本發(fā)明涉及光伏領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏電池組件用節(jié)能型水冷散熱降溫裝置。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，光伏組件投資成本占初始投資的50%～60%。光伏電池組件效率的提升、制造工藝的進(jìn)步以及原材料價(jià)格下降等因素都會(huì)導(dǎo)致光伏發(fā)電成本的下降。有關(guān)測(cè)算表明，光伏組件效率提升1%，約相當(dāng)于光伏發(fā)電系統(tǒng)價(jià)格下降17%。目前多晶及單晶太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化平均效率分別為18.3%和19.5%，但光伏電池效率提升非常困難，沿著原有技術(shù)方向繼續(xù)提高常規(guī)太陽(yáng)電池效率需要花費(fèi)更大精力與財(cái)力，要在短期內(nèi)取得重大突破、效率獲得大幅度提升是不現(xiàn)實(shí)的。

光伏電池受溫度等環(huán)境因素影響很大，當(dāng)溫度升高時(shí)，光伏電池輸出電壓將下降，一般溫度每升高1，電壓值下降約2~3mV。對(duì)硅太陽(yáng)電池多年的研究數(shù)據(jù)表明碑,單晶硅電池對(duì)溫度上升反應(yīng)十分明顯,溫度每提高1度,功率輸出相對(duì)減少0.4%- - 0.5%,甚至達(dá)到0.73%- - 0.75%,多晶硅電池溫度系數(shù)在一0.3%左右。相應(yīng)的太陽(yáng)電池效率同比下降。夏季情況下,一般太陽(yáng)電池的輸出功率將比標(biāo)準(zhǔn)狀況低15%- -30%。

為了充分利用太陽(yáng)電池材料與工藝己有研究成果,從改善太陽(yáng)電池的工作條件入手,通過(guò)工程熱物理方法對(duì)太陽(yáng)電池進(jìn)行冷卻,抑制太陽(yáng)電池的溫升,使太陽(yáng)電池實(shí)際工作時(shí)保持較高的效率,是提高太陽(yáng)電池效率的另一條有效途徑。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：Tcell=Tambient+0.03*Irad，太陽(yáng)能電池板溫度一般穩(wěn)定在環(huán)境溫度以上10一30℃,一般而言電池溫度將在60℃以下。但是在通風(fēng)不良的情況下,板溫甚至可能達(dá)到80℃。這種情況下除溫度上升帶來(lái)輸出能量和效率的下降外,電池組件的失配也將造成整個(gè)系統(tǒng)的電壓和電流的降低,甚至由于惡性循環(huán)導(dǎo)致熱斑造成太陽(yáng)電池的損壞。

因此，降低光伏電池溫度充分發(fā)揮其寶貴的已有效能，潛力巨大，對(duì)于提升光伏電池實(shí)際應(yīng)用中的效率、減輕光伏電池失效老化和損壞、延長(zhǎng)光伏電池的壽命具有重要意義，所需付出的成本很低，商業(yè)前景廣闊。

現(xiàn)有技術(shù)中，如：主動(dòng)式冷卻太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)-發(fā)明-黃興博。該發(fā)明采用循環(huán)水冷降溫方式，采用了水泵，需要額外功率開(kāi)銷(xiāo)；一種多倍疊聚光太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置，--發(fā)明，黃光玉，該發(fā)明采用循環(huán)水冷降溫方式，管路上設(shè)有水泵，需要額外的能量開(kāi)銷(xiāo)；一種光伏電站組件用自動(dòng)降溫裝置-發(fā)明，勾憲芳 范維濤。該發(fā)明需要高壓泵；一種太陽(yáng)能光伏發(fā)電溫度維持系統(tǒng)-發(fā)明，陳康生，該發(fā)明采用循環(huán)水冷方式，以地源和水箱作為降溫源，需要3個(gè)循環(huán)泵，需要額外動(dòng)力開(kāi)銷(xiāo)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；一種光伏組件降溫系統(tǒng)-發(fā)明，唐玉敏，該發(fā)明將光伏發(fā)電與工質(zhì)制冷系統(tǒng)結(jié)合，需要壓縮機(jī)等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高，額外功率開(kāi)銷(xiāo)非常大；一種光伏組件降溫裝置-發(fā)明，高茜，該發(fā)明采用循環(huán)水冷降溫方式，需要水泵和控制器、電動(dòng)閥等，需要提供額外功率開(kāi)銷(xiāo)；太陽(yáng)能光伏電池板循環(huán)水冷降溫裝置--發(fā)明，方波等，該發(fā)明采用循環(huán)水冷降溫方式，需要水泵，需要額外功率開(kāi)銷(xiāo)。

以上專(zhuān)利中均需要水泵或壓縮機(jī)等動(dòng)力，需要提供額外功率開(kāi)銷(xiāo)，扣除額外提供的動(dòng)力開(kāi)銷(xiāo)，整體功率提升效果十分有限，甚至由于光伏電池降溫所提升的功率還不及額外提供的功率開(kāi)銷(xiāo)，得不償失。

如：鋁合金背板太陽(yáng)電池組件—發(fā)明、發(fā)明，申請(qǐng)人：秦紅，沈輝等，該發(fā)明和發(fā)明用鋁合金代替目前使用的TPT背板材料作為光伏組件的背板，該發(fā)明是改變光伏電池組件本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要建立一整套這種新型光伏組件的制造封裝材料、工藝和設(shè)備體系和生產(chǎn)線，造價(jià)昂貴；復(fù)合型太陽(yáng)能光伏界面與太陽(yáng)能熱管集成裝置-發(fā)明，發(fā)明人：陳穗，該發(fā)明是一種將光伏界面和太陽(yáng)能熱管集成一體的裝置，光伏發(fā)電和熱量采集可以同時(shí)進(jìn)行，但二者效果均不理想，該發(fā)明沒(méi)有說(shuō)明如何進(jìn)行熱量采集；光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能電池組件水冷降溫裝置，發(fā)明，賀劍雄，該發(fā)明直接接自來(lái)水管道，依靠管道自身的水壓進(jìn)行循環(huán)水冷降溫，不需要額外動(dòng)力開(kāi)銷(xiāo)。但是需要不斷消耗大量的水資源，成本高；一種利用自然低溫?zé)嵩垂夥ㄖp向降溫-發(fā)明，薛黎明，該發(fā)明用于BIPV,以空氣作為傳熱介質(zhì)，采用地下低溫?zé)嵩赐ㄟ^(guò)空氣流通通道進(jìn)行降溫，不需要額外動(dòng)力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程量大、占地面積大，傳熱降溫效果不理想；蓄冷降溫式太陽(yáng)電池組件，發(fā)明、發(fā)明，秦紅，該發(fā)明和發(fā)明在光伏電池板背部設(shè)置冷卻介質(zhì)容器，內(nèi)盛冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)白天有光照時(shí)以對(duì)流方式吸收光伏電池的熱量，對(duì)光伏電池進(jìn)行散熱降溫，夜間利用自然溫差釋放熱量；該發(fā)明不需要水泵等動(dòng)力開(kāi)銷(xiāo)，但保溫裝置的保溫門(mén)的開(kāi)閉需要微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，仍然需要一定的額外功率開(kāi)銷(xiāo)，且需要保溫結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，維護(hù)不便，成本高。

現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)在技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種光伏電池組件用節(jié)能型水冷散熱降溫裝置。

本發(fā)明提供的技術(shù)文案，一種光伏電池組件用節(jié)能型水冷散熱降溫裝置，光伏電池組件的背面設(shè)置鋁合金換熱器，所述鋁合金換熱器內(nèi)設(shè)置換熱工質(zhì)通道，所述換熱工質(zhì)通道的上下兩端均以管道分別聯(lián)通儲(chǔ)水箱的上部和下部，所述換熱工質(zhì)通道的上端與管道連接處設(shè)置一排氣閥，所述儲(chǔ)水箱的上部與下部還分別設(shè)置進(jìn)水端與排水端，進(jìn)水端與排水端分別設(shè)置進(jìn)水閥和排水閥，所述儲(chǔ)水箱的外壁設(shè)置散熱器；儲(chǔ)水箱、換熱工質(zhì)通道及管道內(nèi)注滿(mǎn)換熱工質(zhì)，儲(chǔ)水箱、換熱工質(zhì)通道及管道形成循環(huán)回路且與外界保持氣密性；儲(chǔ)水箱設(shè)置于光伏電池組件的后方，儲(chǔ)水箱的底部高于換熱工質(zhì)通道的底部。

優(yōu)選地，所述光伏電池組件與鋁合金換熱器之間設(shè)置導(dǎo)熱硅脂。

優(yōu)選地，所述光伏電池組件傾斜固定，所述儲(chǔ)水箱底部比換熱工質(zhì)通道底端高出光伏電池組件垂直高度的1/4以上。

優(yōu)選地，所述光伏電池組件的后上方設(shè)置遮陽(yáng)板，所述遮陽(yáng)板遮蓋鋁合金換熱器及儲(chǔ)水箱。

優(yōu)選地，所述鋁合金換熱器內(nèi)設(shè)置多個(gè)換熱工質(zhì)通道。

優(yōu)選地，所述儲(chǔ)水箱并聯(lián)多個(gè)換熱工質(zhì)通道。

優(yōu)選地，所述換熱工質(zhì)通道的截面為多邊形或圓形。

優(yōu)選地，所述換熱工質(zhì)通道為直通道或曲通道。

優(yōu)選地，所述鋁合金換熱器上方設(shè)置換熱翅片，所述換熱翅片與鋁合金換熱器一體成型。

優(yōu)選地，所述管道為金屬管道，所述金屬管道外壁上設(shè)置散熱翅片。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果：

1、整個(gè)循環(huán)水冷散熱降溫裝置沒(méi)有電動(dòng)部件，無(wú)需額外提供功率開(kāi)銷(xiāo)，確保光伏電池組件因散熱降溫所增加的功率輸出為凈增加的功率，并且其長(zhǎng)期效益大于因采取散熱降溫措施所增加的投入，從而使光伏組件散熱降溫具有現(xiàn)實(shí)意義；

2、散熱降溫裝置沒(méi)有電動(dòng)部件，安裝方便，自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需維護(hù)，成本低；

3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，投入回收快；

4、儲(chǔ)水箱和管路構(gòu)成閉合回路，水或其他工質(zhì)在回路中循環(huán)流動(dòng)，可以節(jié)約水資源；

5、對(duì)光伏組件散熱降溫效果顯著，有效提升了光伏電池的發(fā)電效率；

6、通過(guò)本發(fā)明的循環(huán)水冷降溫，使光伏電池工作于環(huán)境溫度或略高于環(huán)境溫度之下，可有效延長(zhǎng)光伏電池的使用壽命；

本發(fā)明利用水等換熱工質(zhì)加熱對(duì)流原理，采用閉路循環(huán)水路結(jié)構(gòu)，無(wú)需水泵，不消耗電能，大大簡(jiǎn)化了循環(huán)水冷的結(jié)構(gòu)，降低了太陽(yáng)能光伏電池溫度，有效提升光伏電池發(fā)電效能，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，上述各技術(shù)特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實(shí)施例，均視為本發(fā)明說(shuō)明書(shū)記載的范圍；并且，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本說(shuō)明書(shū)所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱(chēng)為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本說(shuō)明書(shū)所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類(lèi)似的表述只是為了說(shuō)明的目的。

除非另有定義，本說(shuō)明書(shū)所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本說(shuō)明書(shū)中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是用于限制本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，實(shí)施例一，一種光伏電池組件用節(jié)能型水冷散熱降溫裝置，光伏電池組件1的背面設(shè)置鋁合金換熱器3，所述鋁合金換熱器3內(nèi)設(shè)置換熱工質(zhì)通道4，所述換熱工質(zhì)通道4的上下兩端均以管道6分別聯(lián)通儲(chǔ)水箱7的上部和下部，所述換熱工質(zhì)通道4的上端與管道6連接處設(shè)置一排氣閥5，所述儲(chǔ)水箱7的上部與下部還分別設(shè)置進(jìn)水端與排水端，進(jìn)水端與排水端分別設(shè)置進(jìn)水閥9和排水閥10，所述儲(chǔ)水箱7的外壁設(shè)置散熱器8；儲(chǔ)水箱7、換熱工質(zhì)通道4及管道6內(nèi)注滿(mǎn)換熱工質(zhì)，儲(chǔ)水箱7、換熱工質(zhì)通道4及管道6形成循環(huán)回路且與外界保持氣密性；儲(chǔ)水箱7設(shè)置于光伏電池組件1的后方，儲(chǔ)水箱7的底部高于換熱工質(zhì)通道4的底部。

例如，所述光伏電池組件1傾斜固定，所述儲(chǔ)水箱7底部比換熱工質(zhì)通道4底端高出光伏電池組件1垂直高度的1/4以上；優(yōu)選地，所述光伏電池組件1傾斜度設(shè)置為45度，儲(chǔ)水箱7的頂部抵于換熱工質(zhì)管道6的頂部，所述管道6與儲(chǔ)水箱7連接片設(shè)置過(guò)濾片，用于過(guò)濾雜質(zhì)。

優(yōu)選地，所述光伏電池組件1的后上方設(shè)置遮陽(yáng)板11，所述遮陽(yáng)板11遮蓋鋁合金換熱器3及儲(chǔ)水箱7；例如，所述遮陽(yáng)板11一端固定于光伏電池組件1與鋁合金換熱器3的連接處，既不遮擋光伏電池組件1的正常工作，又減少了對(duì)鋁合金換熱器3及儲(chǔ)水箱7直射。

優(yōu)選地，所述光伏電池組件1與鋁合金換熱器3之間設(shè)置導(dǎo)熱硅脂2。

本發(fā)明的工作原理：首先打開(kāi)排氣閥5，關(guān)閉排水閥10，打開(kāi)進(jìn)水閥9，將換熱工質(zhì)例如水，充滿(mǎn)儲(chǔ)水箱7及整個(gè)循環(huán)回路，然后關(guān)閉排氣閥5和進(jìn)水閥9，此時(shí)水冷散熱降溫裝置即可工作。

白天有光照時(shí)，太陽(yáng)能電池板發(fā)電，同時(shí)光伏電池組件1溫度上升，通過(guò)熱傳導(dǎo)將熱量從光伏電池組件1傳遞給鋁合金換熱器3，換熱工質(zhì)通過(guò)鋁合金換熱器3時(shí)經(jīng)過(guò)熱交換將熱量帶走。因換熱工質(zhì)受熱密度下降，故換熱工質(zhì)將沿循環(huán)回路上行，并逐步移入儲(chǔ)水箱7，儲(chǔ)水箱7內(nèi)換熱工質(zhì)經(jīng)過(guò)散熱器8散熱后溫度降低，密度變大，將逐步下沉到水箱底部，因此越靠近水箱底部，換熱工質(zhì)溫度就越低。經(jīng)過(guò)散熱降溫以后的低溫?fù)Q熱工質(zhì)將沿下面管道6進(jìn)入換熱器的底部，并不斷循環(huán)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到不斷對(duì)光伏電池組件1進(jìn)行散熱降溫的目的。在此過(guò)程中，換熱工質(zhì)循環(huán)運(yùn)動(dòng)靠的是換熱工質(zhì)熱脹上升、冷縮下降的原理，無(wú)需額外提供動(dòng)力，因此達(dá)到節(jié)能的目的，使得光伏電池組件1因散熱降溫所增加的功率輸出為凈增加的功率，并且其長(zhǎng)期效益大于因采取散熱降溫措施所增加的投入，從而使得本發(fā)明所提出的光伏電池組件1散熱降溫裝置產(chǎn)生明顯的正效益，具有現(xiàn)實(shí)可行性。

夜間環(huán)境溫度處于低谷，儲(chǔ)水箱7內(nèi)溫度較高的換熱工質(zhì)通過(guò)散熱器8可將其白天聚集的熱量充分散發(fā)到空氣中，獲得低溫?fù)Q熱工質(zhì)供白天對(duì)光伏電池組件1降溫使用。

例如某品牌300W單晶硅太陽(yáng)能電池板，其參數(shù)為：

型號(hào)：SFM-300M

峰值功率（Pmax）:300W

峰值電壓(Vmp):36V

開(kāi)路電壓(Voc):43.2V

峰值電流(Imp):8.33A

短路電流(Isc):9.17A

太陽(yáng)能電池板工作環(huán)境：-40攝氏度至+85攝氏度

最大系統(tǒng)電壓：1000V DC(IEC)/600V DC(UL)

二極管：6 by pass

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（環(huán)境）：輻照度1000W/m²

環(huán)境溫度25攝氏度，AM=1.5

太陽(yáng)能電池片：?jiǎn)尉Ч?56*156mm

電池片數(shù)量：72(6*12)

外形尺寸：1956*992*50mm

重量：23.7Kgs

玻璃：3.2mm(0.13inches)超白布紋鋼化玻璃

邊框：所采用的鋁合金邊框具有高強(qiáng)度，抗機(jī)械沖擊能力強(qiáng)

接線盒:IP65rated輸出電纜:4.0平方毫米,長(zhǎng)度:900毫米

該型號(hào)電池板面積為1.94 m2，光伏電池有效面積約為1.66m2,鋁合金換熱器的底部面積約為1.8 m2。

在本發(fā)明的散熱降溫裝置作用下，光伏電池的溫度將從65℃下降至環(huán)境溫度40°C左右，下降25℃，則光伏電池的功率將提升（0.4%—0.6%）Pm/℃?ΔT=（0.4%—0.6%）?300/℃?30℃=30--45W，功率提升約10%--15%，光伏電池效率提升1.8%--2.7%，效果明顯。

某地年平均日照時(shí)間為1800小時(shí)，投資建設(shè)50kW小型樓頂太陽(yáng)能光伏電站，采用本發(fā)明投資2.5萬(wàn)元建設(shè)光伏電池板節(jié)能型水冷散熱降溫裝置，則提升發(fā)電功率按最低10%計(jì)算，提升5kW，則每年增加發(fā)電量5*1800=9000度，根據(jù)國(guó)家新能源發(fā)電并網(wǎng)政策，每年增加收益約9000元，只需2年10個(gè)月即可收回該項(xiàng)投資。

實(shí)施例二，與實(shí)施例一不同之處在于，所述鋁合金換熱器3內(nèi)設(shè)置多個(gè)換熱工質(zhì)通道4，所述多個(gè)換熱工質(zhì)通道4均連接同一儲(chǔ)水箱7，所述儲(chǔ)水箱7的大小由連接換熱工質(zhì)通道4的多少確定，儲(chǔ)水箱7的容積大于換熱工質(zhì)通道4的容積之和。

優(yōu)選地，所述儲(chǔ)水箱7并聯(lián)多個(gè)鋁合金換熱器3內(nèi)的換熱工質(zhì)通道4。

優(yōu)選地，所述換熱工質(zhì)通道4的截面為多邊形。

優(yōu)選地，所述換熱工質(zhì)通道4為曲通道。

優(yōu)選地，所述鋁合金換熱器3上方設(shè)置換熱翅片，所述換熱翅片與鋁合金換熱器3一體成型。

優(yōu)選地，所述管道6為金屬管道6，所述金屬管道6外壁上設(shè)置散熱翅片。

需要說(shuō)明的是，上述各技術(shù)特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實(shí)施例，均視為本發(fā)明說(shuō)明書(shū)記載的范圍；并且，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。