CN107733354A - 被动冷却光伏模块的***和方法 - Google Patents

Abstract

一种总成包括具有太阳能电池的光伏模块、和具有适于为太阳能电池散热的热管的冷却***。一种方法包括使用热管对太阳能电池散热。光伏模块可以设置在车辆上以将太阳能转换成电力。

Description

被动冷却光伏模块的***和方法

技术领域

本公开涉及光伏模块。可以使用热管冷却***对光伏模块的太阳能电池散热。

背景技术

提高机动车辆能源效率的需求有据可查。因此，已经不再为利用替代能量源对车辆负载提供功率而努力。例如，装有光伏模块或太阳能板的车辆利用从太阳捕获的太阳能。光伏模块将太阳能转换成用于对车辆电池充电或为各种其他电负载提供功率的电力。太阳能电池的工作温度在光伏转换过程中增加。太阳能电池的性能经常随着工作温度的升高而降低。

发明内容

根据本公开的示例性方面的总成，除其他外包括光伏模块和冷却***，光伏模块包括太阳能电池，冷却***包括适于为太阳能电池散热的热管。

在上述总成的另一非限制性实施例中，光伏模块安装在车辆的车顶部件上。

在任一上述总成的另一非限制性实施例中，冷却***包括设置在太阳能电池和热管之间的热导体。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，热导体为导热片。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，热导体为玻璃管。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，热导体为导热硅脂。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，冷却***包括散热器，并且热管在太阳能电池和散热器之间延伸。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，散热器包括金属主体和从金属主体突出的多个散热鳍片。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，热管包括靠近太阳能电池的蒸发部分，和靠近冷却***的散热器的冷凝器部分。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，工作介质可在蒸发部分和冷凝器部分之间的热管内移动。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，工作介质通过重力或毛细力移动。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，热管为热虹吸管。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，总成为车辆总成。

在任意上述总成的另一非限制性实施例中，热管包括蒸发部分和相对于蒸发部分抬高的冷凝器部分。

根据本公开另一示例性方面的方法，除其他外包括使用热管对光伏模块的太阳能电池散热。

在上述方法的另一非限制性实施例中，散热包括将来自太阳能电池的热量吸收到热管的蒸发部分中。

在任一上述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括将蒸发部分内的工作介质蒸发，并将蒸发的工作介质输送到热管的冷凝器部分。

在任意上述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括将冷凝器部分中的工作介质冷凝以将热量释放到散热器。

在任意上述方法的另一非限制性实施例中，该方法包括将热量释放到散热器，该散热器连接到热管上远离太阳能电池的一部分。

根据本公开另一示例性方面的车辆，除其他外包括电池、配置为将太阳能转换为用于对电池充电的电力的光伏模块、以及包括至少一个适于为光伏模块被动散热的热管的冷却***。

上述段落的实施例、示例、和替代方案，权利要求，或以下说明书和附图，包括它们的各个方面或相应的各个特征中的任何一个，可以独立地或以任何组合来实现。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这样的特征不兼容。

通过以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简要描述如下。

附图说明

图1示意性示出了配备有光伏模块的车辆；

图2A和2B示出了用于冷却光伏模块的冷却***；

图3示出了图2A和2B的冷却***的示例性热管；

图4示出了用于冷却光伏模块的另一示例性冷却***。

具体实施方式

本公开描述一种例如用于车辆的光伏模块。光伏模块包括一个或多个太阳能电池。具有一个或多个热管的冷却***适于为太阳能电池散热。热量可以散发到定位为远离太阳能电池的散热器。这些和其他特征将在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论。

图1示意性地示出了车辆10。尽管图1中示出了车辆10的示例性部件关系，但是该图示是高度示意性的，并且不意在限制本公开。车辆10的各种部件的放置和方向可以根据不同车辆而变化。

车辆10可以包括传统的动力传动***或电动的动力传动***，并且包括一个或多个动力源12。在第一非限制性实施例中，如果车辆10包括常规的动力传动***，则动力源12是发动机。在另一个非限制性实施例中，如果车辆10包括电动的动力传动***，则动力源12是电机(例如电动马达、发电机、或组合的马达/发电机)。在另一个非限制性实施例中，如果车辆10包括混合的动力传动***，则动力源12包括发动机和电机二者。动力源12产生扭矩以驱动车辆10的一组或多组驱动轮14。

电池16存储用于为车辆10的各种电负载提供功率的电能。电池16可以安装在车辆10上的任何地方。在第一非限制性实施例中，电池16是用于为诸如照明***、逻辑电路等的低电压车辆***提供功率的低压电池。在另一个非限制性实施例中，电池16是包括多个电池单元或能够输出电功率以对车辆10的高电压负载(诸如电机等)提供功率的其他能量存储装置的高电压牵引电池组。

车辆10另外地包括用于捕获和利用来自太阳20的太阳能的光伏模块18。光伏模块18也可以被称为太阳能电池板或太阳能阵列。在非限制性实施例中，光伏模块18安装在车辆10的车顶部件24上。然而，光伏模块18可安装或附接到车辆10的任何部分。

尽管未示出，但是包括一系列透镜的太阳能聚光器可以在车辆10相对于太阳能聚光器停放时，将来自太阳20的太阳光线22聚焦到指向光点模块18的太阳能电池的集中区域或焦点处。光伏模块18利用光伏效应来吸收光子，并释放可被俘获以产生电流的电子。电流可用于为各种车辆负载提供功率，例如为电池16充电等。

光伏模块18的工作温度可以随着光伏模块18的太阳能电池从太阳20收集太阳能而增加。如果光伏模块18的工作温度变得过高，则太阳能电池的性能可能降低。因此，冷却光伏模块18的太阳能电池可能是有益的。下面详细说明使用一个或多个热管来被动冷却光伏模块18的示例性冷却***。

图2A和2B示出了用于被动冷却光伏模块18的示例性冷却***26。光伏模块18和冷却***26一同构成总成25。在非限制性实施例中，总成为车辆10的车辆总成。

冷却***26被认为是“被动的”，因为散热通常是在不消耗电力的情况下实现的。因此，冷却***26不影响车辆10的整体效率。

光伏模块18可以包括多个太阳能电池28。在光伏模块18内提供的特定数量的太阳能电池28可以变化并且不旨在限制本公开。此外，太阳能电池28可以是单晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、多结太阳能电池、或任何其他类型的太阳能电池。

在将太阳能转换为电力的过程中，光伏模块18的太阳能电池28产生热量。冷却***26被设计成从太阳能电池28散出这种热量，以便提高光伏模块18的性能。在非限制性实施例中，冷却***26包括一个或多个热管30和散热器32。热管30将热量从太阳能电池28传递到散热器32以冷却太阳能电池28。

在第一非限制性实施例中，散热器32是车辆10的一部分，诸如车身面板。在另一个非限制性实施例中，散热器32是在远离光伏模块18位置安装到车辆10的独立部件。散热器32可以由铝制成。然而，在本公开的范围内也可以考虑其它材料。

在另一非限制性实施例中，如图2B最佳示出的，散热器32包括主体44和从主体44突出的多个热传递装置46。热传递装置46可以被配置为冷却鳍片、冷却销、或任何其它合适的热传递装置。

每个热管30包括蒸发部分34和冷凝器部分36。蒸发部分34邻近或靠近太阳能电池28，并且冷凝器部分36邻近或靠近散热器32。热管30可以利用蒸发冷却循环，通过连续地蒸发和冷凝容纳在热管30内的工作介质38，来将热能从太阳能电池28传递到散热器32。工作介质38可以是氨、水、或任何其它介质。由太阳能电池28吸收的热能加热蒸发部分34并使工作介质38蒸发。然后，工作介质38可以朝向与蒸发部分34相比具有较低温度的冷凝器部分36移动。散热器32从冷凝器部分36吸收能量，从而使蒸发的工作介质38冷凝回液相。

工作介质38在蒸发部分34和冷凝器部分36之间移动，以在太阳能电池28和散热器32之间传递热能。在非限制性实施例中，热管30使用重力来移动工作介质38并促进热传递。例如，冷凝器部分36可以相对于蒸发部分34稍微抬高，使得冷凝的工作介质38可以借助于重力返回到蒸发部分34。因此，在该非限制性实施例中，热管30是热虹吸管。在另一非限制性实施例中，热管30的倾斜部分99使得冷凝器部分36相对于蒸发部分34抬高。

可选地，可以在每个热管30的太阳能电池28和蒸发部分34之间设置热导体42，以便于在这些部件之间传递热能。可以使用任何导热并且不导电的材料作为热导体42。在第一非限制性实施例中，热导体42是导热片，例如玻璃片。在另一非限制性实施例中，热导体42是热贴片。在另一个非限制性实施例中，热导体42是玻璃管。

图3示出了可以由图2A和2B的冷却***26使用的另一示例性热管130，以从光伏模块18的太阳能电池28散热。热管130包括壳体50、蒸发部分52、冷凝器部分54、芯56、和蒸气腔58。在非限制性实施例中，壳体50由铝制成。工作介质60设置在壳体50的内部，并且可以通过多孔的芯56连通。工作介质60在热管130的蒸汽部分52蒸发成蒸汽V。当蒸发发生时，蒸汽V吸收热能。然后，蒸汽V沿着蒸汽腔58朝向热管130的冷凝器部分54移动。在冷凝器部分54中，蒸汽V冷凝回流体F并被芯56吸收，从而释放热能。然后，工作介质60可经由毛细力向蒸发部分52回流。

参考图2A、2B、和3，使用热管130的光伏模块18的热管理通常以下列方式进行。热量由太阳能电池28产生和释放，并被传导入热管130。当热管130吸收热量时，蒸发部分52中的工作介质60蒸发，从而在热管130内产生压力梯度。该压力梯度迫使蒸汽V沿着蒸气腔58流到定位为远离太阳能电池28的较冷的冷凝器部分54。蒸汽V在冷凝器部分54中冷凝，从而将潜热释放到散热器32。然后，工作介质60通过芯56中产生的毛细力返回到蒸发部分52。以这种方式对太阳能电池28散热，将光伏模块18保持在期望的工作温度范围内。

图4示意性地示出了用于冷却光伏模块18的太阳能电池28的另一示例性冷却***126。在该非限制性实施例中，冷却***126包括热管30和热管130。因此，可以使用重力和毛细力二者来完成光伏模块18内的热传递。

在本公开的范围内也可以考虑其它热管设计。例如，除了依赖重力的热虹吸管和依赖毛细力的散热器之外，一些热管可能是依赖离心力以转移蒸发部分和冷凝器部分之间的工作介质的旋转热管。本公开的冷却***可以包括用于实现光伏模块的期望冷却水平的不同类型的热管的任何组合。

虽然不同的非限制性实施例被示出为具有特定的组件或步骤，但是本公开的实施例不限于那些特定的组合。可以将任何非限制性实施例中的一些组件或特征，与来自任何其他非限制性实施例的特征或组件结合使用。

应当理解，在几个附图中相同的附图标记表示相应的或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开并示出了特定组件布置，但是本公开的教导也可以使其它布置受益。

前述描述应被解释为说明性的而不是任何限制性的。本领域普通技术人员将理解，某些修改可能落入本公开的范围内。出于这些原因，应研究以下权利要求以确定本公开的真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种总成，包括：

包括太阳能电池的光伏模块；和

包括适于为所述太阳能电池散热的热管的冷却***。

2.如权利要求1所述的总成，其中所述光伏模块安装在车辆的车顶部件上。

3.如前述权利要求中任一项所述的总成，其中所述冷却***包括设置在所述太阳能电池和所述热管之间的热导体。

4.如权利要求3所述的总成，其中所述热导体为导热片、或玻璃管、或导热硅脂。

5.如前述权利要求中任一项所述的总成，其中所述冷却***包括散热器，并且所述热管在所述太阳能电池和所述散热器之间延伸。

6.如权利要求5所述的总成，其中所述散热器包括金属主体和从所述金属主体突出的多个散热鳍片。

7.如前述权利要求中任一项所述的总成，其中所述热管包括靠近所述太阳能电池的蒸发部分，和靠近所述冷却***的散热器的冷凝器部分。

8.如权利要求7所述的总成，包括在所述蒸发部分和所述冷凝器部分之间的可在所述热管内移动的工作介质，并且可选地其中所述工作介质通过重力或毛细力移动。

9.如前述权利要求中任一项所述的总成，其中所述热管为热虹吸管。

10.如前述权利要求中任一项所述的总成，其中所述热管包括蒸发部分和相对于所述蒸发部分抬高的冷凝器部分。

11.一种方法，包括：

使用热管对光伏模块的太阳能电池散热。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述散热包括：

将来自所述太阳能电池的热量吸收到所述热管的蒸发部分中。

13.如权利要求12所述的方法，包括：

将所述蒸发部分内的工作介质蒸发；

将所述蒸发的工作介质输送到所述热管的冷凝器部分；并且

将所述冷凝器部分中的所述工作介质冷凝以将所述热量释放到散热器。

14.如权利要求11-13中任一项所述的方法，包括：

将所述热量释放到散热器，所述散热器连接到所述热管上远离所述太阳能电池的一部分。

15.一种车辆，包括：

电池；以及

如权利要求1所述的光伏模块，其中所述光伏模块配置为将太阳能转换为用于对所述电池充电的电力。