CN110752823A - 一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，包括：从下至上依次设置的底部盖板，微通道板，金属电路层；所述微通道板的上表面铺设金属电路层，聚光光伏电池直接贴合在金属电路层上，微通道板的下表面设有平行设置的微通道结构,微通道板的下表面与底部盖板拼合形成微通道冷却器；金属电路层的上表面还分别设置有二极管和接线端子。上述太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，解决了现有技术中存在的接触热阻大、散热效率低的问题。制造方法上,将微通道板、金属电路层和聚光光伏电池通过焊接集成封装，具有制造工艺简单、无污染、效率高和成本低等优势。
Description
技术领域
本发明涉及聚光光伏太阳能和微通道散热技术领域，特别涉及一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器及其制造方法
背景技术
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源。聚光光伏(Concentrator Photovoltaic,CPV)使用透镜将相对大面积的日光集中到相对小面积的聚光光伏电池上，并由聚光光伏电池将太阳辐射转变成直流电。与传统太阳能发电***相比，太阳能聚光光伏发电效率更高，是最具有发展潜力的太阳能发电方式。
聚光光伏电池直接接触经过多倍聚集后的太阳光，电池表面会聚集大量热。如果电池上的热量不能及时转移走，温度的升高会使电池光电转化效率下降，长时间的高温还会缩短电池寿命甚至失效。因此，保证聚光光伏电池在最佳的工作温度范围，是提高发电效率的有效方法。传统的光伏电池组件散热器大多采用散热翅片结构。如专利CN201420130326.1和专利CN201710143591.1分别采用普通矩形和阶梯式散热翅片阵列与空气进行风冷散热。
但是，翅片散热方式完全依靠散热翅片材料本身，受金属自身导热能力所限，难以达到良好的散热效果。同时，现有聚光光伏电池和散热器的封装，普遍采用先对电池芯片进行结构封装，实现电绝缘，然后再通过导热胶(专利CN201420629868.3)或导热硅脂(专利CN201420784583.7)贴合在散热器上，这种方式增加了多层接触界面，增大了热阻，阻碍电池上的热量传导至冷却器，降低散热效果，影响发电效率。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，解决现有技术中存在的接触热阻大、散热效率低的问题。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，包括：从下至上依次设置的底部盖板，微通道板，金属电路层；
所述微通道板的上表面铺设金属电路层，聚光光伏电池直接贴合在金属电路层上，微通道板的下表面设有平行设置的微通道结构,微通道板的下表面与底部盖板拼合形成微通道冷却器；
金属电路层的上表面还分别设置有二极管和接线端子。
在一较佳实施例中：所述微通道板的材料为氧化铝陶瓷或者氮化铝陶瓷。
在一较佳实施例中：所述微通道平行均布，相邻微通道之间的距离为0.5mm-1mm。
在一较佳实施例中：所述微通道横截面形状为矩形或V形或圆弧形。
在一较佳实施例中：单条所述微通道横截面水力直径为0.3mm-0.8mm，宽度为0.4mm-0.6mm，深度为0.5mm-0.8mm。
在一较佳实施例中：所述聚光光伏电池为砷化镓电池。
本发明还提供了如上所述的聚光光伏电池微通道冷却器的制造方法，包括如下步骤：
(1)取一块洁净的金属或陶瓷薄板，制备出入水口和出水口，然后清洗并干燥，得到底部盖板；
(2)取一块洁净的陶瓷薄板，在陶瓷薄板下表面通过微铣削雕刻或激光加工制备出平行均布的微通道结构，并对加工后的微通道进行超声波清洗、风干，最终得到微通道板；
(3)将微通道底部盖板和微通道板通过焊接进行密封连接，然后进行密封性检查，完成微通道基体的制备；
(4)在微通道板上表面通过镀铜工艺直接制备一层金属电路层；
(5)将聚光光伏电池、二极管和接线端子通过低温回流焊与镀铜金属电路层3的上表面贴合，连接成一个电流回路，完成太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的制备。
在一较佳实施例中：所述聚光光伏电池、二极管和接线端子与金属电路层之间的焊接焊料的成分是锡铋合金。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供了一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，采用微通道冷却技术，比翅片散热冷却方式的散热效率要高几个数量级，并且微通道冷却技术具有良好的控温性，能够保证聚光光伏电池在最佳的工作温度范围。
2.本发明提供了一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，聚光光伏电池通过表面金属电路层直接贴合在微通道表面，相比现有电池先封装再贴合到散热器的方式，减少了接触界面，从而极大减小接触热阻，提升整体散热性能。
3.本发明提供了一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，制造方式上将微通道基体、金属电路层和聚光光伏电池通过焊接集成，具有制造工艺简单、无污染、效率高和成本低等优势。
附图说明
图1是一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的***视图
图2是一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的微通道结构层图
图3是一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的微通道横截面形状图
图4是一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的金属电路层及其表面器件分布图
图5是一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的制造方法
1-底部盖板；11-出水口和入水口；2-微通道板；3-金属电路层；4-聚光光伏电池；5-二极管；6-接线端子。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的目的作进一步地详细描述，本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
参考图1-4，一种聚光光伏电池冷却器从下至上依次包括底部盖板1，微通道板2，金属电路层3，聚光光伏电池4，二极管5和接线端子6。
所述微通道板2上表面铺设金属电路层3，所述聚光光伏电池4直接贴合在金属电路层3上，微通道板2下表面设有平行微通道结构21,微通道板2与底部盖板1拼合形成微通道冷却器。
所述微通道板2的材料为氧化铝陶瓷或者氮化铝陶瓷，能够实现绝缘导热效果。
参阅图2和图3，所述微通道板2下表面的微通道平行均布，相邻微通道之间的距离为0.5mm-1mm。
所述微通道板2下表面的微通道横截面形状为矩形、V形或圆弧形。
所述微通道板2下表面的微通道21横截面水力直径为0.3mm-0.8mm，宽度为0.4mm-0.6mm，深度为0.5mm-0.8mm。
所述聚光光伏电池为砷化镓电池。
上述的一种聚光光伏电池冷却器的工作原理如下所述：
聚光光伏电池4产生的电能通过金属电路层3，然后通过二极管5整流，最后通过两个接线端子6输出电能。同时，聚光光伏电池产生的热量只经过金属电路层3直接传导至微通道板2，然后在微通道板2下表面的微通道结构内，通过微通道基体内部的流动工质进行热量交换，最终跟随流动工质把热量带走，实现高效散热。
相比翅片散热冷却方式，微通道冷却器的散热效率要高几个数量级，并且具有良好的控温性，能够保证聚光光伏电池在最佳的工作温度范围。聚光光伏电池通过表面金属电路层直接贴合在微通道表面，相比现有电池先封装再贴合到散热器的方式，减少了接触界面，极大减小接触热阻，提升整体散热性能。
上述一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的制造方法，包括如下步骤：
(1)取一块厚度为3mm，面积为30mm*30mm的洁净金属薄板，通过微雕刻加工方法，制备出两个出入水口11，然后清洗并干燥，完成微通道底层盖板1的制备。
(2)取一块厚度为1mm，面积为30mm*30mm的洁净氧化铝陶瓷薄板，通过微雕刻的加工方法，采用直径为0.5mm的平底微铣刀，在陶瓷薄板的底面制备出平行均布的微通道结构，微通道深度为0.8mm，然后通过超声波清洗仪，用酒精溶液洗净并风干，最终得到微通道板2。
(3)将微通道底部盖板1和微通道板2通过焊接方式进行焊接密封。经过气密性检查后，得到微通道基体备用。
(4)参阅图4，基于热电性能分析，设计出电路结构，在微通道基体的微通道板2上表面采用镀铜工艺，制备厚度为0.3mm的金属电路层3。
(5)在聚光光伏电池4的正极、二极管5和两个接线端子6通过低温回流焊方式进行密封焊接，先在金属电路层3表面设计好的位置涂覆一层焊料，然后将聚光光伏电池4、二极管5和正负极两个接线端子6放置在涂覆好的焊料上，放入回流焊机设置升温程序，完成焊接贴合。并通过金线连接方式将聚光光伏电池4的负极与金属电路层3另一半电路连接，形成一个电流回路。在模拟光源情况下，进行电路测试。最终完成一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的制备。
所述的一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的制造方法中，聚光光伏电池4、二极管5和接线端子6与镀铜金属电路层3之间的焊料合金成分是锡铋合金。
上述一体化设计制备的太阳能聚光光伏冷却器的制造方法，将微通道板2、金属电路层3和聚光光伏电池4通过焊接集成，具有制造工艺简单、无污染、效率高和成本低等优势。
上述实例结合附图对本发明进行了详尽描述，显然本发明的实现不受上述方式的限制。凡在不脱离本发明的构思和技术方案进行的均等变化与修饰，都为本发明权利要求保护的范围所涵盖。
Claims (8)
1.一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，其特征在于包括：从下至上依次设置的底部盖板，微通道板，金属电路层；
所述微通道板的上表面铺设金属电路层，聚光光伏电池直接贴合在金属电路层上，微通道板的下表面设有平行设置的微通道结构,微通道板的下表面与底部盖板拼合形成微通道冷却器；
金属电路层的上表面还分别设置有二极管和接线端子。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，其特征在于：所述微通道板的材料为氧化铝陶瓷或者氮化铝陶瓷。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，其特征在于：所述微通道平行均布，相邻微通道之间的距离为0.5mm-1mm。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，其特征在于：所述微通道横截面形状为矩形或V形或圆弧形。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，其特征在于：单条所述微通道横截面水力直径为0.3mm-0.8mm，宽度为0.4mm-0.6mm，深度为0.5mm-0.8mm。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器，其特征在于：所述聚光光伏电池为砷化镓电池。
7.一种权利要求1-6中任一项所述的聚光光伏电池微通道冷却器的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)取一块洁净的金属或陶瓷薄板，制备出入水口和出水口，然后清洗并干燥，得到底部盖板；
(2)取一块洁净的陶瓷薄板，在陶瓷薄板下表面通过微铣削雕刻或激光加工制备出平行均布的微通道结构，并对加工后的微通道进行超声波清洗、风干，最终得到微通道板；
(3)将微通道底部盖板和微通道板通过焊接进行密封连接，然后进行密封性检查，完成微通道基体的制备；
(4)在微通道板上表面通过镀铜工艺直接制备一层金属电路层；
(5)将聚光光伏电池、二极管和接线端子通过低温回流焊与镀铜金属电路层的上表面贴合，连接成一个电流回路，完成太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的制备。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能聚光光伏电池微通道冷却器的制造方法，其特征在于：所述聚光光伏电池、二极管和接线端子与金属电路层之间的焊接焊料的成分是锡铋合金。
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