尺寸，调整最终产品的形状和尺寸，在挤出过程中，铝材被挤压流入模具中，逐渐冷却和固化；
S4：冷却固化的铝材被切割、修整和表面处理，形成最终的内壁具有V型沟槽的梯形微通道。
铝材挤出成形工艺可以实现高效率的大规模铝材生产，并且可以加工各种形状的铝材产品，此外，挤出工艺还可以提供较高的铝材密度和机械性能，使其具有良好的强度、刚度和耐腐蚀性能。
所述毛细多孔结构7的制备工艺如下：
S5：将S4中制备的梯形微通道作为基底，通过溅射、化学气相沉积在基底上制备一层薄膜；
S6：利用光刻技术在薄膜上形成所需的多孔微通道图案；
S7：将制好的薄膜置于电解质溶液中，通过施加电压，使电解质在薄膜上发生电化学反应，从而蚀刻出微通道；
S8：蚀刻完成后，去除多余的薄膜，暴露出微通道。
S9：用去离子水清洗微通道，去除残留的蚀刻液和杂质，根据腐蚀环境，在微通道多孔结构表面涂覆一层铬以增强通道抗氧化性。
根据一些实施例，所述微通道换热管道为铝质管道。
铝质管道具有良好的导热性、耐腐蚀性，与有机乙醇液体工质不发生相容。此外，铝质材料还具有较好的韧性、可塑性和较低的重量，易于加工和制造。铝质材料相比于传统的铜质材料，铝质材料的传热系数小于铜质材料，铝质材料本身吸收的热量远低于铜质材料，因而温度下降的更快；因此，铝质管道可以满足管壳的需求，防止液体工质外泄，能够承受外界压力，将热量传递给微通道换热管道管内工质，高效地将工质的热量传递出来。
本公开对梯形微通道5的大小、V型沟槽6的大小、毛细多孔结构7的大小对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片的工作温度的影响进行了研究。
本公开梯形微通道5的大小对硅晶片工作温度的影响仿真实验、V型沟槽6的大小对硅晶片工作温度的影响仿真实验、毛细多孔结构7的大小对硅晶片工作温度的影响的仿真实验中建立的模型最上层光伏玻璃板层为边长40mm的正方形，厚度2mm；EVA板层为边长40mm正方形，厚度1mm；硅晶片板层是边长8mm，厚度1mm的方阵，共16个；铝质的微通道板层边长40mm，厚度2mm；铝合金框边板层边长40mm，厚度2mm；采用单因素变化方法对梯形微通道5的大小、毛细多孔结构7的大小、V型沟槽6的大小对硅晶片工作温度的影响进行研究。模拟仿真实验正对着玻璃层提供300W/m2相当于太阳能光源的热通量，给定室外温度25摄氏度，没有其他能量输入，液体工质有机乙醇在微通道换热管道内的流速为0.2m/s；对比试验是正对着玻璃层提供300W/m2相当于太阳能光源的热通量，给定室外温度25摄氏度，液体工质有机乙醇在微通道换热管道内的流速为0.2m/s。
图4提供了梯形梯形微通道5的大小对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片1工作温度的影响仿真实验结果图，在同一光照强度、同一条件下，调节梯形微通道5的大小为0.05mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.1mm、2mm、3mm、4mm、5mm；梯形通道的大小以底边边长为测量依据。
如图4所示，梯形微通道5大小在1mm时，硅晶片1降温效果最好；当梯形微通道5大于1mm时，硅晶片1温度又开始缓慢上升，当梯形微通道5为5mm时，硅晶片1的温度略超过0.2mm时硅晶片1的温度；当梯形微通道5小于0.2mm时，硅晶片1温度上升明显。因此，梯形微通道5大小控制在0.2~1mm时，随着梯形微通道越来越大，硅晶片1的温度越来越低；梯形微通道5大小为1mm时降温效果最优；梯形通道5大小1.1~5mm时，硅晶片1的温度也远低于普通太阳能光伏板发电装置的硅晶片的工作温度。
图5提供了V型沟槽6的大小对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片1工作温度的影响仿真实验结果图，在同一光照强度、同一条件下，调节V型沟槽的大小为0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、1.5mm；V型沟槽6大小以V型沟槽开口侧之间的距离为测量依据。
由图5所示，V型沟槽6大小在0.5mm时，硅晶片1温度最低，降温效果最好；当V型沟槽6小于0.1mm时，硅晶片1的温度开始上升，当V型沟槽6大小在0.05mm时，硅晶片1的最高温度在55.81摄氏度；当V型沟槽6大于0.5mm时，硅晶片1的温度开始缓慢上升；当V型沟槽6大小在1.5mm时，硅晶片1的最高温度在58.399摄氏度；因此，当V型沟槽6大小控制在0.1~0.5mm时，随着V型沟槽6越来越大，硅晶片1的温度越来越低；当V型沟槽6的大小为0.5mm时降温效果最优；当V型沟槽6的大小控制在0.6mm~1.5mm或在0.05mm大小时，硅晶片1的温度也远低于普通太阳能光伏板发电装置的硅晶片的工作温度。
图6提供了毛细多孔结构7大小对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片1工作温度的影响仿真实验结果图，在同一光照强度、同一条件下，调节毛细多孔结构7的大小为0.005mm、0.01mm、0.03mm、0.05mm、0.07mm、0.1mm、0.12mm、0.2mm；毛细多孔结构7的大小以孔最大直径为测量依据。
由图6所示，毛细多孔结构7大小在0.1mm时，硅晶片1降温效果最好；当毛细多孔结构7小于0.01mm大于0.1mm时，硅晶片1的温度又上升，但相对于普通太阳能光伏板发电装置的硅晶片温度低很多；因此，当毛细多孔结构7大小控制在0.01~0.1mm时，随着毛细多孔结构7越来越大，硅晶片1的温度越来越低；当毛细多孔结构7大小为0.1mm时降温效果最优；毛细多孔结构7大小在0.005mm或0.2mm时，硅晶片1的温度也远低于普通太阳能光伏板发电装置的硅晶片的工作温度。
图7提供了所述具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的微通道换热管道的工作流程，如图7所示，微通道换热管道的蒸发端4中的液体工质吸收硅晶片1工作产生的热量，液体工质受热蒸发成蒸汽；蒸汽受热膨胀经由绝热连接管2流向微通道换热管道的冷凝端3遇冷凝结成液体；凝结的液体通过重力或毛细力的作用又流回微通道换热管道的蒸发端4，从而带走热量；所述具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的微通道换热管道的工作流程是不断循环往复的过程。
本公开通过微通道换热管道中液体工质自身从液体蒸发到蒸汽再凝结成液体的相变作用带走了硅晶片1工作产生的热量，使硅晶片1的温度下降到正常工作温度，从而提高太阳能光伏板的光电转化效率。相对于需要通过加入外在能量加快空气流动、循环水管路冷却、喷淋冷却等方法的传统的散热技术，本公开不需要提供外在的能量，节约了资源，避免了能源的浪费。
为了验证本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置对硅晶片的降温效果，本公开提供了本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片仿真温度线图与普通太阳能光伏板发电装置的硅晶片温度线图，如图8-图9所示，由图8和图9可知，在同一光照强度下，普通太阳能光伏板发电装置的硅晶片的温度要高于本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片的温度，且本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片的温度分布均匀，降温效果明显。硅晶片的工作温度越高，其内阻越大，发电效率也相应越低，温度每升高 10oC，发电效率约下降0.5%。因此本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置能够有效降低硅晶片的温度，提高光电转化效率。
本公开还提供了具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的光伏板与普通太阳能光伏板发电装置的光伏板的仿真温度线图，图10-图11示出了在同一光照强度下，本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的光伏板与普通太阳能光伏板发电装置的光伏板的每层温度分布，图10本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的光伏板的结构从左到右依次为光伏玻璃层、EVA层、硅晶片层、铝质的微通道层、铝合金框边层；图11普通太阳能光伏板发电装置的光伏板的结构从左到右依次为光伏玻璃层、EVA层、硅晶片层、EVA层、铝合金层；由图10 和图11可知，本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置在降低光伏板的温度方面具备明显的效果，且光伏板的每层温度有着明显的差异。
本公开微通道的形状对具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片的工作温度的影响仿真实验、本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的硅晶片与普通太阳能光伏板发电装置的硅晶片的仿真温度实验、本公开具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的光伏板与普通太阳能光伏板发电装置的光伏板的仿真温度实验，三个仿真实验中建立的模型最上层光伏玻璃层为边长40mm的正方形，厚度2mm；EVA层为边长40mm正方形，厚度1mm；硅晶片层是边长8mm，厚度1mm的方阵，共16个；铝质的微通道层边长40mm，厚度2mm；铝合金框边层边长40mm，厚度2mm；梯形微通道的大小为1mm；毛细多孔结构的大小为0.1mm；由此五层实体组成的太阳能光伏板模型，其中微通道为梯形带有0.5mm大小的V型沟槽；模拟仿真实验正对着玻璃层提供300W/m2相当于太阳能光源的热通量，给定室外温度25摄氏度，没有其他能量输入，液体工质有机乙醇在微通道换热管道内的流速为0.2m/s；对比试验是正对着玻璃层提供300W/m2相当于太阳能光源的热通量，给定室外温度25摄氏度，液体工质有机乙醇在微通道换热管道内的流速为0.2m/s。
以上对本公开进行了详细介绍，本公开中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，其特征在于，包括硅晶片、微通道换热管道；其中，所述微通道换热管道包括绝热连接管、微通道换热管道的冷凝端、微通道换热管道的蒸发端，所述微通道换热管道的蒸发端与所述硅晶片紧紧贴合构成整体结构；所述微通道换热管道的蒸发端通过所述绝热连接管与所述微通道换热管道的冷凝端连接；所述微通道换热管道的冷凝端固定在所述硅晶片上方；
所述微通道换热管道内具有挤出一体成形的多个微通道；所述微通道为梯形微通道；
所述梯形微通道的内壁具有V型沟槽；
所述多个梯形微通道之间具有蚀刻的毛细多孔结构；所述多个梯形微通道通过所述毛细多孔结构连接；
所述梯形微通道中填充有有机乙醇液体工质。
2.如权利要求1所述的具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，其特征在于，所述微通道换热管道的冷凝端还连接有换热器；或将所述微通道换热管道的冷凝端直接放入海水或湖泊中。
3.如权利要求1所述的具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，其特征在于，所述微通道换热管道为铝质管道。
4.如权利要求1所述的具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，其特征在于，所述液体工质的充液率为75%~100%。
5.如权利要求1所述的具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，其特征在于，所述梯形微通道的大小为0.2~5mm；所述V型沟槽的大小为0.01~1.5mm；所述毛细多孔结构的大小为0.005~0.2mm。
6.如权利要求5所述的具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，其特征在于，所述梯形微通道的大小为1mm；所述V型沟槽的大小为0.5mm；所述毛细多孔结构的大小为0.1mm。
7.如权利要求1-6任一项所述的具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置的应用，其特征在于，所述具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置应用于水上太阳能光伏发电或应用于船舶电力动力系统或应用于船舶供电或应用于船舶热水供应与供暖。
8.一种微通道的制备工艺，用于制备权利要求1-6任一项所述的梯形微通道，其特征在于，所述微通道是通过挤出成形的制备工艺，将铝质材料挤成内壁具有V型沟槽的梯形微通道，具体步骤如下：
S1：将铝材料坯放入挤压机的料斗中；
S2：通过挤出机的运转，加热使铝材料坯软化并达到挤出状态，熔化的铝材被挤到机筒内并进行搅拌和加热，以确保铝材均匀熔化和混合；
S3：熔化的铝材被挤出机推至挤出头部分，挤出头包含一个挤出梯形V型沟槽模具，通过调整模具的形状和尺寸，调整最终产品的形状和尺寸，在挤出过程中，铝材料被挤压流入模具中，逐渐冷却和固化；
S4：冷却固化的铝材料被切割、修整和表面处理，形成最终的内壁具有V型沟槽的梯形微通道。
9.一种微通道的制备工艺，用于蚀刻制备权利要求1-6任一项所述的毛细多孔结构，其特征在于，具体步骤如下：
S5：将S4中制备的梯形微通道作为基底，通过溅射、化学气相沉积在基底上制备一层薄膜；
S6：利用光刻技术在薄膜上形成所需的多孔微通道图案；
S7：将制好的薄膜置于电解质溶液中，通过施加电压，使电解质在薄膜上发生电化学反应，从而蚀刻出微通道；
S8：蚀刻完成后，去除多余的薄膜，暴露出微通道；
S9：用去离子水清洗微通道，去除残留的蚀刻液和杂质，根据腐蚀环境，在微通道多孔结构表面涂覆一层铬以增强通道抗氧化性。
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