CN107134975B - 一种聚光光伏电池散热用多通道歧管*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型聚光光伏电池散热用多通道歧管***，包括聚光光伏电池芯片阵列、密封板和歧管散热板，聚光光伏电池芯片阵列、密封板和歧管散热板由上到下依次设置，所述的歧管散热板上加工有一组或多组歧管通道槽，每组歧管通道槽由两支树形歧管构成，每支树形歧管有5级通道，入口是第1级通道，出口是第5级通道，所述密封板设置在歧管散热板上密封歧管散热板上的一组或多组歧管通道槽，所述聚光光伏电池芯片阵列排列在密封板上，所述聚光光伏电池芯片阵列的正下方是歧管的出口级通道。本发明可以高效地降低聚光光伏电池芯片阵列的温度，并解决了聚光光伏电池阵列中不同芯片之间温差较大的问题，可以保持阵列上电池间的温度均匀分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚光光伏电池散热***，尤其涉及一种新型聚光光伏电池散热用多通道歧管***。
背景技术
聚光光伏电池技术是指利用透镜或反光镜成倍聚光后的太阳光通过光伏电池直接转换为电能的技术。聚光光伏电池吸收的太阳光中除了一部分光能通过电池转化为电能外，大部分都转化为了热能。然而，聚光光伏电池的发电效率与电池温度是负相关关系。如果不进行有效散热，高温和温度分布不均匀会导致电池的发电效率降低和使用寿命缩短，甚至于电池会因过热而损坏。
为了提高聚光光伏电池的发电效率和保证电池正常工作，需要采取必要的措施对电池散热。根据散热机制的不同可以把散热方式分为主动散热与被动散热。被动散热主要是利用散热片或散热板进行自然对流散热。自然对流散热的设备安装方便且成本低，但是该冷却方式散热能力有限，而且受周围环境（温度、风速等）影响较大。
主动散热方式主要包括有浸液散热、射流冲击散热和一些通道换热器散热方式。浸液散热方式的散热效果较好，有很好的温度均匀性，但是液体会吸收和反射一部分太阳光，降低辐射强度，而且该散热方式成本会很高，结构比较复杂。射流冲击方式散热的热阻非常低，射流中心处的换热系数较大，但是随着远离射流中心，换热系数会快速降低。如果散热面积较大时要用到射流阵列，但是射流阵列中相邻射流之间会相互影响，进而降低整个散热效果。通道换热器具有高效的换热性能、紧凑的结构。但是当前所用的通道散热器的缺点是散热不均匀和耗能比较大。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种利用新型聚光光伏电池散热用多通道歧管***。
本发明提出的一种新型聚光光伏电池散热用多通道歧管***，包括聚光光伏电池芯片阵列、密封板和歧管散热板，聚光光伏电池芯片阵列、密封板和歧管散热板由上到下依次设置，所述的歧管散热板上加工有一组或多组歧管通道槽，每组歧管通道槽由两支树形歧管构成，每支树形歧管有5级通道，入口是第1级通道，出口是第5级通道，每级有2i-1个平行通道，i表示通道所在级，每级通道的横截面均是四边形，各级通道的深度从第1级到最后一级逐级减小，每组歧管通道槽的两支树形歧管通道在同层加工，两支树形歧管通道的出口级通道交叉排列且通道内流体流动方向相反，所述密封板设置在歧管散热板上密封歧管散热板上的一组或多组歧管通道槽，所述聚光光伏电池芯片阵列排列在密封板上，所述聚光光伏电池芯片阵列的正下方是歧管的出口级通道；
歧管散热板上的歧管通道槽的设计是基于最小熵产法，第i级通道的当量直径D eq,i 与第i+1级通道的当量直径D eq,i+1 需要满足公式：
每级通道的长度受安装条件限制，所以不能过长；但是，通道的长度需要足够长，以保证通道内流体得到充分发展，否则通道内流体无法均匀分配到下级通道；第i级通道的长度L i 要满足公式：
式中C是常数，建议其值不小于7。
优选地，密封板和歧管散热板均采用高导热性材料。
优选地，树形歧管的每级通道的横截面均是正四边形。
优选地，歧管通道槽的各级通道的深度从第1级到第i级逐级减小。
优选地，歧管散热板上歧管通道槽在同层加工，并且加工方向相反，两支歧管通道槽的出口级通道交叉排列且通道内流体流动方向相反。
优选地，歧管通道槽内的流体采用泵提供动力，泵消耗的电能由聚光光伏电池提供。
本发明工作时，如果散热流体介质选择合适，则歧管通道槽内流体的对流散热方式起主要作用。聚光光伏电池芯片阵列上的热量先以导热的方式传递到密封板上，密封板上的部分热量以导热的方式传递到歧管散热板上，密封板上剩余的热量和歧管散热板上的热量由歧管通道槽内的流体以对流的方式带走，最终达到降低聚光光伏电池芯片的温度的目的。需要泵为流体的流动提供动力，泵消耗的电能由聚光光伏电池提供。本发明采用上述结构设计，不仅散热效果好，而且耗能非常低。如果减小歧管通道的尺寸，并增加一组或多组歧管通道槽，则本散热***的散热能力会得到显著提升，聚光光伏电池上的温度分布会更加均匀、耗能减少，而且整个散热***的体积也会减小。
本发明可以用作聚光光伏电池阵列的散热***，具有非常高的散热性能，可以高效地降低聚光光伏电池芯片阵列的温度，并解决了聚光光伏电池阵列中不同芯片之间温差较大的问题，可以保持阵列上电池间的温度均匀分布；不零散占空间，结构紧凑，集成度较高。
附图说明
图1为发明的分层结构示意图。
图2为聚光光伏电池阵列与密封板的平面图。
图3为加工出单组歧管通道槽的歧管散热板。
图4为图3歧管散热板上歧管通道槽内的流体域。
图5为图4的A向视图。
图6为是用图3中的歧管散热板散热时聚光光伏电池阵列上表面的温度与流速的关系。
图7为加工出两组歧管通道槽的歧管散热板。
图8为图3和图7中歧管散热板的散热效果关于温差的对比。
图9为图3和图7中歧管散热板的散热效果关于耗能的对比。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-5，一种新型聚光光伏电池散热用多通道歧管***，包括聚光光伏电池芯片阵列1、密封板2和歧管散热板3，聚光光伏电池芯片阵列1、密封板2和歧管散热板3由上到下依次设置，所述的歧管散热板3上加工有一组或多组歧管通道槽，每组歧管通道槽由两支树形歧管3-1和3-2构成，每支树形歧管3-1和3-2有5级通道，入口是第1级通道，出口是第5级通道，每级有2i-1个平行通道，i表示通道所在级，每级通道的横截面均是四边形，各级通道的深度从第1级到最后一级逐级减小，每组歧管通道槽的两支树形歧管3-1和3-2通道在同层加工，两支树形歧管3-1和3-2通道的出口级通道交叉排列且通道内流体流动方向相反。
歧管3-1和3-2内均通入相同的流体4-1和4-2充当散热介质，密封板2非常薄，与歧管散热板3粘合在一起对歧管3-1和3-2密封，聚光光伏电池芯片阵列1由多片聚光光伏电池芯片排列组成，并安装在密封板2上，聚光光伏电池芯片阵列1的正下方正好是歧管3-1和3-2的出口级通道。密封板2除了密封歧管3-1和3-2的作用，还要传递聚光光伏电池芯片阵列1的热量，因此密封板2的导热性一定要非常好。对于歧管散热板3，一方面整个散热***主要是以歧管通道内流体的对流传热为主，则歧管散热板3的导性并不重要；另一方面在传热过程中，密封板2上的部分热量以导热的方式传递到歧管散热板3上，密封板2上剩余的热量和歧管散热板3上的热量由歧管3-1和3-2内的流体以对流的方式带走，如果散热板3的导热性好，则有利于歧管3-1和3-2内的流体的对流传热作用。所以，歧管散热板3的材料以导热性能高为优。
以夏至为例，地点为深圳，聚光光伏电池阵列有100片相同的聚光光伏电池芯片，每片电池的初始发电效率为41.2%，聚光比为500，11:00-14:00到达电池芯片上的平均太阳辐射为943.67×500W/m2，环境温度为34.8℃，散热流体介质为液态水。如图6所示，是用图3中的歧管散热板散热时聚光光伏电池芯片上表面的最大温度、平均温度和最大温差与液态水的入口速度的关系。图中显示最大温度、平均温度和最大温差随着入口液态水流速的增加而减小。在入口流速为0.7263m/s时，聚光光伏电池阵列上表面的平均温度为72℃，温度极差为19.77℃，发电效率为38.99%，发电量为1839W，功耗为0.3125W，散热效果比较好，但是由于功耗与发电量相比非常小，所以本散热器的潜力还非常大，可以提高流速以进一步提高散热效果。图7是加工出两组歧管通道槽的歧管散热板3´。图8是图3和图7中歧管散热板3和3´散热效果对比，聚光光伏电池阵列1上的温度极差随着通道入口的流速增加而减小，图7中歧管散热板3´的散热均匀性始终高于图3中的歧管散热板3的。图9是图3和图7中歧管散热板3和3´的散热效果与功耗的关系以及它们之间散热效果的对比，当泵的功耗增加时，聚光光伏电池阵列1上的温度下降，增加歧管通道槽的数量有利于提高散热性能。
本发明不仅仅适用于对聚光光伏电池阵列进行散热，还可以对燃料电池、锂电池、电子产品等类似的需要散热的设备进行散热。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种聚光光伏电池散热用多通道歧管***，包括聚光光伏电池芯片阵列、密封板和歧管散热板，其特征在于，聚光光伏电池芯片阵列、密封板和歧管散热板由上到下依次设置，所述的歧管散热板上加工有一组或多组歧管通道槽，每组歧管通道槽由两支树形歧管构成，每支树形歧管有5级通道，入口是第1级通道，出口是第5级通道，每级有2i-1个平行通道，i表示通道所在级，每级通道的横截面均是四边形，各级通道的深度从第1级到最后一级逐级减小，每组歧管通道槽的两支树形歧管通道在同层加工，两支树形歧管通道的出口级通道交叉排列且通道内流体流动方向相反，所述密封板设置在歧管散热板上密封歧管散热板上的一组或多组歧管通道槽，所述聚光光伏电池芯片阵列排列在密封板上，所述聚光光伏电池芯片阵列的正下方是歧管的出口级通道；
歧管散热板上的歧管通道槽的设计是基于最小熵产法，第i级通道的当量直径D eq,i 与第i+1级通道的当量直径D eq,i+1 需要满足公式：
每级通道的长度受安装条件限制，所以不能过长；但是，通道的长度需要足够长，以保证通道内流体得到充分发展，否则通道内流体无法均匀分配到下级通道；第i级通道的长度L i 要满足公式：
式中C是常数，其值不小于7。
2.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池散热用多通道歧管***，其特征在于，密封板和歧管散热板均采用高导热性材料。
3.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池散热用多通道歧管***，其特征在于，树形歧管的每级通道的横截面均是正四边形。
4.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池散热用多通道歧管***，其特征在于，歧管通道槽的各级通道的深度从第1级到第i级逐级减小。
5.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池散热用多通道歧管***，其特征在于，歧管散热板上歧管通道槽在同层加工，并且加工方向相反，两支歧管通道槽的出口级通道交叉排列且通道内流体流动方向相反。
6.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池散热用多通道歧管***，其特征在于，歧管通道槽内的流体采用泵提供动力，泵消耗的电能由聚光光伏电池阵列提供。
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