專利名稱：基于平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型的名稱是基于平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換裝置， 屬太陽能光伏電-熱利用工程領(lǐng)域。
技術(shù)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(duì)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(zhuǎn)換過程中， 一方面會(huì)造成很大的太 陽能的熱能浪費(fèi)，同時(shí)沒有轉(zhuǎn)換成電能的熱能也會(huì)造成太陽能光伏電池溫度的 升高，而根據(jù)研究，太陽能光伏電池的轉(zhuǎn)換效率隨著轉(zhuǎn)換溫度的升高而降低， 從而更加不利于太陽能的光伏電轉(zhuǎn)換，據(jù)研究，這種多余的熱量對(duì)太陽能光伏 電池的加熱會(huì)造成轉(zhuǎn)換效率下降3-6%,因此有必要進(jìn)行冷卻，通過冷卻，一
方面可以提高太陽能的光電轉(zhuǎn)換效率，另一方面通過一定的冷卻方式把多余的 熱量回收起來加以熱利用，如制冷、加熱、脫鹽和產(chǎn)生蒸汽等，因此就出現(xiàn)了 太陽能的光伏電-熱轉(zhuǎn)換裝置和系統(tǒng)。
從國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和專利授權(quán)情況來看，目前采用的太陽能光伏電轉(zhuǎn)換過程的 冷卻系統(tǒng)，大多為強(qiáng)制對(duì)流冷卻和自然對(duì)流冷卻兩種方式，其中利用水和空氣 的強(qiáng)制對(duì)流冷卻被證明為目前較為有效的方式。然而應(yīng)當(dāng)指出的是，冷卻介質(zhì) 在流動(dòng)過程中吸收太陽能光伏電池板的熱量后其溫度上升，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(zhuǎn)換系統(tǒng)內(nèi)部傳熱的 復(fù)雜性(存在導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射換熱三種熱量傳遞方式)，此時(shí)太陽能光伏電池板的溫度不應(yīng)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(dòng) 方向上應(yīng)該是增加的，因此導(dǎo)致太陽能光伏電池板上的光伏電池冷卻效果不均, 有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生"熱點(diǎn)"問題，這對(duì)提高太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率是不 利的；同時(shí)由于太陽能光伏電池工作溫度的不均勻性，對(duì)太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)工作溫度的調(diào)節(jié)也帶來了不方便。因此有必要采用一種新的冷卻方式，既 能達(dá)到高效冷卻效果，又能保持太陽能光伏電池板上的每個(gè)太陽能光伏電池的 工作溫度均勾一致，且工作溫度調(diào)節(jié)方便，這對(duì)提高太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 的整體性能，特別是太陽能的光電轉(zhuǎn)換性能是非常有利的。 實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種高效的基于平板型熱管冷卻的太 陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換裝置。 一方面充分利用平板型熱管工作時(shí)的均溫性能以及 工作溫度的方便可調(diào)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(qiáng)化傳熱的特點(diǎn)，不僅可以解決太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 中的太陽能電池板溫度不均勻和"熱點(diǎn)"問題，提高太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 的轉(zhuǎn)換效率和安全性能，而且還可實(shí)現(xiàn)太陽能光伏電池工作溫度的方便可調(diào)性， 同時(shí)結(jié)構(gòu)比常規(guī)熱管更加緊湊。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 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(cè) 封8、平板型熱管蒸發(fā)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(cè)封19、冷卻流體進(jìn)口聯(lián)箱5、冷 卻流體出口聯(lián)箱2、冷卻流體進(jìn)口接管6和冷卻流體出口接管3組成的基于平板 型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于玻璃蓋板7和坡璃側(cè)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(guī)則的
矩形排列方式；平板型熱管蒸發(fā)端13與太陽能光伏電池板10緊密接觸；在平 板型熱管蒸發(fā)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(fā)端13與平板型熱管冷凝端15之間的真空腔體17內(nèi)設(shè)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(nèi)壁面均設(shè)有供液 體工質(zhì)回流的吸液芯14;冷卻流體通道進(jìn)口端設(shè)置有冷卻流體進(jìn)口聯(lián)箱5和冷 卻流體進(jìn)口接管6，冷卻流體通道出口端設(shè)置有冷卻流體出口聯(lián)箱2和冷卻流體 出口接管3。
本實(shí)用新型的平板型熱管內(nèi)的金屬翅片11,是由高導(dǎo)熱系數(shù)材料制成，具有 高傳熱效果，并起支撐作用，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(cè)對(duì)稱設(shè)置，其間距等于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(guī)則排列的圓形小孔9，連通了被金屬翅片11隔開的各個(gè)小 真空腔體，金屬翅片11上的圓形小孔9均位于金屬翅片ll軸向中心線的上方， 且圓形小孔9的中心位于同一條直線上，其直徑小于金屬翅片11高度的一半。
本實(shí)用新型的平板型熱管冷凝端15下方的冷卻流體通道18內(nèi)設(shè)置有用于 強(qiáng)化傳熱和起支撐作用的散熱翅片16，散熱翅片16的長(zhǎng)度方向與冷卻流體的流 動(dòng)方向相同，且每個(gè)散熱翅片的軸向中心截面與各個(gè)小真空腔體的軸向中心截 面重合。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)(l)與傳統(tǒng)的熱管相比，本實(shí) 用新型采用的平板型熱管由于內(nèi)部每個(gè)小真空腔體互相連通，能最大限度的使 熱流密度趨于均勻，從而更能保證各個(gè)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(gè)裝置的光電轉(zhuǎn)換效率和有效避 免太陽能光伏電池板上的"熱點(diǎn)"問題，運(yùn)行可靠性好；并且和傳統(tǒng)熱管相比， 整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊，可減少裝置的占地面積。(2)平板型熱管內(nèi)部安裝 有連接于平板型熱管蒸發(fā)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(zhì)回流的路徑，提高了熱 管的軸向?qū)?，?qiáng)化了傳熱效果，還起到了支撐上下壁面的作用，從而加強(qiáng)了 熱管的機(jī)械強(qiáng)度。(3)利用平板型熱管工作溫度方便可調(diào)的特點(diǎn)，整個(gè)裝置的 太陽能光伏電池的工作溫度可根據(jù)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(dá)到調(diào)節(jié)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(shí)在平板型熱管冷凝端的冷卻流體通道中裝有與流
體流動(dòng)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(dāng)冷卻
流體為空氣時(shí)，效果更加明顯。(6)平板型熱管內(nèi)的金屬翅片表面與熱管內(nèi)表
面均設(shè)有吸液芯結(jié)構(gòu)，使得液體回流的毛細(xì)力大大增強(qiáng)，可采用平板型熱管蒸 發(fā)端在上、平板型熱管冷凝端在下的設(shè)置方式。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)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(lián)箱；3-冷卻流體出口 接管；4-保溫材料；5-冷卻流體進(jìn)口聯(lián)箱；6-冷卻流體進(jìn)口接管；7 -玻璃 蓋板；8-玻璃側(cè)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(fā)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(cè)封。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說明書附圖中的圖1、圖2、圖3對(duì)本實(shí)用新型具體實(shí)施進(jìn)行詳細(xì) 說明。
本實(shí)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(cè)封8、平板型熱管蒸發(fā)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(cè)封19、冷卻流體進(jìn)口 聯(lián)箱5、冷卻流體出口聯(lián)箱2、冷卻流體進(jìn)口接管6和冷卻流體出口接管3組成。 平板型熱管蒸發(fā)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(cè)封19及冷卻流體通道底板12外均設(shè)置有保溫材料4;太陽能 光伏電池板10上表面設(shè)置有呈規(guī)則矩形排列的太陽能光伏電池模塊1;在平板 型熱管蒸發(fā)端13和平板型熱管冷凝端15之間設(shè)有密閉的真空腔體17,真空腔 體內(nèi)設(shè)有平行的金屬翅片11連接于平板型熱管蒸發(fā)端13與平板型熱管冷凝端 15之間；在金屬翅片11上設(shè)有規(guī)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(dòng)方向平行的散熱翅片16;在平板型熱管內(nèi) 的金屬翅片11表面及真空腔體17內(nèi)表面均設(shè)有供液體工質(zhì)回流的吸液芯14; 在密閉的真空腔體17內(nèi)裝有液體工質(zhì)；整個(gè)裝置可傾斜設(shè)置。
本實(shí)用新型的工作過程如下
當(dāng)太陽輻射照射到光伏電-熱轉(zhuǎn)換裝置上的玻璃蓋板7時(shí)，太陽能透過玻璃 蓋板7進(jìn)入由玻璃蓋板7和玻璃側(cè)封8組成的封閉空間，利用封閉空間的溫室 效果，進(jìn)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(zhuǎn)換成電 能，另一方面加熱太陽能光伏電池板IO,同時(shí)還有一部分熱量通過坡璃蓋板7和玻璃側(cè)封8以對(duì)流和輻射的方式散失；太陽能光伏電池板10被加熱后，熱量
以導(dǎo)熱的方式通過太陽能光伏電池板10傳給平板型熱管蒸發(fā)端13;在平板型熱 管蒸發(fā)端13，平板型熱管的液體工質(zhì)吸熱汽化，汽化后的工質(zhì)通過真空腔體17 內(nèi)互相連通的每個(gè)小真空腔體，運(yùn)動(dòng)到平板型熱管冷凝端15;在平板型熱管冷 凝端15,氣態(tài)的工質(zhì)把熱量釋放給平板型熱管冷凝端15外的冷卻流體通道18 中的冷卻流體后凝結(jié)成液態(tài)的工質(zhì)，液態(tài)的工質(zhì)在平板型熱管內(nèi)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(fā)端13，重新吸熱汽化； 而冷卻流體通過冷卻流體進(jìn)口接管6進(jìn)入冷卻流體進(jìn)口聯(lián)箱5后流入冷卻流體 通道18;在冷卻流體通道18中的散熱翅片16的強(qiáng)化傳熱作用下，冷卻流體以 對(duì)流換熱的方式吸收來自平板型熱管冷凝端15的熱量，達(dá)到所要求的溫度后通 過冷卻流體出口聯(lián)箱2經(jīng)冷卻流體出口接管3流出。
權(quán)利要求1.基于平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)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(cè)封(8)、平板型熱管蒸發(fā)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(cè)封(19)、冷卻流體進(jìn)口聯(lián)箱(5)、冷卻流體出口聯(lián)箱(2)、冷卻流體進(jìn)口接管(6)和冷卻流體出口接管(3)組成；其特征在于玻璃蓋板(7)和玻璃側(cè)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(guī)則的矩形排列方式；平板型熱管蒸發(fā)端(13)與太陽能光伏電池板(10)緊密接觸；在平板型熱管蒸發(fā)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(fā)端(13)與平板型熱管冷凝端(15)之間的真空腔體(17)內(nèi)設(shè)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(nèi)壁面均設(shè)有供液體工質(zhì)回流的吸液芯(14)；冷卻流體通道進(jìn)口端設(shè)置有冷卻流體進(jìn)口聯(lián)箱(5)和冷卻流體進(jìn)口接管(6)，冷卻流體通道出口端設(shè)置有冷卻流體出口聯(lián)箱(2)和冷卻流體出口接管(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換裝置， 其特征在于權(quán)利要求1中所述的平板型熱管內(nèi)的金屬翅片(11),是由高 導(dǎo)熱系數(shù)材料制成，具有高傳熱效果，并起支撐作用，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(cè)對(duì)稱設(shè)置，其間距等于太陽 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(guī)則 排列的圓形小孔(9)，連通了被金屬翅片(11)隔開的各個(gè)小真空腔體，金屬翅片(11)上的圓形小孔(9)均位于金屬翅片(11)軸向中心線的上方， 且圓形小孔(9)的中心位于同一條直線上，其直徑小于金屬翅片(11)高 度的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于平板型熱管冷凝端(15)下方的冷卻流體通道(18)內(nèi)設(shè) 置有用于強(qiáng)化傳熱和起支撐作用的散熱翅片(16),散熱翅片(16)的長(zhǎng)度 方向與冷卻流體的流動(dòng)方向相同，且每個(gè)散熱翅片的軸向中心截面與各個(gè)小真空腔體的軸向中心截面重合。
專利摘要基于平板型熱管冷卻的太陽能光伏電-熱轉(zhuǎn)換裝置，屬太陽能光伏電-熱利用工程領(lǐng)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(cè)封、平板型熱管、保溫材料、冷卻流體通道、冷卻流體進(jìn)出口聯(lián)箱和冷卻流體進(jìn)出口接管等組成。平板型熱管蒸發(fā)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(shè)置有保溫材料；平板型熱管的真空腔體內(nèi)設(shè)有金屬翅片，并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(nèi)表面均設(shè)有供液體工質(zhì)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(shí)用新型具有太陽能光伏電池板溫度均勻且調(diào)節(jié)方便、光伏電-熱利用效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02N6/00GK201414093SQ20092012677
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者吳雙應(yīng), 李友榮, 蘭 肖 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)