基於平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉換裝置的製作方法

2023-05-17 14:49:01

專利名稱：基於平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉換裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型的名稱是基於平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉換裝置， 屬太陽能光伏電-熱利用工程領域。
技術背景
在太陽能的熱利用方式中，太陽能的光伏電利用是目前較常見的方式之一。 目前對太陽能的光伏電利用已有較多研究，但太陽能的光伏電利用效率低，一 般只有10-20%,因此在太陽能的光伏電轉換過程中， 一方面會造成很大的太 陽能的熱能浪費，同時沒有轉換成電能的熱能也會造成太陽能光伏電池溫度的 升高，而根據研究，太陽能光伏電池的轉換效率隨著轉換溫度的升高而降低， 從而更加不利於太陽能的光伏電轉換，據研究，這種多餘的熱量對太陽能光伏 電池的加熱會造成轉換效率下降3-6%,因此有必要進行冷卻，通過冷卻，一
方面可以提高太陽能的光電轉換效率，另一方面通過一定的冷卻方式把多餘的 熱量回收起來加以熱利用，如製冷、加熱、脫鹽和產生蒸汽等，因此就出現了 太陽能的光伏電-熱轉換裝置和系統。
從國內外文獻和專利授權情況來看，目前採用的太陽能光伏電轉換過程的 冷卻系統，大多為強制對流冷卻和自然對流冷卻兩種方式，其中利用水和空氣 的強制對流冷卻被證明為目前較為有效的方式。然而應當指出的是，冷卻介質 在流動過程中吸收太陽能光伏電池板的熱量後其溫度上升，而由太陽輻射的等 熱流密度性、冷卻流體分布的不均勻性和太陽能光伏電-熱轉換系統內部傳熱的 複雜性(存在導熱、對流和輻射換熱三種熱量傳遞方式)，此時太陽能光伏電池板的溫度不應該是均勻的，也即太陽能光伏電池的工作溫度在沿著流體的流動 方向上應該是增加的，因此導致太陽能光伏電池板上的光伏電池冷卻效果不均, 有時甚至會產生"熱點"問題，這對提高太陽能光伏電池的光電轉換效率是不 利的；同時由於太陽能光伏電池工作溫度的不均勻性，對太陽能光伏電-熱轉換 系統工作溫度的調節也帶來了不方便。因此有必要採用一種新的冷卻方式，既 能達到高效冷卻效果，又能保持太陽能光伏電池板上的每個太陽能光伏電池的 工作溫度均勾一致，且工作溫度調節方便，這對提高太陽能光伏電-熱轉換系統 的整體性能，特別是太陽能的光電轉換性能是非常有利的。 實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種高效的基於平板型熱管冷卻的太 陽能光伏電-熱轉換裝置。 一方面充分利用平板型熱管工作時的均溫性能以及 工作溫度的方便可調性，另一方面利用平板型熱管本身的高效傳熱性能以及在 冷凝端容易加裝翅片強化傳熱的特點，不僅可以解決太陽能光伏電-熱轉換系統 中的太陽能電池板溫度不均勻和"熱點"問題，提高太陽能光伏電-熱轉換系統 的轉換效率和安全性能，而且還可實現太陽能光伏電池工作溫度的方便可調性， 同時結構比常規熱管更加緊湊。
為解決上述技術問題，本實用新型通過以下技術方案實現 主要由太陽能光伏電池模塊l、太陽能光伏電池板IO、坡璃蓋板7、玻璃側 封8、平板型熱管蒸發端13、平板型熱管冷凝端15、保溫材料4、冷卻流體通 道18、冷卻流體通道底板12、冷卻流體通道側封19、冷卻流體進口聯箱5、冷 卻流體出口聯箱2、冷卻流體進口接管6和冷卻流體出口接管3組成的基於平板 型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉換裝置，其特徵在於玻璃蓋板7和坡璃側封8組成封閉空間；太陽能光伏電池模塊1在太陽能光伏電池板10上呈規則的
矩形排列方式；平板型熱管蒸發端13與太陽能光伏電池板10緊密接觸；在平 板型熱管蒸發端13和平板型熱管冷凝端15之間為密閉的真空腔體17;在平板 型熱管蒸發端13與平板型熱管冷凝端15之間的真空腔體17內設有相互平行的 金屬翅片11;金屬翅片11表面和平板型熱管的真空腔體17內壁面均設有供液 體工質回流的吸液芯14;冷卻流體通道進口端設置有冷卻流體進口聯箱5和冷 卻流體進口接管6，冷卻流體通道出口端設置有冷卻流體出口聯箱2和冷卻流體 出口接管3。
本實用新型的平板型熱管內的金屬翅片11,是由高導熱係數材料製成，具有 高傳熱效果，並起支撐作用，且太陽能光伏電池模塊1下面的相鄰兩金屬翅片 在每排太陽能光伏電池模塊1中心軸線所在的與太陽能光伏電池板10垂直的平 面兩側對稱設置，其間距等於太陽能光伏電池模塊1在傾斜方向上的寬度；在 金屬翅片11上開有規則排列的圓形小孔9，連通了被金屬翅片11隔開的各個小 真空腔體，金屬翅片11上的圓形小孔9均位於金屬翅片ll軸向中心線的上方， 且圓形小孔9的中心位於同一條直線上，其直徑小於金屬翅片11高度的一半。
本實用新型的平板型熱管冷凝端15下方的冷卻流體通道18內設置有用於 強化傳熱和起支撐作用的散熱翅片16，散熱翅片16的長度方向與冷卻流體的流 動方向相同，且每個散熱翅片的軸向中心截面與各個小真空腔體的軸向中心截 面重合。
本實用新型與現有技術相比具有以下特點(l)與傳統的熱管相比，本實 用新型採用的平板型熱管由於內部每個小真空腔體互相連通，能最大限度的使 熱流密度趨於均勻，從而更能保證各個太陽能光伏電池的工作溫度相同，太陽能光伏電池板表面的溫度均勻一致，提高了整個裝置的光電轉換效率和有效避 免太陽能光伏電池板上的"熱點"問題，運行可靠性好；並且和傳統熱管相比， 整個裝置的結構更加緊湊，可減少裝置的佔地面積。(2)平板型熱管內部安裝 有連接於平板型熱管蒸發端與平板型熱管冷凝端之間的金屬翅片，將較大的真 空腔體用大量的小真空腔體代替，不僅縮短了液體工質回流的路徑，提高了熱 管的軸嚮導熱，強化了傳熱效果，還起到了支撐上下壁面的作用，從而加強了 熱管的機械強度。(3)利用平板型熱管工作溫度方便可調的特點，整個裝置的 太陽能光伏電池的工作溫度可根據需要通過改變熱管的外部工作條件，如冷卻 流體的溫度、流量等來達到調節太陽能光伏電池工作溫度的目的。(4)換熱效
率高釆用平板型熱管，同時在平板型熱管冷凝端的冷卻流體通道中裝有與流
體流動方向平行的散熱翅片，可有效改善冷卻流體的傳熱效果，特別是當冷卻
流體為空氣時，效果更加明顯。(6)平板型熱管內的金屬翅片表面與熱管內表
面均設有吸液芯結構，使得液體回流的毛細力大大增強，可採用平板型熱管蒸 發端在上、平板型熱管冷凝端在下的設置方式。


圖1為本實用新型結構示意圖，圖2為圖1的A-A剖面視圖，圖3為圖1 的B-B剖面視圖。
其中1-太陽能光伏電池模塊；2-冷卻流體出口聯箱；3-冷卻流體出口 接管；4-保溫材料；5-冷卻流體進口聯箱；6-冷卻流體進口接管；7 -玻璃 蓋板；8-玻璃側封；9-圓形小孔；10-太陽能光伏電池板；ll-金屬翅片； 12-冷卻流體通道底板；13-平板型熱管蒸發端；14-吸液芯；15-平板型熱 管冷凝端；16-散熱翅片；17-真空腔體；18-冷卻流體通道；19-冷卻流體通道側封。
具體實施方式
以下結合說明書附圖中的圖1、圖2、圖3對本實用新型具體實施進行詳細 說明。
本實用新型主要由太陽能光伏電池模塊1、太陽能光伏電池板10、玻璃蓋 板7、玻璃側封8、平板型熱管蒸發端13、平板型熱管冷凝端15、保溫材料4、 冷卻流體通道18、冷卻流體通道底板12、冷卻流體通道側封19、冷卻流體進口 聯箱5、冷卻流體出口聯箱2、冷卻流體進口接管6和冷卻流體出口接管3組成。 平板型熱管蒸發端13與太陽能光伏電池板10緊密接觸；在平板型熱管外表面 和冷卻流體通道側封19及冷卻流體通道底板12外均設置有保溫材料4;太陽能 光伏電池板10上表面設置有呈規則矩形排列的太陽能光伏電池模塊1;在平板 型熱管蒸發端13和平板型熱管冷凝端15之間設有密閉的真空腔體17,真空腔 體內設有平行的金屬翅片11連接於平板型熱管蒸發端13與平板型熱管冷凝端 15之間；在金屬翅片11上設有規則排列的圓形小孔9;在平板型熱管冷凝端15 的冷卻流體通道18中裝有與流體流動方向平行的散熱翅片16;在平板型熱管內 的金屬翅片11表面及真空腔體17內表面均設有供液體工質回流的吸液芯14; 在密閉的真空腔體17內裝有液體工質；整個裝置可傾斜設置。
本實用新型的工作過程如下
當太陽輻射照射到光伏電-熱轉換裝置上的玻璃蓋板7時，太陽能透過玻璃 蓋板7進入由玻璃蓋板7和玻璃側封8組成的封閉空間，利用封閉空間的溫室 效果，進入封閉空間的太陽能一方面被太陽能光伏電池模塊1所吸收轉換成電 能，另一方面加熱太陽能光伏電池板IO,同時還有一部分熱量通過坡璃蓋板7和玻璃側封8以對流和輻射的方式散失；太陽能光伏電池板10被加熱後，熱量
以導熱的方式通過太陽能光伏電池板10傳給平板型熱管蒸發端13;在平板型熱 管蒸發端13，平板型熱管的液體工質吸熱汽化，汽化後的工質通過真空腔體17 內互相連通的每個小真空腔體，運動到平板型熱管冷凝端15;在平板型熱管冷 凝端15,氣態的工質把熱量釋放給平板型熱管冷凝端15外的冷卻流體通道18 中的冷卻流體後凝結成液態的工質，液態的工質在平板型熱管內表面和金屬翅 片ll表面的吸液芯14作用下，回流到平板型熱管蒸發端13，重新吸熱汽化； 而冷卻流體通過冷卻流體進口接管6進入冷卻流體進口聯箱5後流入冷卻流體 通道18;在冷卻流體通道18中的散熱翅片16的強化傳熱作用下，冷卻流體以 對流換熱的方式吸收來自平板型熱管冷凝端15的熱量，達到所要求的溫度後通 過冷卻流體出口聯箱2經冷卻流體出口接管3流出。
權利要求1.基於平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉換裝置，主要由太陽能光伏電池模塊(1)、太陽能光伏電池板(10)、玻璃蓋板(7)、玻璃側封(8)、平板型熱管蒸發端(13)、平板型熱管冷凝端(15)、保溫材料(4)、冷卻流體通道(18)、冷卻流體通道底板(12)、冷卻流體通道側封(19)、冷卻流體進口聯箱(5)、冷卻流體出口聯箱(2)、冷卻流體進口接管(6)和冷卻流體出口接管(3)組成；其特徵在於玻璃蓋板(7)和玻璃側封(8)組成封閉空間；太陽能光伏電池模塊(1)在太陽能光伏電池板(10)上呈規則的矩形排列方式；平板型熱管蒸發端(13)與太陽能光伏電池板(10)緊密接觸；在平板型熱管蒸發端(13)和平板型熱管冷凝端(15)之間為密閉的真空腔體(17)；在平板型熱管蒸發端(13)與平板型熱管冷凝端(15)之間的真空腔體(17)內設有相互平行的金屬翅片(11)；金屬翅片(11)表面和平板型熱管的真空腔體(17)內壁面均設有供液體工質回流的吸液芯(14)；冷卻流體通道進口端設置有冷卻流體進口聯箱(5)和冷卻流體進口接管(6)，冷卻流體通道出口端設置有冷卻流體出口聯箱(2)和冷卻流體出口接管(3)。
2. 根據權利要求1所述的基於平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉換裝置， 其特徵在於權利要求1中所述的平板型熱管內的金屬翅片(11),是由高 導熱係數材料製成，具有高傳熱效果，並起支撐作用，且太陽能光伏電池模 塊(1)下面的相鄰兩金屬翅片在每排太陽能光伏電池模塊(1)中心軸線所 在的與太陽能光伏電池板(10)垂直的平面兩側對稱設置，其間距等於太陽 能光伏電池模塊(1)在傾斜方向上的寬度；在金屬翅片Ul)上開有規則 排列的圓形小孔(9)，連通了被金屬翅片(11)隔開的各個小真空腔體，金屬翅片(11)上的圓形小孔(9)均位於金屬翅片(11)軸向中心線的上方， 且圓形小孔(9)的中心位於同一條直線上，其直徑小於金屬翅片(11)高 度的一半。
3.根據權利要求1所述的一種基於平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉換裝置，其特徵在於平板型熱管冷凝端(15)下方的冷卻流體通道(18)內設 置有用於強化傳熱和起支撐作用的散熱翅片(16),散熱翅片(16)的長度 方向與冷卻流體的流動方向相同，且每個散熱翅片的軸向中心截面與各個小真空腔體的軸向中心截面重合。
專利摘要基於平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉換裝置，屬太陽能光伏電-熱利用工程領域。主要由太陽能光伏電池模塊、太陽能光伏電池板、玻璃蓋板、玻璃側封、平板型熱管、保溫材料、冷卻流體通道、冷卻流體進出口聯箱和冷卻流體進出口接管等組成。平板型熱管蒸發端與太陽能光伏電池板緊密接觸；在平板型熱管和冷卻流體通道外表面均設置有保溫材料；平板型熱管的真空腔體內設有金屬翅片，並在金屬翅片上開有圓形小孔；在金屬翅片表面及真空腔體內表面均設有供液體工質回流的吸液芯；平板型熱管冷凝端的冷卻流體通道中裝有散熱翅片。本實用新型具有太陽能光伏電池板溫度均勻且調節方便、光伏電-熱利用效率高、結構緊湊和運行可靠等特點。
文檔編號H02N6/00GK201414093SQ20092012677
公開日2010年2月24日 申請日期2009年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者吳雙應, 李友榮, 蘭 肖 申請人:重慶大學