基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統的製作方法

2023-09-11 11:49:00

專利名稱：基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能利用領域，尤其涉及一種基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統。
背景技術：
以燃煤、石油等為主的常規能源給環境和生態帶來了巨大壓力，更面臨著能源有限的嚴峻現實，使得開發新能源和可再生清潔能源是全世界面臨的共同課題。其中光伏發電倍受矚目，但平板太陽能由於其半導體材料的利用量比較多、製作過程汙染環境、成本過高等問題使得其發展受到了一定的限制。聚光光伏發電技術是用比較便宜的聚光器來代替昂貴的太陽電池，降低了成本，而且光電轉換效率要遠遠高於平板太陽能電池，因此聚光光伏發電技術有很大的發展空間。但是由於相關技術的不成熟，聚光光伏系統目前還沒有大規模的安裝和使用。通過聚光器聚光太陽光使得電池片的溫度過高以及產生高溫而容易燒毀裡面的電子器件，即面臨著散熱和防聚焦兩大難題。對於傳統的聚光光伏發電系統，一方面，一般採用被動散熱方式來解決散熱問題，但是散熱效果不理想，尤其是對於高倍的聚光光伏發電系統來說。主動散熱一般是採用水冷散熱方式，而且可以實現餘熱的再利用，提高了太陽電池的光電轉換效率，因此是很有潛力的、節能的一種冷卻方式。而現有的主動散熱方式，一般是將水管放置在箱體的外面，結構比較笨重而且外觀不美觀，且需要定期的維護；另一方面，在箱體內部放置防聚焦板可以解決防聚焦問題，但是現有的防聚焦板結構厚重，且製造工藝難度大，用料多，生產成本高。

發明內容
本發明就在於針對上述現有聚光光伏發電技術存在的問題，而提供一種基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統，其既解決了防聚焦和散熱問題，還能夠提供日常生活用熱水，充分利用了資源，避免了資源的浪費。其技術解決方案如下
一種基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統，包括放置聚光光伏組件的箱體，箱體上部布置有聚光器，箱體下部對應上述聚光器設置有太陽能電池片，在上述太陽能電池片下方設置有矩形散熱管，在太陽能電池片之間敷設有外表粗糙的水冷散熱微管；在相鄰聚光器之間懸空設置有水冷卻管，上述矩形散熱管、水冷散熱微管及水冷卻管一端匯集後通過管路連通水源，另一端匯集後通過管路連通保溫水箱，上述連通水源的管路上設置有電磁閥，連通保溫水箱的管路上設置有溫控開關。這樣本發明在工作時，上述矩形散熱管、水冷散熱微管及水冷卻管可有效吸收箱體內及太陽能電池片的多餘熱量，當水管中的水達到設定溫度時，溫控開關打開將熱水注入保溫水箱中，同時電磁閥打開補入冷水。聚光光伏系統的二極體和焊錫帶等電子器件通常設置在太陽能電池片之間，粗糙的水冷散熱微管設置在上面，有效的防止了聚光器聚光太陽光產生高溫而燒毀電子器件， 選擇微管可以增加表面積，粗糙的外表面設計可以進一步增加表面積，有利於吸熱。所述的懸空的水冷卻管，放置在距離聚光器f/2 f4/5 (f為聚光器的焦距)處，且與聚光器平行，不能夠擋住聚光器照射到太陽能電池片上邊緣光線。它能夠充分吸收箱體內部空氣的熱量，降低箱體內部空氣的溫度，並可以防止太陽光焦斑的偏離而產生的破壞作用。與其他聚光光伏發電系統相比，具有如下有益效果
(1)在聚光光伏組件的箱體內部，相鄰聚光器之間的下方放置懸空的水冷卻管，降低了箱體內空氣的溫度，提高了電池片的光電轉換效率。(2)用外表層粗糙的水冷散熱微管代替了防聚焦板，外表層粗糙的水冷散熱微管增加了表面積，有利於吸熱，冷卻效果好，製作工藝簡單，成本低，而且能夠提供日常生活用熱水。(3)傳統的散熱系統和防聚焦系統是分開的，散熱系統一般用被動散熱，散熱效果比較差；傳統的防聚焦系統一般用防聚焦板解決聚焦問題，但是其構造比較厚重，製作工藝困難。本發明的只用了水冷散熱微管，既有防止了聚光器聚光太陽光產生高溫而燒毀電子器件，又有散熱功能，結構簡單，成本低。作為本發明的改進，上述水冷卻管、矩形散熱軟管、水冷散熱微管匯集後通過軟管連通保溫水箱。由於是軟管連接，這樣便可以保溫水箱不動，只有設置有聚光光伏組件的箱體隨著跟蹤系統運動，減少了運動的重量。作為本發明的進一步改進，上述箱體底部還設置有保溫層。上述保溫層可起到保溫的作用，同時防止冬季水管結冰爆裂。


圖1熱-電聯供的聚光光伏系統示意圖； 圖2聚光光伏組件內部水冷微管系統截面附圖標記說明1-聚光光伏組件，2-保溫水箱，3-熱水軟管，4-跟蹤系統支架，5-充放電控制器，6-蓄電池，7-逆變器，8-交流負載，9-直流負載，10-聚光透鏡，11-太陽電池片， 12-外表面粗糙的懸空水管，13-外表層粗糙的水冷散熱微管，14-矩形散熱水管，15-出水口，16-溫控開關，17-電磁閥，18-保溫層，19-保溫水箱支架。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的內容做進一步詳細說明。如圖1、2所示，在聚光光伏組件箱體內部，最下面鋪設一層保溫層18，起到保溫的作用，同時防止冬季水管結冰爆裂；將太陽電池片11固定在矩形的水冷卻散熱管14上，需要在太陽電池片11與矩形水冷卻散熱管14接觸處，塗上銀漿、導熱矽脂等導熱係數比較高的導熱材料；在相鄰太陽電池片11之間加上外表層粗糙的水冷散熱微管13，將二極體和焊錫帶等電子元器件放置在水冷散熱微管13的下面；相鄰聚光器10之間的下方距離聚光器 f/2 f4/5處，放置外表面粗糙的懸空的冷卻水管12，且與聚光器平行。所有的冷卻水管通過熱水軟管3匯聚到保溫水箱2中，保溫水箱2固定在保溫水箱支架19上，這樣保溫水箱2不動，聚光光伏組件1隨著跟蹤系統4運動，減少了運動的重量。裝配時，溫控開關16放置在熱水出口處，電磁閥17放置在自來水管進口處，保溫水箱2必須高於聚光光伏組件。該裝置中利用溫控開關觸動電磁閥進行熱水的供給，工作過程為白天太陽光經過聚光透鏡10聚光後一部分能量入射到太陽電池11表面產生電能，產生的電能一部分直接供直流負載9使用或者是通過逆變器7供交流負載8使用，多餘電能通過充放電控制器5 由蓄電池組6貯存，太陽光經聚光透鏡10聚焦的能量有一部分轉換為熱能，這部分熱能被外表面粗糙的水冷微管13、外表粗糙的懸空水管12及矩形散熱水管14中的冷水吸收，當水管中的水達到了溫控開關16所設定的溫度時，溫控開關16觸發電磁閥17使得熱水排到保溫水箱，自來水管的冷水進入組件中的水管內。利用這種水冷的方式，能夠把太陽電池片 11及聚光光伏組件1中的熱量帶走，從而冷卻了太陽電池片11，為日常生活提供了熱水。在AML 5 條件下，根據下述公式Q=mXPXtXh-WXh_q ；W=mXPXtX η ； AT = Q /(cXm)；其中，Q為冷卻水管內水能夠吸收到的熱量，P為太陽常數，m為CPV的聚光倍數，t為聚光器的透過率，h為平均每天的峰值日照數，q為熱量損失，W為太陽能轉化為電能的量，c為水的比熱，m為水的質量。例如，對於一個小家庭來說，在500倍的聚光組件下，太陽能電池的光電轉換效率為39%，如果一天用電為3kWh，根據上述計算，它可以使得IOOkg的水溫升高50°，即水能夠達到大約70°的溫度，完全可以達到提供生活所需熱水的目的。
權利要求
1.一種基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統，包括放置聚光光伏組件的箱體，箱體上部布置有聚光器，箱體下部對應上述聚光器設置有太陽能電池片，其特徵在於 在上述太陽能電池片下方設置有矩形散熱管，在太陽能電池片之間敷設有外表粗糙的水冷散熱微管；在相鄰聚光器之間懸空設置有水冷卻管，上述矩形散熱管、水冷散熱微管及水冷卻管一端匯集後通過管路連通水源，另一端匯集後通過管路連通保溫水箱，上述連通水源的管路上設置有電磁閥，連通保溫水箱的管路上設置有溫控開關。
2.根據權利要求1所述的基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統，其特徵在於所述的懸空的水冷卻管，放置在距離聚光器f/2 f4/5處，且與聚光器平行。
3.根據權利要求1或2所述的基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統，其特徵在於上述水冷卻管、矩形散熱軟管、水冷散熱微管匯集後通過軟管連通保溫水箱。
4.根據權利要求1或2所述的基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統，其特徵在於上述箱體底部還設置有保溫層。
全文摘要
本發明公開了一種基於內部微管水冷的熱-電聯供的聚光光伏系統，包括放置聚光光伏組件的箱體，箱體上部布置有聚光器，箱體下部對應上述聚光器設置有太陽能電池片，在上述太陽能電池片下方設置有矩形散熱管，在太陽能電池片之間敷設有外表粗糙的水冷散熱微管；在相鄰聚光器之間懸空設置有水冷卻管，上述矩形散熱管、水冷散熱微管及水冷卻管一端匯集後通過管路連通水源，另一端匯集後通過管路連通保溫水箱，上述連通水源的管路上設置有電磁閥，連通保溫水箱的管路上設置有溫控開關。其既解決了防聚焦和散熱問題，還能夠提供日常生活用熱水，充分利用了資源，避免了資源的浪費。
文檔編號H01L31/052GK102244132SQ201110046239
公開日2011年11月16日 申請日期2011年2月27日 優先權日2011年2月27日
發明者徐剛, 朱豔青, 範偉國 申請人:泰山集團泰安市普瑞特機械製造有限公司