CN107316914B - 一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的*** - Google Patents
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Abstract
一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，属于太阳能聚光光伏电池散热技术领域。技术要点：包括复合抛物面聚光器，复合抛物面聚光器底部具有下开口，下开口处安装有选择性吸收‑透过‑发射薄膜，选择性吸收‑透过‑发射薄膜贴于聚光光伏电池板上，选择性吸收‑透过‑发射薄膜由基体和置于基体内的纳米粒子组成。将选择性吸收‑透过‑发射薄膜覆盖于聚光光伏电池板上方，让聚光光伏电池光谱响应波段380nm‑1200nm的光谱辐射尽可能多的穿透选择性吸收‑透过‑发射薄膜，同时让太阳能中不能转换为电能的那部分能量尽可能多地转化为8‑13μm的红外热辐射能量，从而达到与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚光光伏电池冷却的***，具体涉及一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，属于太阳能聚光光伏电池散热技术领域。
背景技术
太阳能以其储量的无限性、开发利用的清洁性，成为21世纪解决开发利用化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径之一。太阳能资源的利用按照能量转化方式可以分为光电转换利用、光热转换利用和光化学转换利用，其中太阳能光伏发电不仅具有清洁、安全、便利等优点，而且由于我国太阳能资源十分丰富，适宜太阳能发电的国土面积大等原因，我国政府大力支持发展光伏发电产业。硅太阳能电池是目前最普遍使用的光伏电池，它具有工艺成熟、稳定性好等优势。但是由于硅太阳能电池光电转换效率低、成本高等缺点，必须通过聚焦技术将太阳光汇聚到面积很小的高性能聚光光伏电池上，提高太阳辐射能流密度从而提高光电转换效率进而降低成本。而不能转换为电能的那部分能量将以光子振动的形式积存于转换器内，也就是所谓的热能。由热力学第二定律可知能量转换效率是与转换器的温度有关，即太阳能电池的开路电压随着电池温度升高会降低。聚光光伏电池的散热问题是影响光伏电池性能和***可靠性的重要因素，因此在设计聚光光伏***时，必须考虑电池散热问题。
传统的聚光光伏电池散热冷却方式有：风冷、水冷、微通道冷却、热管冷却等。风冷技术是在电池板背面增加翅片，虽然工艺简单，但是散热效果受限；水的传热性能比风的传热性冷好，自然水冷散热效果也要比风冷好，但是却要额外考虑工质间渗漏以及维修安全等问题；微通道冷却是电子产品冷却方面应用广泛，但是其工艺复杂且额外的风机功耗大；热管虽然换热性能好，但是工质必须与热管管材相匹配，而且热管冷却成本高也导致其不适合大规模应用在聚光光伏发电产业中。因此，寻找一种低成本且具有良好换热性能的冷却方法是非常必要的。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，本发明提供一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，以解决上述技术问题，达到降低聚光光伏电池表面温度的目的。
本发明提供了一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，包括复合抛物面聚光器，所述复合抛物面聚光器底部具有下开口，所述下开口处安装有选择性吸收-透过-发射薄膜，所述选择性吸收-透过-发射薄膜贴于聚光光伏电池板上，所述选择性吸收-透过-发射薄膜由基体和置于基体内的纳米粒子组成。
进一步地：所述基体为聚甲基戊烯基体、聚氟乙烯基体或丙烯酸树脂基体，所述纳米粒子为TiO2或SiO2。
进一步地：所述基体为聚甲基戊烯基体，其厚度为50μm；纳米粒子为TiO2粒子。数值分析结果表明，本发明的选择性吸收-透过-发射薄膜在8-13μm波段有高发射率而在光谱响应波段380nm-1200nm具有低吸收率，从而达到与太空进行辐射换热实现降低聚光光伏电池温度的目的。
进一步地：所述纳米粒子的粒子半径为0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm或4.0μm。
进一步地：所述纳米粒子在选择性吸收-透过-发射薄膜中的体积分数为4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％。使选择性吸收-透过-发射薄膜在380nm-1200nm波段的吸收率尽可能小，使8-13μm波段之间的发射率尽可能大，从而提高与太空辐射换热的换热效率和对聚光光伏电池的冷却效果。
有益效果：
大气层外宇宙空间的温度接近绝对零度，是理想的冷源，但是大气层阻碍了地面向太空辐射散热。然而，在大气窗口(8-13μm)波段之间，大气层的吸收率很低，透过率很大，并且这波段正好处于地面物体常温辐射的远红外区，地面的能量可通过这波段辐射到外层空间。本发明在聚光光伏电池表面贴上选择性吸收-透过-发射薄膜，使其在8-13μm波段有高发射率而在光谱响应波段380nm-1200nm具有低吸收率。如此，一方面可降低薄膜在光谱响应波段380nm-1200nm的吸收率，从而减小薄膜对聚光光伏电池吸收光谱响应波段能量的影响，更重要的另一方面是可让聚光光伏电池的热量尽可能多地转化为8-13μm的辐射能量，穿过大气窗口散失到太空中，达到降低聚光光伏电池温度的目的。
附图说明
图1：聚光光伏***电池冷却***示意图(图中箭头表示聚光光线路径)；
图2：图1中A处局部放大图；
图3：薄膜的光谱吸收率随粒子体积分数(fv)的变化曲线图；
图4：薄膜的光谱吸收率随粒子粒径(D)的变化曲线图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与***及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
实施例：结合图1-图4进行说明，一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，包括复合抛物面聚光器1，所述复合抛物面聚光器1底部具有下开口，所述下开口处安装有选择性吸收-透过-发射薄膜2，所述选择性吸收-透过-发射薄膜2贴于聚光光伏电池板3上，所述选择性吸收-透过-发射薄膜2由基体21和置于基体内的纳米粒子22组成。所述基体21为聚甲基戊烯基体；所述纳米粒子22为TiO2。所述基体21厚度为50μm。
数值分析结果表明，本发明的选择性吸收-透过-发射薄膜在8-13μm波段有高发射率而在光谱响应波段380nm-1200nm具有低吸收率，从而达到与太空进行辐射换热实现降低聚光光伏电池温度的目的。所述纳米粒子22的粒子半径为0.4μm。所述纳米粒子在选择性吸收-透过-发射薄膜2中的体积分数为4％。使选择性吸收-透过-发射薄膜在380nm-1200nm波段的吸收率尽可能小，使8-13μm波段之间的发射率尽可能大，从而提高与太空辐射换热的换热效率和对聚光光伏电池的冷却效果。
本实施例中基体21还可以选择为聚氟乙烯基体或丙烯酸树脂基体；所述纳米粒子22可以选择为SiO2。所述纳米粒子22的粒子半径可以选择为0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm或4.0μm。所述纳米粒子在选择性吸收-透过-发射薄膜2中的体积分数还可以选择为5％、6％、7％、8％、9％、10％。图3和图4所示为选择性吸收-透过-发射薄膜的光谱吸收率随粒子体积分数(fv)和粒径(D)的变化关系曲线。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。
Claims (5)
1.一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，其特征在于：包括复合抛物面聚光器(1)，所述复合抛物面聚光器(1)底部具有下开口，所述下开口处安装有选择性吸收-透过-发射薄膜(2)，所述选择性吸收-透过-发射薄膜(2)贴于聚光光伏电池板(3)上，所述选择性吸收-透过-发射薄膜(2)由基体(21)和置于基体内的纳米粒子(22)组成；使其在8-13μm波段具有高发射率而在光谱响应波段380nm-1200nm具有低吸收率；聚光光伏电池的热量转化为8-13μm的辐射能量，穿过大气窗口散失到太空中，降低聚光光伏电池的温度。
2.根据权利要求1所述的一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，其特征在于：所述基体(21)为聚甲基戊烯基体、聚氟乙烯基体或丙烯酸树脂基体，所述纳米粒子(22)为TiO2或SiO2。
3.根据权利要求1所述的一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，其特征在于：所述基体(21)为聚甲基戊烯基体，其厚度为50μm；纳米粒子为TiO2粒子。
4.根据权利要求2所述的一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，其特征在于：所述纳米粒子(22)的粒子半径为0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm或4.0μm。
5.根据权利要求4所述的一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的***，其特征在于：所述纳米粒子(22)在选择性吸收-透过-发射薄膜(2)中的体积分数为4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
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