一種新型聚光光伏電池散熱用多通道歧管系統的製作方法

2023-04-23 22:44:01 1

本發明涉及一種聚光光伏電池散熱系統，尤其涉及一種新型聚光光伏電池散熱用多通道歧管系統。

背景技術：

聚光光伏電池技術是指利用透鏡或反光鏡成倍聚光後的太陽光通過光伏電池直接轉換為電能的技術。聚光光伏電池吸收的太陽光中除了一部分光能通過電池轉化為電能外，大部分都轉化為了熱能。然而，聚光光伏電池的發電效率與電池溫度是負相關關係。如果不進行有效散熱，高溫和溫度分布不均勻會導致電池的發電效率降低和使用壽命縮短，甚至於電池會因過熱而損壞。

為了提高聚光光伏電池的發電效率和保證電池正常工作，需要採取必要的措施對電池散熱。根據散熱機制的不同可以把散熱方式分為主動散熱與被動散熱。被動散熱主要是利用散熱片或散熱板進行自然對流散熱。自然對流散熱的設備安裝方便且成本低，但是該冷卻方式散熱能力有限，而且受周圍環境（溫度、風速等）影響較大。

主動散熱方式主要包括有浸液散熱、射流衝擊散熱和一些通道換熱器散熱方式。浸液散熱方式的散熱效果較好，有很好的溫度均勻性，但是液體會吸收和反射一部分太陽光，降低輻射強度，而且該散熱方式成本會很高，結構比較複雜。射流衝擊方式散熱的熱阻非常低，射流中心處的換熱係數較大，但是隨著遠離射流中心，換熱係數會快速降低。如果散熱面積較大時要用到射流陣列，但是射流陣列中相鄰射流之間會相互影響，進而降低整個散熱效果。通道換熱器具有高效的換熱性能、緊湊的結構。但是當前所用的通道散熱器的缺點是散熱不均勻和耗能比較大。

技術實現要素：

基於背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種利用新型聚光光伏電池散熱用多通道歧管系統。

本發明提出的一種新型聚光光伏電池散熱用多通道歧管系統，包括聚光光伏電池晶片陣列、密封板和歧管散熱板，聚光光伏電池晶片陣列、密封板和歧管散熱板由上到下依次設置，所述的歧管散熱板上加工有一組或多組歧管通道槽，每組歧管通道槽由兩支樹形歧管構成，每支樹形歧管有5級通道，入口是第1級通道，出口是第5級通道，每級有2i-1個平行通道，i表示通道所在級，每級通道的橫截面均是四邊形，各級通道的深度從第1級到最後一級逐級減小，每組歧管通道槽的兩支樹形歧管通道在同層加工，兩支樹形歧管通道的出口級通道交叉排列且通道內流體流動方向相反，所述密封板設置在歧管散熱板上密封歧管散熱板上的一組或多組歧管通道槽，所述聚光光伏電池晶片陣列排列在密封板上，所述聚光光伏電池晶片陣列的正下方是歧管的出口級通道；

歧管散熱板上的歧管通道槽的設計是基於最小熵產法，第i級通道的當量直徑deq,i與第i+1級通道的當量直徑deq,i+1需要滿足公式：

每級通道的長度受安裝條件限制，所以不能過長；但是，通道的長度需要足夠長，以保證通道內流體得到充分發展，否則通道內流體無法均勻分配到下級通道；第i級通道的長度li要滿足公式：

式中c是常數，建議其值不小於7。

優選地，密封板和歧管散熱板均採用高導熱性材料。

優選地，樹形歧管的每級通道的橫截面均是正四邊形。

優選地，歧管通道槽的各級通道的深度從第1級到第i級逐級減小。

優選地，歧管散熱板上歧管通道槽在同層加工，並且加工方向相反，兩支歧管通道槽的出口級通道交叉排列且通道內流體流動方向相反。

優選地，歧管通道槽內的流體採用泵提供動力，泵消耗的電能由聚光光伏電池提供。

本發明工作時，如果散熱流體介質選擇合適，則歧管通道槽內流體的對流散熱方式起主要作用。聚光光伏電池晶片陣列上的熱量先以導熱的方式傳遞到密封板上，密封板上的部分熱量以導熱的方式傳遞到歧管散熱板上，密封板上剩餘的熱量和歧管散熱板上的熱量由歧管通道槽內的流體以對流的方式帶走，最終達到降低聚光光伏電池晶片的溫度的目的。需要泵為流體的流動提供動力，泵消耗的電能由聚光光伏電池提供。本發明採用上述結構設計，不僅散熱效果好，而且耗能非常低。如果減小歧管通道的尺寸，並增加一組或多組歧管通道槽，則本散熱系統的散熱能力會得到顯著提升，聚光光伏電池上的溫度分布會更加均勻、耗能減少，而且整個散熱系統的體積也會減小。

本發明可以用作聚光光伏電池陣列的散熱系統，具有非常高的散熱性能，可以高效地降低聚光光伏電池晶片陣列的溫度，並解決了聚光光伏電池陣列中不同晶片之間溫差較大的問題，可以保持陣列上電池間的溫度均勻分布；不零散佔空間，結構緊湊，集成度較高。

附圖說明

圖1為發明的分層結構示意圖。

圖2為聚光光伏電池陣列與密封板的平面圖。

圖3為加工出單組歧管通道槽的歧管散熱板。

圖4為圖3歧管散熱板上歧管通道槽內的流體域。

圖5為圖4的a向視圖。

圖6為是用圖3中的歧管散熱板散熱時聚光光伏電池陣列上表面的溫度與流速的關係。

圖7為加工出兩組歧管通道槽的歧管散熱板。

圖8為圖3和圖7中歧管散熱板的散熱效果關於溫差的對比。

圖9為圖3和圖7中歧管散熱板的散熱效果關於耗能的對比。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

參照圖1-5，一種新型聚光光伏電池散熱用多通道歧管系統，包括聚光光伏電池晶片陣列1、密封板2和歧管散熱板3，聚光光伏電池晶片陣列1、密封板2和歧管散熱板3由上到下依次設置，所述的歧管散熱板3上加工有一組或多組歧管通道槽，每組歧管通道槽由兩支樹形歧管3-1和3-2構成，每支樹形歧管3-1和3-2有5級通道，入口是第1級通道，出口是第5級通道，每級有2i-1個平行通道，i表示通道所在級，每級通道的橫截面均是四邊形，各級通道的深度從第1級到最後一級逐級減小，每組歧管通道槽的兩支樹形歧管3-1和3-2通道在同層加工，兩支樹形歧管3-1和3-2通道的出口級通道交叉排列且通道內流體流動方向相反。

歧管3-1和3-2內均通入相同的流體4-1和4-2充當散熱介質，密封板2非常薄，與歧管散熱板3粘合在一起對歧管3-1和3-2密封，聚光光伏電池晶片陣列1由多片聚光光伏電池晶片排列組成，並安裝在密封板2上，聚光光伏電池晶片陣列1的正下方正好是歧管3-1和3-2的出口級通道。密封板2除了密封歧管3-1和3-2的作用，還要傳遞聚光光伏電池晶片陣列1的熱量，因此密封板2的導熱性一定要非常好。對於歧管散熱板3，一方面整個散熱系統主要是以歧管通道內流體的對流傳熱為主，則歧管散熱板3的導性並不重要；另一方面在傳熱過程中，密封板2上的部分熱量以導熱的方式傳遞到歧管散熱板3上，密封板2上剩餘的熱量和歧管散熱板3上的熱量由歧管3-1和3-2內的流體以對流的方式帶走，如果散熱板3的導熱性好，則有利於歧管3-1和3-2內的流體的對流傳熱作用。所以，歧管散熱板3的材料以導熱性能高為優。

以夏至為例，地點為深圳，聚光光伏電池陣列有100片相同的聚光光伏電池晶片，每片電池的初始發電效率為41.2%，聚光比為500，11:00-14:00到達電池晶片上的平均太陽輻射為943.67×500w/m2，環境溫度為34.8℃，散熱流體介質為液態水。如圖6所示，是用圖3中的歧管散熱板散熱時聚光光伏電池晶片上表面的最大溫度、平均溫度和最大溫差與液態水的入口速度的關係。圖中顯示最大溫度、平均溫度和最大溫差隨著入口液態水流速的增加而減小。在入口流速為0.7263m/s時，聚光光伏電池陣列上表面的平均溫度為72℃，溫度極差為19.77℃，發電效率為38.99%，發電量為1839w，功耗為0.3125w，散熱效果比較好，但是由於功耗與發電量相比非常小，所以本散熱器的潛力還非常大，可以提高流速以進一步提高散熱效果。圖7是加工出兩組歧管通道槽的歧管散熱板3´。圖8是圖3和圖7中歧管散熱板3和3´散熱效果對比，聚光光伏電池陣列1上的溫度極差隨著通道入口的流速增加而減小，圖7中歧管散熱板3´的散熱均勻性始終高於圖3中的歧管散熱板3的。圖9是圖3和圖7中歧管散熱板3和3´的散熱效果與功耗的關係以及它們之間散熱效果的對比，當泵的功耗增加時，聚光光伏電池陣列1上的溫度下降，增加歧管通道槽的數量有利於提高散熱性能。

本發明不僅僅適用於對聚光光伏電池陣列進行散熱，還可以對燃料電池、鋰電池、電子產品等類似的需要散熱的設備進行散熱。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。