一種光伏電池組件用節能型水冷散熱降溫裝置的製作方法
2024-04-12 09:25:05 1
本發明涉及光伏領域，尤其涉及一種光伏電池組件用節能型水冷散熱降溫裝置。
背景技術：
太陽能電池是太陽能光伏發電系統的核心，光伏組件投資成本佔初始投資的50%～60%。光伏電池組件效率的提升、製造工藝的進步以及原材料價格下降等因素都會導致光伏發電成本的下降。有關測算表明，光伏組件效率提升1%，約相當於光伏發電系統價格下降17%。目前多晶及單晶太陽能電池產業化平均效率分別為18.3%和19.5%，但光伏電池效率提升非常困難，沿著原有技術方向繼續提高常規太陽電池效率需要花費更大精力與財力，要在短期內取得重大突破、效率獲得大幅度提升是不現實的。
光伏電池受溫度等環境因素影響很大，當溫度升高時，光伏電池輸出電壓將下降，一般溫度每升高1，電壓值下降約2~3mV。對矽太陽電池多年的研究數據表明碑,單晶矽電池對溫度上升反應十分明顯,溫度每提高1度,功率輸出相對減少0.4%- - 0.5%,甚至達到0.73%- - 0.75%,多晶矽電池溫度係數在一0.3%左右。相應的太陽電池效率同比下降。夏季情況下,一般太陽電池的輸出功率將比標準狀況低15%- -30%。
為了充分利用太陽電池材料與工藝己有研究成果,從改善太陽電池的工作條件入手,通過工程熱物理方法對太陽電池進行冷卻,抑制太陽電池的溫升,使太陽電池實際工作時保持較高的效率,是提高太陽電池效率的另一條有效途徑。
根據經驗公式：Tcell=Tambient+0.03*Irad，太陽能電池板溫度一般穩定在環境溫度以上10一30℃,一般而言電池溫度將在60℃以下。但是在通風不良的情況下,板溫甚至可能達到80℃。這種情況下除溫度上升帶來輸出能量和效率的下降外,電池組件的失配也將造成整個系統的電壓和電流的降低,甚至由於惡性循環導致熱斑造成太陽電池的損壞。
因此，降低光伏電池溫度充分發揮其寶貴的已有效能，潛力巨大，對於提升光伏電池實際應用中的效率、減輕光伏電池失效老化和損壞、延長光伏電池的壽命具有重要意義，所需付出的成本很低，商業前景廣闊。
現有技術中，如：主動式冷卻太陽能光伏發電系統-發明-黃興博。該發明採用循環水冷降溫方式，採用了水泵，需要額外功率開銷；一種多倍疊聚光太陽能光伏發電裝置，--發明，黃光玉，該發明採用循環水冷降溫方式，管路上設有水泵，需要額外的能量開銷；一種光伏電站組件用自動降溫裝置-發明，勾憲芳 範維濤。該發明需要高壓泵；一種太陽能光伏發電溫度維持系統-發明，陳康生，該發明採用循環水冷方式，以地源和水箱作為降溫源，需要3個循環泵，需要額外動力開銷，結構複雜；一種光伏組件降溫系統-發明，唐玉敏，該發明將光伏發電與工質製冷系統結合，需要壓縮機等，結構複雜、技術要求高，額外功率開銷非常大；一種光伏組件降溫裝置-發明，高茜，該發明採用循環水冷降溫方式，需要水泵和控制器、電動閥等，需要提供額外功率開銷；太陽能光伏電池板循環水冷降溫裝置--發明，方波等，該發明採用循環水冷降溫方式，需要水泵，需要額外功率開銷。
以上專利中均需要水泵或壓縮機等動力，需要提供額外功率開銷，扣除額外提供的動力開銷，整體功率提升效果十分有限，甚至由於光伏電池降溫所提升的功率還不及額外提供的功率開銷，得不償失。
如：鋁合金背板太陽電池組件—發明、發明，申請人：秦紅，沈輝等，該發明和發明用鋁合金代替目前使用的TPT背板材料作為光伏組件的背板，該發明是改變光伏電池組件本身的結構設計，需要建立一整套這種新型光伏組件的製造封裝材料、工藝和設備體系和生產線，造價昂貴；複合型太陽能光伏界面與太陽能熱管集成裝置-發明，發明人：陳穗，該發明是一種將光伏界面和太陽能熱管集成一體的裝置，光伏發電和熱量採集可以同時進行，但二者效果均不理想，該發明沒有說明如何進行熱量採集；光伏發電系統太陽能電池組件水冷降溫裝置，發明，賀劍雄，該發明直接接自來水管道，依靠管道自身的水壓進行循環水冷降溫，不需要額外動力開銷。但是需要不斷消耗大量的水資源，成本高；一種利用自然低溫熱源光伏建築雙向降溫-發明，薛黎明，該發明用於BIPV,以空氣作為傳熱介質，採用地下低溫熱源通過空氣流通通道進行降溫，不需要額外動力，但結構複雜，工程量大、佔地面積大，傳熱降溫效果不理想；蓄冷降溫式太陽電池組件，發明、發明，秦紅，該發明和發明在光伏電池板背部設置冷卻介質容器，內盛冷卻介質，冷卻介質白天有光照時以對流方式吸收光伏電池的熱量，對光伏電池進行散熱降溫，夜間利用自然溫差釋放熱量；該發明不需要水泵等動力開銷，但保溫裝置的保溫門的開閉需要微型電機驅動，仍然需要一定的額外功率開銷，且需要保溫結構，結構複雜，體積龐大，維護不便，成本高。
現有技術存在缺陷，需要改進。
技術實現要素：
為了解決現在技術存在的缺陷，本發明提供了一種光伏電池組件用節能型水冷散熱降溫裝置。
本發明提供的技術文案，一種光伏電池組件用節能型水冷散熱降溫裝置，光伏電池組件的背面設置鋁合金換熱器，所述鋁合金換熱器內設置換熱工質通道，所述換熱工質通道的上下兩端均以管道分別聯通儲水箱的上部和下部，所述換熱工質通道的上端與管道連接處設置一排氣閥，所述儲水箱的上部與下部還分別設置進水端與排水端，進水端與排水端分別設置進水閥和排水閥，所述儲水箱的外壁設置散熱器；儲水箱、換熱工質通道及管道內注滿換熱工質，儲水箱、換熱工質通道及管道形成循環迴路且與外界保持氣密性；儲水箱設置於光伏電池組件的後方，儲水箱的底部高於換熱工質通道的底部。
優選地，所述光伏電池組件與鋁合金換熱器之間設置導熱矽脂。
優選地，所述光伏電池組件傾斜固定，所述儲水箱底部比換熱工質通道底端高出光伏電池組件垂直高度的1/4以上。
優選地，所述光伏電池組件的後上方設置遮陽板，所述遮陽板遮蓋鋁合金換熱器及儲水箱。
優選地，所述鋁合金換熱器內設置多個換熱工質通道。
優選地，所述儲水箱並聯多個換熱工質通道。
優選地，所述換熱工質通道的截面為多邊形或圓形。
優選地，所述換熱工質通道為直通道或曲通道。
優選地，所述鋁合金換熱器上方設置換熱翅片，所述換熱翅片與鋁合金換熱器一體成型。
優選地，所述管道為金屬管道，所述金屬管道外壁上設置散熱翅片。
相對於現有技術的有益效果：
1、整個循環水冷散熱降溫裝置沒有電動部件，無需額外提供功率開銷，確保光伏電池組件因散熱降溫所增加的功率輸出為淨增加的功率，並且其長期效益大於因採取散熱降溫措施所增加的投入，從而使光伏組件散熱降溫具有現實意義；
2、散熱降溫裝置沒有電動部件，安裝方便，自動運行，無需維護，成本低；
3、結構簡單，造價低廉，投入回收快；
4、儲水箱和管路構成閉合迴路，水或其他工質在迴路中循環流動，可以節約水資源；
5、對光伏組件散熱降溫效果顯著，有效提升了光伏電池的發電效率；
6、通過本發明的循環水冷降溫，使光伏電池工作於環境溫度或略高於環境溫度之下，可有效延長光伏電池的使用壽命；
本發明利用水等換熱工質加熱對流原理，採用閉路循環水路結構，無需水泵，不消耗電能，大大簡化了循環水冷的結構，降低了太陽能光伏電池溫度，有效提升光伏電池發電效能，具有良好的市場應用價值。
附圖說明
圖1為本發明整體結構示意圖。
具體實施方式
需要說明的是，上述各技術特徵繼續相互組合，形成未在上面列舉的各種實施例，均視為本發明說明書記載的範圍；並且，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
為了便於理解本發明，下面結合附圖和具體實施例，對本發明進行更詳細的說明。附圖中給出了本發明的較佳的實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本說明書所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本說明書所使用的術語「垂直的」、「水平的」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的。
除非另有定義，本說明書所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本說明書中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是用於限制本發明。
下面結合附圖對本發明作詳細說明。
如圖1所示，實施例一，一種光伏電池組件用節能型水冷散熱降溫裝置，光伏電池組件1的背面設置鋁合金換熱器3，所述鋁合金換熱器3內設置換熱工質通道4，所述換熱工質通道4的上下兩端均以管道6分別聯通儲水箱7的上部和下部，所述換熱工質通道4的上端與管道6連接處設置一排氣閥5，所述儲水箱7的上部與下部還分別設置進水端與排水端，進水端與排水端分別設置進水閥9和排水閥10，所述儲水箱7的外壁設置散熱器8；儲水箱7、換熱工質通道4及管道6內注滿換熱工質，儲水箱7、換熱工質通道4及管道6形成循環迴路且與外界保持氣密性；儲水箱7設置於光伏電池組件1的後方，儲水箱7的底部高於換熱工質通道4的底部。
例如，所述光伏電池組件1傾斜固定，所述儲水箱7底部比換熱工質通道4底端高出光伏電池組件1垂直高度的1/4以上；優選地，所述光伏電池組件1傾斜度設置為45度，儲水箱7的頂部抵於換熱工質管道6的頂部，所述管道6與儲水箱7連接片設置過濾片，用於過濾雜質。
優選地，所述光伏電池組件1的後上方設置遮陽板11，所述遮陽板11遮蓋鋁合金換熱器3及儲水箱7；例如，所述遮陽板11一端固定於光伏電池組件1與鋁合金換熱器3的連接處，既不遮擋光伏電池組件1的正常工作，又減少了對鋁合金換熱器3及儲水箱7直射。
優選地，所述光伏電池組件1與鋁合金換熱器3之間設置導熱矽脂2。
本發明的工作原理：首先打開排氣閥5，關閉排水閥10，打開進水閥9，將換熱工質例如水，充滿儲水箱7及整個循環迴路，然後關閉排氣閥5和進水閥9，此時水冷散熱降溫裝置即可工作。
白天有光照時，太陽能電池板發電，同時光伏電池組件1溫度上升，通過熱傳導將熱量從光伏電池組件1傳遞給鋁合金換熱器3，換熱工質通過鋁合金換熱器3時經過熱交換將熱量帶走。因換熱工質受熱密度下降，故換熱工質將沿循環迴路上行，並逐步移入儲水箱7，儲水箱7內換熱工質經過散熱器8散熱後溫度降低，密度變大，將逐步下沉到水箱底部，因此越靠近水箱底部，換熱工質溫度就越低。經過散熱降溫以後的低溫換熱工質將沿下面管道6進入換熱器的底部，並不斷循環運動，從而達到不斷對光伏電池組件1進行散熱降溫的目的。在此過程中，換熱工質循環運動靠的是換熱工質熱脹上升、冷縮下降的原理，無需額外提供動力，因此達到節能的目的，使得光伏電池組件1因散熱降溫所增加的功率輸出為淨增加的功率，並且其長期效益大於因採取散熱降溫措施所增加的投入，從而使得本發明所提出的光伏電池組件1散熱降溫裝置產生明顯的正效益，具有現實可行性。
夜間環境溫度處於低谷，儲水箱7內溫度較高的換熱工質通過散熱器8可將其白天聚集的熱量充分散發到空氣中，獲得低溫換熱工質供白天對光伏電池組件1降溫使用。
例如某品牌300W單晶矽太陽能電池板，其參數為：
型號：SFM-300M
峰值功率（Pmax）:300W
峰值電壓(Vmp):36V
開路電壓(Voc):43.2V
峰值電流(Imp):8.33A
短路電流(Isc):9.17A
太陽能電池板工作環境：-40攝氏度至+85攝氏度
最大系統電壓：1000V DC(IEC)/600V DC(UL)
二極體：6 by pass
測試標準（環境）：輻照度1000W/m2
環境溫度25攝氏度，AM=1.5
太陽能電池片：單晶矽156*156mm
電池片數量：72(6*12)
外形尺寸：1956*992*50mm
重量：23.7Kgs
玻璃：3.2mm(0.13inches)超白布紋鋼化玻璃
邊框：所採用的鋁合金邊框具有高強度，抗機械衝擊能力強
接線盒:IP65rated輸出電纜:4.0平方毫米,長度:900毫米
該型號電池板面積為1.94 m2，光伏電池有效面積約為1.66m2,鋁合金換熱器的底部面積約為1.8 m2。
在本發明的散熱降溫裝置作用下，光伏電池的溫度將從65℃下降至環境溫度40°C左右，下降25℃，則光伏電池的功率將提升（0.4%—0.6%）Pm/℃∗ΔT=（0.4%—0.6%）∗300/℃∗30℃=30--45W，功率提升約10%--15%，光伏電池效率提升1.8%--2.7%，效果明顯。
某地年平均日照時間為1800小時，投資建設50kW小型樓頂太陽能光伏電站，採用本發明投資2.5萬元建設光伏電池板節能型水冷散熱降溫裝置，則提升發電功率按最低10%計算，提升5kW，則每年增加發電量5*1800=9000度，根據國家新能源發電併網政策，每年增加收益約9000元，只需2年10個月即可收回該項投資。
實施例二，與實施例一不同之處在於，所述鋁合金換熱器3內設置多個換熱工質通道4，所述多個換熱工質通道4均連接同一儲水箱7，所述儲水箱7的大小由連接換熱工質通道4的多少確定，儲水箱7的容積大於換熱工質通道4的容積之和。
優選地，所述儲水箱7並聯多個鋁合金換熱器3內的換熱工質通道4。
優選地，所述換熱工質通道4的截面為多邊形。
優選地，所述換熱工質通道4為曲通道。
優選地，所述鋁合金換熱器3上方設置換熱翅片，所述換熱翅片與鋁合金換熱器3一體成型。
優選地，所述管道6為金屬管道6，所述金屬管道6外壁上設置散熱翅片。
需要說明的是，上述各技術特徵繼續相互組合，形成未在上面列舉的各種實施例，均視為本發明說明書記載的範圍；並且，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。