CN201655823U - 太阳能光伏电池高效散热装置及电池板、热电联供系统、板管式换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型太阳能光伏电池高效散热装置及电池板、热电联供系统、板管式换热器涉及太阳能利用技术，太阳能光伏电池高效散热装置用于太阳能光伏电池板散热，其特征在于，包括平板热管，其前、后板面的前板面与所述电池板背板直接或间接紧贴、且覆盖所述电池板整个背板，还包括与所述平板热管后板面贴合的板管式换热器。可以在不影响电池板与建筑面结合或作为建筑构件的应用的同时能快速通过板管式换热器将热量从通管由水或防冻液等冷却媒介将平板热管吸热面所快速吸收的电池板的热量迅速传递走，有效防止了电池板温度的上升，还能构成所述热电联供系统对传递走的热量进行有效利用，产出热水，从而充分提高了太阳能利用效率，并降低了太阳能光伏产业成本。

Description

太阳能光伏电池高效散热装置及电池板、热电联供系统、板管式换热器 

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术，特别涉及一种太阳能光伏电池高效散热装置及其应用及板管式换热器。 

背景技术

一般商用光伏电池的最大光电转换效率仅在15％左右，未被利用的太阳辐射能的大部分被电池吸收转化为热能。如果这些吸收的热量不能及时利用(变为废热)或者排除废热，电池温度就会逐渐升高，发电效率降低，光伏电池长期在高温下工作还会因迅速老化而缩短使用寿命。即使是传统非聚焦式太阳能发电电池，除冬季外，电池温度通常达到70-80℃，实际光伏效率只有7-10％左右。且由于局部的点过热，容易造成局部损坏。尤其在将太阳能光伏电池与建筑进行一体化设计，为散热的需要而不得已设计建筑围护结构时，电池背板散热与建筑围护结构的隔热就形成一对尖锐的矛盾，目前的产业化技术中既没有充分利用光伏电池的废热，也没有有效的散热方法，要么电池背板的热量直接排入建筑室内，要么电池背板保温后温度比装置在野外时还高许多(局部有可能超过100℃，造成电池寿命极大下降)，因此，目前太阳能光伏发电系统的建筑一体化设计难以实用化。 

除此以外，聚光型光伏发电技术(CPV)采用低成本的反射镜或者透镜可以减少使用部分昂贵的光伏电池，光伏电池工作在低倍甚至高倍的光强照射下，单位面积的有效输出功率大幅增加发电成本大幅下降，但是随着单位面积的电池板辐射光强的增加，吸收的热量也在增加，高聚焦会使得芯片部分温度急剧升高，严重影响光伏效率，限制了聚焦倍数的发展，成为高聚焦光伏的核心技术问题。 

如何低成本实现太阳能光伏电池的高效散热，甚至将电池废热充分利用，将是关系到太阳能光伏产业爆发性发展的重要课题。 

本申请人申请的中国专利申请号为200810239002.0，名称为“光伏电池散热装置”的发明专利申请公开了一种用于光伏电池的高效散热装置。该装置将其内微孔管或微槽形成微热管的散热平板的吸热面与光伏电池板背面贴合，其余侧面的部分或全部为散热面。该散热装置能高效快速将光伏电池板上积聚产生的热量吸收，降低光伏电池板的温度，达到高效散热降温的目的。但是，该散热装置由于是靠与光伏电池板不接触的表面散热，或将该散热面的 一部分置于换热器中散热，如果将该装置用于建筑物上，则必须将散热平板吸热面背面的表面与建筑物接触或位于建筑物内，因此，不能将该背面作为散热面，这样就必须将散热平板做得比光伏电池板长或宽些，造成浪费材料，也不便将散出的热量进行其他利用；此外，该装置中将热管置于水箱换热器内，不利于热管的寿命及平板热管与换热器之间的密封泄露问题。同时，由于光伏电池板在应用过程中通常会出现个别节点会过热现象，而散热平板通常是多块拼合使用，拼合不当会使得这些节点产生的热量不能及时散走，造成局部过热，影响光伏电池的发电效率和寿命。 

发明内容

本发明解决现有技术光伏电池散热能力差造成整个电池或电池的某些节点温度过高而使电池效率降低、寿命下降的问题，提供一种太阳能光伏电池高效散热装置，能在与建筑面结合或作为建筑构件应用时也能快速有效地将太阳能电池产生的热量传递走，并能使电池板散热均衡，避免个别节点温度过高现象，从而充分提高了太阳能利用效率，延长了太阳能电池寿命，并降低了太阳能光伏产业成本。本发明还涉及采用该装置的高效率太阳能光伏电池板、热电联供系统和该装置的专用构件。 

太阳能光伏电池高效散热装置，用于太阳能光伏电池板散热，其特征在于，包括一个或一个以上平板热管，所述平板热管前、后板面的前板面与所述电池板背板直接或间接紧贴、且覆盖所述电池板整个背板，还包括与所述平板热管后板面的一散热段贴合的板管式换热器；所述平板热管内具有并排排列的一个或一个以上的热管，所述板管式换热器为其侧面具有用于贴合的贴合平面的通管，且所述贴合平面沿所述通管长度方向延伸设置，所述通管跨过平板热管内的各热管设置，所述通管具有与其他管路连接的连接头和/或连接口。 

所述平板热管与所述电池板长度相近且不超过所述电池板长度，所述平板热管内的热管为两个或两个以上，所述直接紧贴为两个或两个以上的平板热管并排紧密设置，其前板面直接紧贴在电池板的背板上，且并排设置的平板热管之间的间距小于5mm；所述间接紧贴为在所述电池板背板和所述一个或一个以上平板热管的所述前板面之间设置有整块导热效果好的一块金属板或紧密相接的一块以上的金属板。 

所述贴合平面的宽度为20-300mm，所述通管内径为5-60mm。 

所述贴合为无焊接、干式的贴合或通过胶粘合。 

所述板管式换热器为仅在所述通管一侧设有一个贴合平面的单边式换热器，所述通管的与所述贴合平面相对一侧的管壁厚度为1.0-6mm；或所述板管式换热器为在所述通管相对 侧分别设置贴合平面的双边式换热器。 

所述平板热管为金属或合金挤压成型构成的平板式微热管阵列，所述板管式换热器的贴合平面横跨各微热管。 

采用该装置的高效率太阳能光伏电池板，包括电池板，其特征在于，还包括与所述电池板大小适配的一个或一个以上平板热管，所述平板热管前、后板面的前板面与所述电池板背板直接或间接紧贴、且覆盖所述电池板整个背板，以及包括与所述平板热管后板面的一散热段贴合的板管式换热器；所述平板热管内具有并排排列的一个或一个以上的热管，所述板管式换热器为其侧面具有用于贴合的贴合平面的通管，且所述贴合平面沿所述通管长度方向延伸设置，所述通管跨过平板热管内的各热管设置，所述通管具有与其他管路连接的连接头和/或连接口。 

所述平板热管与所述电池板长度相近且不超过所述电池板长度，所述平板热管内的热管为两个或两个以上，所述直接紧贴是指两个或两个以上的平板热管并排紧密设置，其前板面直接紧贴在电池板的背板上，且并排设置的平板热管之剖的间距小于5mm；所述间接紧贴是指在所述电池板背板和所述一个或一个以上平板热管的所述前板面之间设置有整块导热效果好的一块金属板或紧密相接的一块以上的金属板。 

所述贴合平面的宽度为20-300mm，所述通管内径为5-60mm。 

所述贴合为无焊接、干式的贴合接触或通过胶粘合； 

所述板管式换热器为仅在所述通管一侧设有一个贴合平面的单边式换热器，所述通管的与所述贴合平面相对一侧的管壁厚度为1.0-6mm；或所述板管式换热器为在所述通管相对侧分别设置贴合平面的双边式换热器。 

所述平板热管为金属或合金挤压成型构成的平板式微热管阵列，所述板管式换热器的贴合平面横跨各微热管。 

所述大小适配的电池板和平板热管通过框架组装为一体，框架内所述板管式换热器贴合平面的宽度是所述平板热管长度的1/201/5。优选为1/10-1/5。 

所述高效率太阳能光伏电池板之间密接排置。 

采用上述高效率太阳能光伏电池板的热电联供系统，包括电池板，其特征在于，还包括与所述电池板大小适配的一个或一个以上平板热管，所述平板热管前、后板面的前板面与电池板背板直接或间接紧贴、且覆盖所述电池板整个背板，以及包括与所述平板热管后板面的 一散热段贴合的板管式换热器；所述平板热管内具有并排排列的一个或一个以上的热管，所述板管式换热器为其侧面具有用于贴合的贴合平面的通管，且所述贴合平面沿所述通管长度方向延伸设置，所述通管跨过平板热管内的各热管设置，所述通管通过管路与泵、防过热空冷换热器和储水箱相连形成循环回路。 

平板热管与所述电池板长度相近且不超过所述电池板长度，所述平板热管内的热管为两个或两个以上，所述直接紧贴是指两个或两个以上的平板热管并排紧密设置，其前板面直接紧贴在电池板的背板上，且并排设置的平板热管之间的间距小于5mm；所述间接紧贴是指在所述电池板背板和所述一个或一个以上平板热管的所述前板面之间设置有整块导热效果好的一块金属板或紧密相接的一块以上的金属板。 

所述贴合平面的宽度为20-300mm，所述通管内径为5-60mm，所述通管的与所述贴合平面相对一侧的管壁厚度为1.0-6mm。 

所述贴合为无焊接、干式的贴合接触或通过胶粘合；所述板管式换热器为仅在所述通管一侧设有一个贴合平面的单边式换热器，所述通管的与所述贴合平面相对一侧的管壁厚度为1.0-6mm；或所述板管式换热器为在所述通管相对侧分别设置两个贴合平面的双边式换热器。 

所述平板热管为金属或合金挤压成型构成的平板式微热管阵列，所述板管式换热器的贴合平面横跨各微热管。 

所述大小适配的电池板和平板热管通过框架组装为一体，框架内所述板管式换热器贴合平面宽度是所述平板热管长度的1/20-1/5。优选为1/10-1/5。 

所述高效率太阳能光伏电池板之间紧密连接时的连接使用双边式板管。 

所述热电联供系统将硅晶光伏电池温度的维持在50℃以内，产生45℃以内的热水；或将非晶光伏电池温度的维持在90℃以内，产生80℃以内的热水。 

板管式换热器，为其侧面具有用于贴合的贴合平面的通管，且所述贴合平面沿所述通管长度方向延伸设置，所述通管具有与其他管路连接的连接头和/或连接口。 

所述通管仅在一侧设有一个贴合平面或所述通管在相对侧分别设置一个贴合平面和一个连接平面。 

所述贴合平面和/或所述连接平面与所述通管为一体结构；或为能配合为一体的分体结构，即所述贴合平面为一长度小于或等于所述通管长度的板块结构的一个表面，所述板块结构上与所述贴合平面相对的另一表面具有与所述通管相配合的圆弧结构，这种分体结构同样适用于所述连接平面与所述通管为分体结构的情形。 

所述贴合平面和/或所述连接平面与所述通管外表面通过内凹曲面相接。 

技术效果： 

本发明太阳能光伏电池高效散热装置、采用该装置的高效率太阳能光伏电池板和采用上述高效率太阳能光伏电池板的热电联供系统，由于将平板热管前、后板面的前板面与电池板背板直接或间接紧贴，并将具有独特结构的板管式换热器贴合于平板热管后板面的散热段上，这样，可以在不影响电池板与建筑面结合或作为建筑构件的应用的同时能快速通过板管式换热器将热量从通管由水或防冻液等冷却媒介将平板热管吸热面(前板面)所快速吸收的电池板的热量迅速传递走，有效防止了电池板温度的上升，还能对传递走的热量进行有效利用，产出热水，从而充分提高了太阳能利用效率，并降低了太阳能光伏产业成本。在将太阳能光伏电池与建筑进行一体化设计时，由于不需要为散热而不得已设计建筑围护结构，因此完全消除了电池背板散热与建筑围护结构的隔热这一对尖锐的矛盾。 

附图说明：

图1是本发明太阳能光伏电池高效散热装置的结构分解示意图。 

图2是本发明单边式板管换热器横截面结构示意图。 

图3是本发明双边式板管换热器横截面结构示意图。 

图4是本发明三个高效率太阳能光伏电池板非密接设置自然对流供热的结构示意图。 

图5是本发明三个高效率太阳能光伏电池板非密接设置强制对流供热的结构示意图。 

图6a、图6b、图6c分别是本发明高效率太阳能光伏电池板外设框架时的后视示意图、侧视示意图和单边式板管换热器的横截面示意图。 

图7a、图7b、图7c分别是本发明高效率太阳能光伏电池板外设框架时的后视示意图、侧视示意图和双边式板管换热器的横截面示意图。 

图8是本发明多个高效率太阳能光伏电池板非密排时的连接图。 

图9是本发明多个高效率太阳能光伏电池板密排时的连接图。 

图10是本发明热电联供系统作为热回收式太阳能光伏电站结构示意图。 

图11是本发明热电联供系统作为排热式太阳能光伏电站系统的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。 

图1是本发明太阳能光伏电池高效散热装置的结构分解示意图。图1所示的太阳能光伏电池高效散热装置，用于太阳能光伏电池板1的散热，其包括一个或一个以上平板热管2，优选平板热管2与所述电池板长度相近且不超过所述电池板长度，这样节省材料，同时便于与电池板的组装。图1中为多个并排设置的平板热管2，平板热管1前、后板面的前板面与电池板1背板直接或间接紧贴，本实施例多个并排设置的平板热管2与电池板1的大小相适配，其前板面覆盖电池板1背板的全部，每个平板热管2内具有并排排列的一个或一个以上的热管；优选地，平板热管2内具有两个或两个以上的热管；更优选地，平板热管2为金属或合金挤压成型构成的平板式微热管阵列，以使平板热管2兼具高的换热效率和足够的耐压强度。 

所述太阳能光伏电池高效散热装置还包括与平板热管2后板面的一散热段贴合的板管式换热器3。板管式换热器3结构见图2、图3，板管式换热器3为其侧面具有用于贴合的贴合平面31的通管32，且贴合平面31沿通管32长度方向延伸设置，通管32跨过各平板热管2及各平板热管2内的各微热管设置，这样保证每一个热管都能与板管式换热器3进行热交换；优选地通管32长度方向与平板热管2内热管的长度方向垂直或接近垂直，这样，板管式换热器3的贴合平面31横跨各微热管。通管32具有与其他管路连接的连接头321和/或连接口322(见图6a、图7a)。 

所述直接紧贴是指两个或两个以上的平板热管2并排紧密设置，他们的前板面均直接紧贴在电池板1的背板上，且并排设置的平板热管2之间的间距小于5mm；所述间接紧贴是指在所述电池板1背板和平板热管2的所述前板面之间设置有整块导热效果好的金属板，如铝板，金属板可以是一个整块的金属板，也可以是两块以上的金属板紧密相接拼合而成，如果电池板1背板和平板热管2之间夹有导热好、且均匀度高的金属板，可以不要求并排设置的平板热管2之间紧密设置，可以有一定的间隙，也就是此时并排设置的平板热管2之间的间距可以大于5mm。这样，通过要求直接紧贴的且并排设置的平板热管2紧密设置，或者在电池板1背板和平板热管2之间夹有导热好、导热均匀性好的金属板，可以保证即使电池板1上有个别节点产生集中的热量，也能迅速使热量均匀导开，不会使这些节点温度上升导致电池板效率降低或寿命下降。 

贴合平面31的宽度c为20-300mm，通管32内径b为5-60mm。 

所述贴合为无焊接、干式的贴合或通过胶粘合，胶可以是硅胶或其他导热胶，尤其是导热效果好、寿命在20-30年的胶。 

板管式换热器2根据应用不同可以为仅在通管32一侧设有一个贴合平面31的单边式换 热器，见图2，此时，通管32的与贴合平面31相对一侧的管壁厚度a为1.0-6mm；或板管式换热器2为在通管32相对侧分别设置贴合平面31和连接平面31’的双边式换热器，见图3。贴合平面31和/或连接平面31’与通管32可以为一体结构，如图2、3；也可以不是一体结构，而是分体结构，贴合平面31和/或连接平面31’为一长度小于或等于通管32长度的板块结构的一个表面，所述板块结构上与贴合平面31相对的另一表面具有与通管32相配合的圆弧结构。这种分体结构同样适用于连接平面31’与通管32为分体结构的情形。贴合平面31和连接平面31’可以是对称的，也可以不对称，优选对称，连接平面31’的面积优选小于贴合平面31的面积。 

贴合平面31和/或连接平面31’与通管32表面通过内凹曲面33相接，这样便于节省材料，同时也能保证传热的需要。 

图5——图11是采用图1所示散热装置的高效率太阳能光伏电池板及其应用，包括电池板1及紧贴其背板的上述太阳能光伏电池高效散热装置。并排排列的平板热管2与电池板1背板大小要适配，优选地两者紧贴后(包括中间设置均匀散热铝板的情形)共同固定在矩形框架内，如图6a和图7a的框架4。通管32与其他管路连接的连接头321可以穿过框架4的两侧面，见图6a、图6b，这样，所述高效率太阳能光伏电池板之间通过连接头可以非密接排置，见图8，这种连接的板管式换热器3可采用图2的单边式换热器，连接状态见图6c。通管32与其他管路通过连接口或连接头322来连接，与连接头321不同，连接口或连接头322是从板管式换热器3的位于框架4内的部位伸出，见图7a、图7b，这种连接的板管式换热器3优选采用图3的双边式换热器，以便于在贴合平面31相对应的连接平面31’上设置连接管路，此时，连接口或连接头322不穿过框架4的两侧面，同样能将多块高效率太阳能光伏电池板连接起来，所述高效率太阳能光伏电池板之间可密接排置或可做成防水连接，见图9。双边式换热器3的设置方式见图7c，用于连接的连接平面31’的宽度最好小于贴合平面31，以节省材料。 

通过框架4组装电池板1和平板热管2为一体，框架4内板管式换热器3贴合平面31的宽度应是平板热管的长度的1/20-1/5，优选为1/10-1/5，采用该范围的宽度，不但能实现充分有效的换热，同时达到板管式减少换热器使用材料、减少重量的目的。当然板管式换热器3可以在平板热管2后板面横向设置多个，其连接头或连接口进行并联后与外界管路连通。此时，各板管式换热器3的贴合平面31的宽度总和最好优选为平板热管的长度的1/20-1/5，更优选为1/10-1/5，同时各贴合平面31的宽度c总和在20-300mm范围内，通管32内径 b总和为5-60mm。 

采用上述高效率太阳能光伏电池板的热电联供系统，包括高效率太阳能光伏电池板1，将通管32通过管路5与泵6和储水箱8相连形成循环回路，以对外供热，见图5本发明三个高效率太阳能光伏电池板非密接设置强制对流供热的结构示意图。不设置泵6时，为自然对流供热，见图4三个高效率太阳能光伏电池板非密接设置自然对流供热的结构。图10是热回收式热电联供系统，储水箱8体积大，管路5上可以设置、不设置或少设置防过热空冷换热器7，储水箱8上设有进、出水管81、82，进水管导入冷水，管路5内工质传导来的热量加热冷水，通过出水管8向外输出热水，对外供热；而图11则是排热式高效率太阳能光伏电池板，仅仅进行发电，储水箱8体积小，管路5上需要设置或多设置防过热空冷换热器7，以将热量排出去。可以对高效率太阳能光伏电池板1的温度进行监控，当温度超过设定值，储水箱8散热不够，可以开启一个或多个防过热空冷换热器7，所以本发明高效率太阳能光伏电池板发电效率得到有效提高，并大大提高寿命。比如图10所述热电联供系统将硅晶光伏电池温度维持在50℃以内，产生45℃以内的热水；或将非晶光伏电池温度的维持在90℃以内，产生80℃以内的热水。 

因此，本发明能有效构建建筑用太阳能光伏热电联供系统：对于建筑外置式(BAPV)：可将高效率太阳能光伏电池板设置成建筑屋面或墙面外置式，提高15-30％的相对发电效率；提供40--45℃左右的热水，用于建筑供热、生活热水等。系统的太阳能综合利用效率可达到50--60％以上。 

而对于建筑一体化式(BIPV)：本发明高效率太阳能光伏电池板可以作为建筑物构件；可提高15-30％的相对发电效率；提供40--45℃左右的热水，用于建筑供热、生活热水等。系统的太阳能综合利用效率可达到50--60％以上。 

而对于热回收式太阳能光伏热电联供系统：电池板散热的同时利用废热集中式供热，提高15-30％的相对发电效率；提供40--45℃左右的热水，用于建筑集中式供热或其它用途。对于排热式太阳能光伏电站，是高效率太阳能光伏电池板的一个有价值的应用，可针对沙漠或非居住地区建立太阳能光伏电站，废热无法利用，冷却电池板将是散热的唯一目的，必须设置空冷换热器7；采用所述高效率太阳能光伏电池板可提高15-30％的相对发电效率；当水温高于外气温度时，冷却循环系统将通过高效自然空冷散热器将废热排掉。 

Claims (10)

1.太阳能光伏电池高效散热装置，用于太阳能光伏电池板散热，其特征在于，包括一个或一个以上平板热管，所述平板热管前、后板面的前板面与所述电池板背板直接或间接紧贴、且覆盖所述电池板整个背板，还包括与所述平板热管后板面的一散热段贴合的板管式换热器；所述平板热管内具有并排排列的一个或一个以上的热管，所述板管式换热器为其侧面具有用于贴合的贴合平面的通管，且所述贴合平面沿所述通管长度方向延伸设置，所述通管跨过平板热管内的各热管设置，所述通管具有与其他管路连接的连接头和/或连接口。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏电池高效散热装置，其特征在于所述平板热管与所述电池板长度相近且不超过所述电池板长度，所述平板热管内具有两个或两个以上热管，所述直接紧贴是指两个或两个以上的平板热管并排紧密设置，其前板面直接紧贴在电池板的背板上，且并排设置的平板热管之间的间距小于5mm；所述间接紧贴是指在所述电池板背板和所述一个或一个以上平板热管的所述前板面之间设置一块金属板或一块以上紧密相接的金属板。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏电池高效散热装置，其特征在于所述贴合为无焊接、干式的贴合或通过胶粘合；所述贴合平面的宽度为20--300mm，所述通管内径为5--60mm；所述板管式换热器为仅在所述通管一侧设有一个贴合平面的单边式换热器，所述通管的与所述贴合平面相对一侧的管壁厚度为1.0--6mm；或所述板管式换热器为在所述通管相对侧分别设置贴合平面的双边式换热器。

4.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏电池高效散热装置，其特征在于所述平板热管为金属或合金挤压成型构成的平板式微热管阵列，所述板管式换热器的贴合平面横跨各微热管。

5.高效率太阳能光伏电池板，其特征在于，包括电池板，所述电池板结合有权利要求1-4之一所述太阳能光伏电池高效散热装置的平板热管。

6.根据权利要求5所述的高效率太阳能光伏电池板，其特征在于大小适配的所述电池板和平板热管通过框架组装为一体，框架内所述板管式换热器贴合平面的宽度是所述平板热管长度的1/20-1/5；所述高效率太阳能光伏电池板之间密接排置。

7.热电联供系统，其特征在于，采用权利要求5--6之一所述高效率太阳能光伏电池板，所述通管通过管路与泵、防过热空冷换热器和储水箱相连形成循环回路。

8.根据权利要求7所述的热电联供系统，其特征在于所述管路上还连接有防过热空冷换热器。 

9.板管式换热器，其特征在于所述板管式换热器为其侧面具有用于贴合的贴合平面的通管，且所述贴合平面沿所述通管长度方向延伸设置，所述通管具有与其他管路连接的连接头和/或连接口。

10.根据权利要求9所述的板管式换热器，其特征在于所述通管仅在一侧设有一个贴合平面或所述通管在相对侧分别设置一个贴合平面和一个连接平面；所述贴合平面和/或所述连接平面与所述通管为一体结构；或为能配合为一体的分体结构，即所述贴合平面为一长度小于或等于所述通管长度的板块结构的一个表面，所述板块结构上与所述贴合平面相对的另一表面具有与所述通管相配合的圆弧结构，这种分体结构同样适用于所述连接平面与所述通管为分体结构的情形；所述贴合平面和/或所述连接平面与所述通管表面通过内凹曲面相接。 

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