CN201414093Y - 基于平板型热管冷却的太阳能光伏电-热转换装置 - Google Patents
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Abstract
基于平板型热管冷却的太阳能光伏电－热转换装置，属太阳能光伏电－热利用工程领域。主要由太阳能光伏电池模块、太阳能光伏电池板、玻璃盖板、玻璃侧封、平板型热管、保温材料、冷却流体通道、冷却流体进出口联箱和冷却流体进出口接管等组成。平板型热管蒸发端与太阳能光伏电池板紧密接触；在平板型热管和冷却流体通道外表面均设置有保温材料；平板型热管的真空腔体内设有金属翅片，并在金属翅片上开有圆形小孔；在金属翅片表面及真空腔体内表面均设有供液体工质回流的吸液芯；平板型热管冷凝端的冷却流体通道中装有散热翅片。本实用新型具有太阳能光伏电池板温度均匀且调节方便、光伏电－热利用效率高、结构紧凑和运行可靠等特点。
Description
技术领域：
本实用新型的名称是基于平板型热管冷却的太阳能光伏电-热转换装置，属太阳能光伏电-热利用工程领域。
背景技术：
在太阳能的热利用方式中，太阳能的光伏电利用是目前较常见的方式之一。目前对太阳能的光伏电利用已有较多研究，但太阳能的光伏电利用效率低，一般只有10～20％，因此在太阳能的光伏电转换过程中，一方面会造成很大的太阳能的热能浪费，同时没有转换成电能的热能也会造成太阳能光伏电池温度的升高，而根据研究，太阳能光伏电池的转换效率随着转换温度的升高而降低，从而更加不利于太阳能的光伏电转换，据研究，这种多余的热量对太阳能光伏电池的加热会造成转换效率下降3～6％，因此有必要进行冷却，通过冷却，一方面可以提高太阳能的光电转换效率，另一方面通过一定的冷却方式把多余的热量回收起来加以热利用，如制冷、加热、脱盐和产生蒸汽等，因此就出现了太阳能的光伏电-热转换装置和系统。
从国内外文献和专利授权情况来看，目前采用的太阳能光伏电转换过程的冷却系统，大多为强制对流冷却和自然对流冷却两种方式，其中利用水和空气的强制对流冷却被证明为目前较为有效的方式。然而应当指出的是，冷却介质在流动过程中吸收太阳能光伏电池板的热量后其温度上升，而由太阳辐射的等热流密度性、冷却流体分布的不均匀性和太阳能光伏电-热转换系统内部传热的复杂性(存在导热、对流和辐射换热三种热量传递方式)，此时太阳能光伏电池板的温度不应该是均匀的，也即太阳能光伏电池的工作温度在沿着流体的流动方向上应该是增加的，因此导致太阳能光伏电池板上的光伏电池冷却效果不均，有时甚至会产生“热点”问题，这对提高太阳能光伏电池的光电转换效率是不利的；同时由于太阳能光伏电池工作温度的不均匀性，对太阳能光伏电-热转换系统工作温度的调节也带来了不方便。因此有必要采用一种新的冷却方式，既能达到高效冷却效果，又能保持太阳能光伏电池板上的每个太阳能光伏电池的工作温度均匀一致，且工作温度调节方便，这对提高太阳能光伏电-热转换系统的整体性能，特别是太阳能的光电转换性能是非常有利的。
实用新型内容：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高效的基于平板型热管冷却的太阳能光伏电-热转换装置。一方面充分利用平板型热管工作时的均温性能以及工作温度的方便可调性，另一方面利用平板型热管本身的高效传热性能以及在冷凝端容易加装翅片强化传热的特点，不仅可以解决太阳能光伏电-热转换系统中的太阳能电池板温度不均匀和“热点”问题，提高太阳能光伏电-热转换系统的转换效率和安全性能，而且还可实现太阳能光伏电池工作温度的方便可调性，同时结构比常规热管更加紧凑。
为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现：
主要由太阳能光伏电池模块1、太阳能光伏电池板10、玻璃盖板7、玻璃侧封8、平板型热管蒸发端13、平板型热管冷凝端15、保温材料4、冷却流体通道18、冷却流体通道底板12、冷却流体通道侧封19、冷却流体进口联箱5、冷却流体出口联箱2、冷却流体进口接管6和冷却流体出口接管3组成的基于平板型热管冷却的太阳能光伏电-热转换装置，其特征在于：玻璃盖板7和玻璃侧封8组成封闭空间；太阳能光伏电池模块1在太阳能光伏电池板10上呈规则的矩形排列方式；平板型热管蒸发端13与太阳能光伏电池板10紧密接触；在平板型热管蒸发端13和平板型热管冷凝端15之间为密闭的真空腔体17；在平板型热管蒸发端13与平板型热管冷凝端15之间的真空腔体17内设有相互平行的金属翅片11；金属翅片11表面和平板型热管的真空腔体17内壁面均设有供液体工质回流的吸液芯14；冷却流体通道进口端设置有冷却流体进口联箱5和冷却流体进口接管6，冷却流体通道出口端设置有冷却流体出口联箱2和冷却流体出口接管3。
本实用新型的平板型热管内的金属翅片11，是由高导热系数材料制成，具有高传热效果，并起支撑作用，且太阳能光伏电池模块1下面的相邻两金属翅片在每排太阳能光伏电池模块1中心轴线所在的与太阳能光伏电池板10垂直的平面两侧对称设置，其间距等于太阳能光伏电池模块1在倾斜方向上的宽度；在金属翅片11上开有规则排列的圆形小孔9，连通了被金属翅片11隔开的各个小真空腔体，金属翅片11上的圆形小孔9均位于金属翅片11轴向中心线的上方，且圆形小孔9的中心位于同一条直线上，其直径小于金属翅片11高度的一半。
本实用新型的平板型热管冷凝端15下方的冷却流体通道18内设置有用于强化传热和起支撑作用的散热翅片16，散热翅片16的长度方向与冷却流体的流动方向相同，且每个散热翅片的轴向中心截面与各个小真空腔体的轴向中心截面重合。
本实用新型与现有技术相比具有以下特点：(1)与传统的热管相比，本实用新型采用的平板型热管由于内部每个小真空腔体互相连通，能最大限度的使热流密度趋于均匀，从而更能保证各个太阳能光伏电池的工作温度相同，太阳能光伏电池板表面的温度均匀一致，提高了整个装置的光电转换效率和有效避免太阳能光伏电池板上的“热点”问题，运行可靠性好；并且和传统热管相比，整个装置的结构更加紧凑，可减少装置的占地面积。(2)平板型热管内部安装有连接于平板型热管蒸发端与平板型热管冷凝端之间的金属翅片，将较大的真空腔体用大量的小真空腔体代替，不仅缩短了液体工质回流的路径，提高了热管的轴向导热，强化了传热效果，还起到了支撑上下壁面的作用，从而加强了热管的机械强度。(3)利用平板型热管工作温度方便可调的特点，整个装置的太阳能光伏电池的工作温度可根据需要通过改变热管的外部工作条件，如冷却流体的温度、流量等来达到调节太阳能光伏电池工作温度的目的。(4)换热效率高：采用平板型热管，同时在平板型热管冷凝端的冷却流体通道中装有与流体流动方向平行的散热翅片，可有效改善冷却流体的传热效果，特别是当冷却流体为空气时，效果更加明显。(6)平板型热管内的金属翅片表面与热管内表面均设有吸液芯结构，使得液体回流的毛细力大大增强，可采用平板型热管蒸发端在上、平板型热管冷凝端在下的设置方式。
附图说明：
图1为本实用新型结构示意图，图2为图1的A-A剖面视图，图3为图1的B-B剖面视图。
其中：1-太阳能光伏电池模块；2-冷却流体出口联箱；3-冷却流体出口接管；4-保温材料；5-冷却流体进口联箱；6-冷却流体进口接管；7-玻璃盖板；8-玻璃侧封；9-圆形小孔；10-太阳能光伏电池板；11-金属翅片；12-冷却流体通道底板；13-平板型热管蒸发端；14-吸液芯；15-平板型热管冷凝端；16-散热翅片；17-真空腔体；18-冷却流体通道；19-冷却流体通道侧封。
具体实施方式：
以下结合说明书附图中的图1、图2、图3对本实用新型具体实施进行详细说明。
本实用新型主要由太阳能光伏电池模块1、太阳能光伏电池板10、玻璃盖板7、玻璃侧封8、平板型热管蒸发端13、平板型热管冷凝端15、保温材料4、冷却流体通道18、冷却流体通道底板12、冷却流体通道侧封19、冷却流体进口联箱5、冷却流体出口联箱2、冷却流体进口接管6和冷却流体出口接管3组成。平板型热管蒸发端13与太阳能光伏电池板10紧密接触；在平板型热管外表面和冷却流体通道侧封19及冷却流体通道底板12外均设置有保温材料4；太阳能光伏电池板10上表面设置有呈规则矩形排列的太阳能光伏电池模块1；在平板型热管蒸发端13和平板型热管冷凝端15之间设有密闭的真空腔体17，真空腔体内设有平行的金属翅片11连接于平板型热管蒸发端13与平板型热管冷凝端15之间；在金属翅片11上设有规则排列的圆形小孔9；在平板型热管冷凝端15的冷却流体通道18中装有与流体流动方向平行的散热翅片16；在平板型热管内的金属翅片11表面及真空腔体17内表面均设有供液体工质回流的吸液芯14；在密闭的真空腔体17内装有液体工质；整个装置可倾斜设置。
本实用新型的工作过程如下：
当太阳辐射照射到光伏电-热转换装置上的玻璃盖板7时，太阳能透过玻璃盖板7进入由玻璃盖板7和玻璃侧封8组成的封闭空间，利用封闭空间的温室效果，进入封闭空间的太阳能一方面被太阳能光伏电池模块1所吸收转换成电能，另一方面加热太阳能光伏电池板10，同时还有一部分热量通过玻璃盖板7和玻璃侧封8以对流和辐射的方式散失；太阳能光伏电池板10被加热后，热量以导热的方式通过太阳能光伏电池板10传给平板型热管蒸发端13；在平板型热管蒸发端13，平板型热管的液体工质吸热汽化，汽化后的工质通过真空腔体17内互相连通的每个小真空腔体，运动到平板型热管冷凝端15；在平板型热管冷凝端15，气态的工质把热量释放给平板型热管冷凝端15外的冷却流体通道18中的冷却流体后凝结成液态的工质，液态的工质在平板型热管内表面和金属翅片11表面的吸液芯14作用下，回流到平板型热管蒸发端13，重新吸热汽化；而冷却流体通过冷却流体进口接管6进入冷却流体进口联箱5后流入冷却流体通道18；在冷却流体通道18中的散热翅片16的强化传热作用下，冷却流体以对流换热的方式吸收来自平板型热管冷凝端15的热量，达到所要求的温度后通过冷却流体出口联箱2经冷却流体出口接管3流出。
Claims (3)
1.基于平板型热管冷却的太阳能光伏电-热转换装置，主要由太阳能光伏电池模块(1)、太阳能光伏电池板(10)、玻璃盖板(7)、玻璃侧封(8)、平板型热管蒸发端(13)、平板型热管冷凝端(15)、保温材料(4)、冷却流体通道(18)、冷却流体通道底板(12)、冷却流体通道侧封(19)、冷却流体进口联箱(5)、冷却流体出口联箱(2)、冷却流体进口接管(6)和冷却流体出口接管(3)组成；其特征在于：玻璃盖板(7)和玻璃侧封(8)组成封闭空间；太阳能光伏电池模块(1)在太阳能光伏电池板(10)上呈规则的矩形排列方式；平板型热管蒸发端(13)与太阳能光伏电池板(10)紧密接触；在平板型热管蒸发端(13)和平板型热管冷凝端(15)之间为密闭的真空腔体(17)；在平板型热管蒸发端(13)与平板型热管冷凝端(15)之间的真空腔体(17)内设有相互平行的金属翅片(11)；金属翅片(11)表面和平板型热管的真空腔体(17)内壁面均设有供液体工质回流的吸液芯(14)；冷却流体通道进口端设置有冷却流体进口联箱(5)和冷却流体进口接管(6)，冷却流体通道出口端设置有冷却流体出口联箱(2)和冷却流体出口接管(3)。
2.根据权利要求1所述的基于平板型热管冷却的太阳能光伏电-热转换装置，其特征在于：权利要求1中所述的平板型热管内的金属翅片(11)，是由高导热系数材料制成，具有高传热效果，并起支撑作用，且太阳能光伏电池模块(1)下面的相邻两金属翅片在每排太阳能光伏电池模块(1)中心轴线所在的与太阳能光伏电池板(10)垂直的平面两侧对称设置，其间距等于太阳能光伏电池模块(1)在倾斜方向上的宽度；在金属翅片(11)上开有规则排列的圆形小孔(9)，连通了被金属翅片(11)隔开的各个小真空腔体，金属翅片(11)上的圆形小孔(9)均位于金属翅片(11)轴向中心线的上方，且圆形小孔(9)的中心位于同一条直线上，其直径小于金属翅片(11)高度的一半。
3.根据权利要求1所述的一种基于平板型热管冷却的太阳能光伏电-热转换装置，其特征在于：平板型热管冷凝端(15)下方的冷却流体通道(18)内设置有用于强化传热和起支撑作用的散热翅片(16)，散热翅片(16)的长度方向与冷却流体的流动方向相同，且每个散热翅片的轴向中心截面与各个小真空腔体的轴向中心截面重合。
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