一种聚光光伏电池散热装置的制作方法

本发明涉及光伏电池技术领域，更具体地，涉及一种聚光光伏电池散热装置。

背景技术：

聚光光伏cpv是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光伏电池，即太阳电池，直接转换为电能的技术。一般商用太阳电池的光电转换效率为6％～15％，聚光硅太阳电池的实验室最高效率为27.6％，在运行的过程中，未被利用的太阳辐射能除了一部分被反射外，大部分被电池吸收转化为热能。如果这些吸收的热量不能及时排除，电池温度就会逐渐升高，发电效率将降低-0.2％～-0.5％/k。此外，太阳电池长期在高温下工作会迅速老化，从而缩短太阳电池的使用寿命。因此，光伏电池的冷却与散热对提升光伏发电效率以及延长使用寿命具有重要意义。

现有的光伏电池散热技术主要有以下几类：气体冷却、液浸冷却、微通道散热和纳米流体散热系统。气体冷却是最常见的散热方法，一般通过安装冷却风扇强迫空气对流冷却，但是电池与空气之间的换热系数低，故冷却散热效果欠佳。

液浸冷却利用热管的高传热特性能将热量及时移走，在小型液浸聚光光伏发电系统中采用热管换热器，能在较短时间内及时带走太阳电池上积聚的热量，并确保其能正常工作，但一般液浸冷却需要以分离式热管作为二次散热装置，结构比较复杂。

微通道散热是使用槽宽和壁厚均为50μm，通道的高宽比约为10的微通道冷却器，在水流量为10ml/s时，冷却热流密度可达790w/cm²。微通道冷却器的缺点是工质流动方向的温度和压力梯度较大，从而导致泵或风机的功耗增加。纳米流体散热是利用纳米流体作为导热流体用于去除太阳电池板上多余的热量，以便使太阳电池温度保持在所期望的工作温度范围内，但是纳米流体散热成本较高。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术问题或者部分地解决上述技术问题提供一种聚光光伏电池散热装置。

根据本发明的一方面提供一种聚光光伏电池散热装置，包括：与光伏电池的下表面相连的双流体下腔室；所述双流体下腔室内装有低沸点工质层和液态金属层；所述低沸点工质层通过第一双流体导管与双流体上腔室的底部相通，所述液态金属层通过第二双流体导管与所述双流体上腔室的底部相通；所述双流体上腔室的外部环绕有冷却水管。

其中，所述聚光光伏电池散热装置还包括：通过导热胶设置在所述光伏电池与所述双流体下腔室之间的导热板；与所述光伏电池的上表面相连的二次聚光透镜，与所述二次聚光透镜相连的菲涅尔透镜，以及用于固定所述二次聚光透镜和所述菲涅尔透镜的透镜支架。

其中，所述聚光光伏电池散热装置还包括与光伏发电模块相连的太阳追踪装置，所述太阳追踪装置用于根据太阳的位置驱动光伏发电模块运动，以使太阳光垂直入射至所述光伏发电模块；所述光伏发电模块包括所述光伏电池、所述菲涅尔透镜和所述二次聚光透镜。

其中，所述聚光光伏电池散热装置还包括与所述冷却水管相连的泵。

其中，所述导热板的上板面的面积和所述双流体下腔室的顶面的面积均大于所述光伏电池的下表面的面积。

其中，所述液态金属层中的液态金属包括：镓基合金、铟基合金、铋基合金、镓、铟、铋中的一种或多种。

其中，所述低沸点工质层中的低沸点工质包括：正戊烷、异戊烷、五氟丁烷、五氟丙烷的一种或多种。

其中，所述双流体下腔室的材料为有机玻璃、铜、铝或铝合金。其中，所述双流体上腔室和所述导热板的材料均为铜、铝或铝合金。

其中，所述第一双流体导管和所述第二双流体导管均为柔性管。

本发明提供的一种聚光光伏电池散热装置，通过选用低沸点工质和液态金属，利用液态金属的流动性和高导热率，以及通过汽化后的低沸点工质带动液态金属流动实现自驱动循环散热，一方面使光伏电池在工作中产生的热量快速与冷却水管中的冷却水进行换热，从而快速冷却光伏电池，达到提高光伏电池的光电转换率的目的；另一方面冷却水吸收热量后可储于热水罐中备用，实现能源的合理利用。同时，该聚光光伏电池散热装置的设计合理、安装方便、成本低、散热效果好以及安全性较高，因此具有广阔的市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的聚光光伏电池散热装置的结构示意图；

图2为图1所示的聚光光伏电池散热装置中的太阳追踪装置的结构示意图；

图3为图1所示的聚光光伏电池散热装置中的泵驱动冷却水管的流向示意图。

其中，1-菲涅尔透镜；2-透镜支架；3-二次聚光透镜；4-光伏电池；5-电极；6-导热胶；7-导热板；8-液态金属；9-低沸点工质；10-双流体下腔室；11-第一双流体导管；12-上腔室支架；13-冷却水管；14-双流体上腔室；15-第二双流体导管；16-太阳追踪装置；17-发电模块；18-泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“底部”、“上板面”、“下板面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接或一体地连接；也可以是直接相连或通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的聚光光伏电池散热装置的结构示意图，如图1所示，该聚光光伏电池散热装置包括：光伏电池4、液态金属8、低沸点工质9、双流体下腔室10、第一双流体导管11、第二双流体导管15、冷却水管13和双流体上腔室14。

其中，低沸点工质是利用地下热水或其它余热来加热某种气体，使其进入汽轮机工作的发电系统，又称中间介质法或低沸点工质循环。它是为克服闪蒸地热发电系统的缺点而出现的一种循环系统。

其中，液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。

在一个实施例中，光伏电池4的下表面与双流体下腔室10相连；双流体下腔室10内装有低沸点工质层和液态金属层，由于液态金属8的密度比低沸点工质9的密度大，使得低沸点工质9和液态金属8能够自动的在双流体下腔室10内分为两层，且当低沸点工质9的温度升高汽化时，可以自动的带动液态金属8流动。

低沸点工质层通过第一双流体导管11与双流体上腔室14的底部相通，液态金属层通过第二双流体导管15与双流体上腔室14的底部相通，即第一双流体导管11为高管、第二双流体导管15为低管。双流体上腔室14的外部环绕有多个冷却水管13，双流体上腔室14通过上腔室支架12固定，且使双流体上腔室14的底部高于双流体下腔10的顶部，以使低沸点工质9和液态金属8的温度升高后，使得汽化后的低沸点工质9能够带动液态金属8一起流动至双流体上腔室14内；以及在低沸点工质9和液态金属8与冷却水管13内的冷却水换热后，由于液态的低沸点工质9和液态金属8的重力作用，使得低沸点工质9和液态金属8能够较顺畅的回流至双流体下腔室10内。

具体地，当光伏电池4工作时，光伏电池4会发热，即光伏电池4在发电的同时会产生热量，此时，热量会传递至双流体下腔室10，使双流体下腔室10内的低沸点工质9和液态金属8的温度升高。当低沸点工质9的温度达到沸点后开始汽化，使得双流体下腔室10内的压力增大，将液态金属8和低沸点工质9从第一双流体导管11和第二双流体导管15压入双流体上腔室14中，当双流体下腔室10内的压力稳定后，液态金属8和低沸点工质9从第一双流体导管11流动至双流体上腔室14内。高温的液态金属8和低沸点工质9在双流体上腔室14中与冷却水管13内的冷却水进行换热，冷却后的液态低沸点工质9和液态金属8，均第二双流体导管15回流至双流体下腔室10内，从而达到冷却光伏电池的目的。

在本发明实施例中，通过选用低沸点工质和液态金属，利用液态金属的流动性和高导热率，以及通过汽化后的低沸点工质带动液态金属流动实现自驱动循环散热，一方面使光伏电池在工作中产生的热量快速与冷却水管中的冷却水进行换热，从而快速冷却光伏电池，达到提高光伏电池的光电转换率的目的；另一方面冷却水吸收热量后可储于热水罐中备用，实现能源的合理利用。同时，该聚光光伏电池散热装置的设计合理、安装方便、成本低、散热效果好以及安全性较高，因此具有广阔的市场前景。

在上述实施例的基础上，所述聚光光伏电池散热装置还包括：通过导热胶6设置在所述光伏电池4与所述双流体下腔室10之间的导热板7；与所述光伏电池4的上表面相连的二次聚光透镜3，与所述二次聚光透镜3相连的菲涅尔透镜1，以及用于固定所述二次聚光透镜3和所述菲涅尔透镜1的透镜支架2。

其中，导热胶是单组份、导热型、室温固化有机硅粘接密封胶。通过空气中的水份发生缩合反应放出低分子引起交联固化，而硫化成高性能弹性体。导热胶具有卓越的抗冷热交变性能、耐老化性能、电绝缘性能、以及优异的防潮、抗震、耐电晕、抗漏电性能和耐化学介质性能，可持续使用在-60～280℃且保持性能稳定。且对大多数金属和非金属材料具有良好的粘接性。导热胶又称导热硅胶，是以有机硅胶为主体，添加填充料、导热材料等高分子材料，混炼而成的硅胶，具有较好的导热、电绝缘性能，广泛用于电子元器件。

其中，导热板是指具有良好导热性能的板材。

具体地，在光伏电池4发电产生热量，并将热量传递至双流体下腔室10时，通过设置在光伏电池4与双流体下腔室10之间的导热胶6和导热板7，使得光伏电池4产生的热量尽可能多的传递至双流体下腔室10内的低沸点工质9和液态金属8。从而使双流体下腔室10内的低沸点工质9快速汽化，并带动液态金属8一起流动至双流体上腔室14，且在双流体上腔室14内与冷却水进行换热，进而到达快速转移光伏电池4产生的热量的目的。

并且设置菲涅尔透镜1和二次聚光透镜3，使得光伏电池4工作时，菲涅尔透镜1将阳光聚集到二次聚光透镜3上，二次聚光透镜3进行二次聚光后，使光伏电池4发电，提高光伏电池的发电效率，且电能由电极5输送至用电器。

在本发明实施例中，通过导热胶将导热板设置在光伏电池与双流体下腔室之间，达到快速冷却光伏电池4的目的；以及通过设置二次聚光透镜和菲涅尔透镜，提高光伏电池的发电效率。

在上述各实施例的基础上，结合图2，所述聚光光伏电池散热装置还包括与光伏发电模块17相连的太阳追踪装置16，所述太阳追踪装置16用于根据太阳的位置驱动发光伏电模块17运动，以使太阳光垂直入射至所述光伏发电模块17；所述光伏发电模块17包括多个由所述光伏电池4、所述菲涅尔透镜1和所述二次聚光透镜3构成的光伏发电子模块。

具体地，在该聚光光伏电池散热装置中设置与光伏发电模块17相连的太阳追踪装置16，例如，光伏发电模块17由12个光伏发电子模块构成。当太阳光的位置变化时，该太阳追踪装置16驱动光伏发电模块17运动，例如，早晨的时候，太阳在东边，此时太阳追踪装置16驱动光伏发电模块17运动，以使此时的太阳光垂直入射至光伏发电模块17；或者正午的时候，太阳光在天空的正中央，此时太阳追踪模块16驱动光伏发电模块17运动，以使此时的太阳光垂直入射至光伏发电模块17等等，即，随着太阳位置的不断变化，太阳追踪模块16一直驱动光伏发电模块17运动，以使太阳光能够始终垂直入射至光伏发电模块17。从而使光伏发电模块17全天处于高效发电状态，达到提高光伏发电模块17的发电效率的目的。

在本发明实施例中，通过设置与光伏发电模块相连的太阳追踪装置，使得光伏发电模块全天处于高效发电状态，提高光伏发电模块的发电效率。

在上述各实施例的基础上，结合图3，所述聚光光伏电池散热装置还包括与所述冷却水管13相连的泵18。

具体地，在本发明提供的实施例中，通过一个泵18为围绕在双流体上腔室外部的冷却水管13提供冷却水，例如，泵为普通水泵或离心泵等，这样通过一个泵即可实现即可实现整个聚光光伏散热装置中冷却水的供给，简化了聚光光伏散热装置的结构。

在上述各实施例的基础上，所述导热板7的上板面的面积和所述双流体下腔室10的顶面的面积均大于所述光伏电池4的下表面的面积。

具体地，通过将导热板7上板面的面积和双流体下腔室10顶面的面积设置得均大于光伏电池4下表面的面积，使得光伏电池4发电时产生的热量，在通过导热板7的上板面经双流体下腔室10的顶面传递至低沸点工质9和液态金属8时，增大了热量的传递面积，进而提高热量的传热效率，从而达到快速散热的目的，即使光伏电池快速冷却。

在上述各实施例的基础上，所述液态金属层中的液态金属8包括：镓基合金、铟基合金、铋基合金、镓、铟、铋中的一种或多种。所述低沸点工质层中的低沸点工质9包括：正戊烷、异戊烷、五氟丁烷、五氟丙烷中的一种或多种。

其中，镓是灰蓝色或银白色的金属，其熔点很低、沸点很高、密度较大。纯液态镓有显著的过冷的趋势，在空气中很稳定。

其中，镓基合金就是以镓为基础加入其他的金属的合金，比如加入锡、钨、钴、锌、钛、铁等金属，做成以镓为基础的合金。铋基合金就是以铋为基础加入其他的金属的合金。铟基合金就是以铟为基础加入其他的金属的合金。

其中，正戊烷(n-pentane)化学式c5h12，烷烃中的第五个成员。其沸点低、密度较小、毒性小。

其中，五氟丙烷，是一种无色透明易流动液体，具有挥发性，沸点15.3℃且毒性小，在常温常压下稳定。

具体地，将液态金属8选取为镓基合金、铟基合金、铋基合金、镓、铟、铋中的一种或多种，优选为液态金属合金，例如，镓铟合金、铋铟锡合金、镓铟锡锌合金等中的一种或多种，该液态金属8在具有较好的流动性和高导热率。以及将低沸点工质9选取为低沸点且毒性小工质，例如，正戊烷、异戊烷、五氟丁烷、五氟丙烷中的一种或多种。

在双流体下腔室10内液态金属8和低沸点工质9形成明显的分层，即低沸点工质9位于上层，液态金属8位于下层。当光伏电池4发电产生热量时，低沸点工质9由于沸点低，在吸收热量后快速汽化，且带动液态金属8一起流动至双流体上腔室14内，且在双流体上腔室14内与冷却水进行换热，进而达到对光伏电池4进行散热的目的，从而提高光伏电池的光电转换率。

在本发明实施例中，通过选取液态金属合金、以及低沸点且毒性小的工质，在对光伏电池进行散热的同时，提高该聚光光伏电池散热装置的稳定性和安全性。

在上述各实施例的基础上，所述双流体下腔室10的材料为有机玻璃、铜、铝或铝合金。所述双流体上腔室14和所述导热板7的材料均为铜、铝或铝合金。所述第一双流体导管11和所述第二双流体导管15均为柔性管。

其中，有机玻璃(polymethylmethacrylate)是一种通俗的名称，缩写为pmma，是一种高分子透明材料，其化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物。有机玻璃分为无色透明、有色透明、珠光、压花有机玻璃四种。有机玻璃俗称亚克力、中宣压克力、亚格力，有机玻璃具有较好的透明性、化学稳定性，力学性能和耐候性，易染色，易加工，外观优美等优点。

其中，铜是一种过渡元素，化学符号cu，英文copper，原子序数29。纯铜是柔软的金属，其表面刚切开时为红橙色带金属光泽，单质呈紫红色。其具有延展性好，导热性和导电性高的有点，因此在电缆、电气和电子元件中是最常用的材料，也可用作建筑材料或组成众多种合金。

具体地，将双流体下腔室10的材料设置为有机玻璃，由于有机玻璃具有较好的稳定性，可以提高双流体下腔室10的耐用性，且方便观察双流体下腔室10内液态金属8和低沸点工质9的动态。或者，将双流体下腔室10的材料设置为导热性能较好的材料，例如，铜、铝或铜铝合金等，使双流体下腔室10内的低沸点工质9和液态金属8由于吸收光伏电池4的热量而温度升高时，可以较快的使低沸点工质9和液态金属8的热量散失，进而达到快速冷却光伏电池4的目的。

将导热板7的材料设置为导热性能较好的材料，例如，铜、铝或铝合金等，使光伏电池4因发电产生的热量快速传递至双流体下腔室10内，进而达到快速使光伏电池4的热量散失的目的。将双流体上腔室14的材料设置为导热性能较好的材料，例如，铜、铝或铝合金等，使得因吸收热量而流动至双流体上腔室14内的低沸点工质9和液态金属8，可以高效的与双流体上腔室14外部设置的冷却水管13内的冷却水进行换热，提高低沸点工质9和液态金属8与冷却水的换热效率，达到快速冷却低沸点工质9和液态金属8的目的，从而达到快速散失光伏电池4的热量的目的，进而提高光伏电池的光电转换率。

将第一双流体导管11和第二双流体导管15设置为柔性管，使得第一双流体导管11与双流体下腔室7和双流体上腔室14接触良好和气密性佳；以及第二双流体导管15与双流体下腔室7和双流体上腔室14接触良好和气密性佳。同时，还可以根据实际需求和空间限制等因素，较方便的改变双流体下腔室7和双流体上腔室14的位置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。