一种光伏电池组件用节能型水冷散热降温装置的制作方法

本发明涉及光伏领域，尤其涉及一种光伏电池组件用节能型水冷散热降温装置。

背景技术：

太阳能电池是太阳能光伏发电系统的核心，光伏组件投资成本占初始投资的50%～60%。光伏电池组件效率的提升、制造工艺的进步以及原材料价格下降等因素都会导致光伏发电成本的下降。有关测算表明，光伏组件效率提升1%，约相当于光伏发电系统价格下降17%。目前多晶及单晶太阳能电池产业化平均效率分别为18.3%和19.5%，但光伏电池效率提升非常困难，沿着原有技术方向继续提高常规太阳电池效率需要花费更大精力与财力，要在短期内取得重大突破、效率获得大幅度提升是不现实的。

光伏电池受温度等环境因素影响很大，当温度升高时，光伏电池输出电压将下降，一般温度每升高1，电压值下降约2~3mV。对硅太阳电池多年的研究数据表明碑,单晶硅电池对温度上升反应十分明显,温度每提高1度,功率输出相对减少0.4%- - 0.5%,甚至达到0.73%- - 0.75%,多晶硅电池温度系数在一0.3%左右。相应的太阳电池效率同比下降。夏季情况下,一般太阳电池的输出功率将比标准状况低15%- -30%。

为了充分利用太阳电池材料与工艺己有研究成果,从改善太阳电池的工作条件入手,通过工程热物理方法对太阳电池进行冷却,抑制太阳电池的温升,使太阳电池实际工作时保持较高的效率,是提高太阳电池效率的另一条有效途径。

根据经验公式：Tcell=Tambient+0.03*Irad，太阳能电池板温度一般稳定在环境温度以上10一30℃,一般而言电池温度将在60℃以下。但是在通风不良的情况下,板温甚至可能达到80℃。这种情况下除温度上升带来输出能量和效率的下降外,电池组件的失配也将造成整个系统的电压和电流的降低,甚至由于恶性循环导致热斑造成太阳电池的损坏。

因此，降低光伏电池温度充分发挥其宝贵的已有效能，潜力巨大，对于提升光伏电池实际应用中的效率、减轻光伏电池失效老化和损坏、延长光伏电池的寿命具有重要意义，所需付出的成本很低，商业前景广阔。

现有技术中，如：主动式冷却太阳能光伏发电系统-发明-黄兴博。该发明采用循环水冷降温方式，采用了水泵，需要额外功率开销；一种多倍叠聚光太阳能光伏发电装置，--发明，黄光玉，该发明采用循环水冷降温方式，管路上设有水泵，需要额外的能量开销；一种光伏电站组件用自动降温装置-发明，勾宪芳 范维涛。该发明需要高压泵；一种太阳能光伏发电温度维持系统-发明，陈康生，该发明采用循环水冷方式，以地源和水箱作为降温源，需要3个循环泵，需要额外动力开销，结构复杂；一种光伏组件降温系统-发明，唐玉敏，该发明将光伏发电与工质制冷系统结合，需要压缩机等，结构复杂、技术要求高，额外功率开销非常大；一种光伏组件降温装置-发明，高茜，该发明采用循环水冷降温方式，需要水泵和控制器、电动阀等，需要提供额外功率开销；太阳能光伏电池板循环水冷降温装置--发明，方波等，该发明采用循环水冷降温方式，需要水泵，需要额外功率开销。

以上专利中均需要水泵或压缩机等动力，需要提供额外功率开销，扣除额外提供的动力开销，整体功率提升效果十分有限，甚至由于光伏电池降温所提升的功率还不及额外提供的功率开销，得不偿失。

如：铝合金背板太阳电池组件—发明、发明，申请人：秦红，沈辉等，该发明和发明用铝合金代替目前使用的TPT背板材料作为光伏组件的背板，该发明是改变光伏电池组件本身的结构设计，需要建立一整套这种新型光伏组件的制造封装材料、工艺和设备体系和生产线，造价昂贵；复合型太阳能光伏界面与太阳能热管集成装置-发明，发明人：陈穗，该发明是一种将光伏界面和太阳能热管集成一体的装置，光伏发电和热量采集可以同时进行，但二者效果均不理想，该发明没有说明如何进行热量采集；光伏发电系统太阳能电池组件水冷降温装置，发明，贺剑雄，该发明直接接自来水管道，依靠管道自身的水压进行循环水冷降温，不需要额外动力开销。但是需要不断消耗大量的水资源，成本高；一种利用自然低温热源光伏建筑双向降温-发明，薛黎明，该发明用于BIPV,以空气作为传热介质，采用地下低温热源通过空气流通通道进行降温，不需要额外动力，但结构复杂，工程量大、占地面积大，传热降温效果不理想；蓄冷降温式太阳电池组件，发明、发明，秦红，该发明和发明在光伏电池板背部设置冷却介质容器，内盛冷却介质，冷却介质白天有光照时以对流方式吸收光伏电池的热量，对光伏电池进行散热降温，夜间利用自然温差释放热量；该发明不需要水泵等动力开销，但保温装置的保温门的开闭需要微型电机驱动，仍然需要一定的额外功率开销，且需要保温结构，结构复杂，体积庞大，维护不便，成本高。

现有技术存在缺陷，需要改进。

技术实现要素：

为了解决现在技术存在的缺陷，本发明提供了一种光伏电池组件用节能型水冷散热降温装置。

本发明提供的技术文案，一种光伏电池组件用节能型水冷散热降温装置，光伏电池组件的背面设置铝合金换热器，所述铝合金换热器内设置换热工质通道，所述换热工质通道的上下两端均以管道分别联通储水箱的上部和下部，所述换热工质通道的上端与管道连接处设置一排气阀，所述储水箱的上部与下部还分别设置进水端与排水端，进水端与排水端分别设置进水阀和排水阀，所述储水箱的外壁设置散热器；储水箱、换热工质通道及管道内注满换热工质，储水箱、换热工质通道及管道形成循环回路且与外界保持气密性；储水箱设置于光伏电池组件的后方，储水箱的底部高于换热工质通道的底部。

优选地，所述光伏电池组件与铝合金换热器之间设置导热硅脂。

优选地，所述光伏电池组件倾斜固定，所述储水箱底部比换热工质通道底端高出光伏电池组件垂直高度的1/4以上。

优选地，所述光伏电池组件的后上方设置遮阳板，所述遮阳板遮盖铝合金换热器及储水箱。

优选地，所述铝合金换热器内设置多个换热工质通道。

优选地，所述储水箱并联多个换热工质通道。

优选地，所述换热工质通道的截面为多边形或圆形。

优选地，所述换热工质通道为直通道或曲通道。

优选地，所述铝合金换热器上方设置换热翅片，所述换热翅片与铝合金换热器一体成型。

优选地，所述管道为金属管道，所述金属管道外壁上设置散热翅片。

相对于现有技术的有益效果：

1、整个循环水冷散热降温装置没有电动部件，无需额外提供功率开销，确保光伏电池组件因散热降温所增加的功率输出为净增加的功率，并且其长期效益大于因采取散热降温措施所增加的投入，从而使光伏组件散热降温具有现实意义；

2、散热降温装置没有电动部件，安装方便，自动运行，无需维护，成本低；

3、结构简单，造价低廉，投入回收快；

4、储水箱和管路构成闭合回路，水或其他工质在回路中循环流动，可以节约水资源；

5、对光伏组件散热降温效果显著，有效提升了光伏电池的发电效率；

6、通过本发明的循环水冷降温，使光伏电池工作于环境温度或略高于环境温度之下，可有效延长光伏电池的使用寿命；

本发明利用水等换热工质加热对流原理，采用闭路循环水路结构，无需水泵，不消耗电能，大大简化了循环水冷的结构，降低了太阳能光伏电池温度，有效提升光伏电池发电效能，具有良好的市场应用价值。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图1所示，实施例一，一种光伏电池组件用节能型水冷散热降温装置，光伏电池组件1的背面设置铝合金换热器3，所述铝合金换热器3内设置换热工质通道4，所述换热工质通道4的上下两端均以管道6分别联通储水箱7的上部和下部，所述换热工质通道4的上端与管道6连接处设置一排气阀5，所述储水箱7的上部与下部还分别设置进水端与排水端，进水端与排水端分别设置进水阀9和排水阀10，所述储水箱7的外壁设置散热器8；储水箱7、换热工质通道4及管道6内注满换热工质，储水箱7、换热工质通道4及管道6形成循环回路且与外界保持气密性；储水箱7设置于光伏电池组件1的后方，储水箱7的底部高于换热工质通道4的底部。

例如，所述光伏电池组件1倾斜固定，所述储水箱7底部比换热工质通道4底端高出光伏电池组件1垂直高度的1/4以上；优选地，所述光伏电池组件1倾斜度设置为45度，储水箱7的顶部抵于换热工质管道6的顶部，所述管道6与储水箱7连接片设置过滤片，用于过滤杂质。

优选地，所述光伏电池组件1的后上方设置遮阳板11，所述遮阳板11遮盖铝合金换热器3及储水箱7；例如，所述遮阳板11一端固定于光伏电池组件1与铝合金换热器3的连接处，既不遮挡光伏电池组件1的正常工作，又减少了对铝合金换热器3及储水箱7直射。

优选地，所述光伏电池组件1与铝合金换热器3之间设置导热硅脂2。

本发明的工作原理：首先打开排气阀5，关闭排水阀10，打开进水阀9，将换热工质例如水，充满储水箱7及整个循环回路，然后关闭排气阀5和进水阀9，此时水冷散热降温装置即可工作。

白天有光照时，太阳能电池板发电，同时光伏电池组件1温度上升，通过热传导将热量从光伏电池组件1传递给铝合金换热器3，换热工质通过铝合金换热器3时经过热交换将热量带走。因换热工质受热密度下降，故换热工质将沿循环回路上行，并逐步移入储水箱7，储水箱7内换热工质经过散热器8散热后温度降低，密度变大，将逐步下沉到水箱底部，因此越靠近水箱底部，换热工质温度就越低。经过散热降温以后的低温换热工质将沿下面管道6进入换热器的底部，并不断循环运动，从而达到不断对光伏电池组件1进行散热降温的目的。在此过程中，换热工质循环运动靠的是换热工质热胀上升、冷缩下降的原理，无需额外提供动力，因此达到节能的目的，使得光伏电池组件1因散热降温所增加的功率输出为净增加的功率，并且其长期效益大于因采取散热降温措施所增加的投入，从而使得本发明所提出的光伏电池组件1散热降温装置产生明显的正效益，具有现实可行性。

夜间环境温度处于低谷，储水箱7内温度较高的换热工质通过散热器8可将其白天聚集的热量充分散发到空气中，获得低温换热工质供白天对光伏电池组件1降温使用。

例如某品牌300W单晶硅太阳能电池板，其参数为：

型号：SFM-300M

峰值功率（Pmax）:300W

峰值电压(Vmp):36V

开路电压(Voc):43.2V

峰值电流(Imp):8.33A

短路电流(Isc):9.17A

太阳能电池板工作环境：-40摄氏度至+85摄氏度

最大系统电压：1000V DC(IEC)/600V DC(UL)

二极管：6 by pass

测试标准（环境）：辐照度1000W/m²

环境温度25摄氏度，AM=1.5

太阳能电池片：单晶硅156*156mm

电池片数量：72(6*12)

外形尺寸：1956*992*50mm

重量：23.7Kgs

玻璃：3.2mm(0.13inches)超白布纹钢化玻璃

边框：所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强

接线盒:IP65rated输出电缆:4.0平方毫米,长度:900毫米

该型号电池板面积为1.94 m2，光伏电池有效面积约为1.66m2,铝合金换热器的底部面积约为1.8 m2。

在本发明的散热降温装置作用下，光伏电池的温度将从65℃下降至环境温度40°C左右，下降25℃，则光伏电池的功率将提升（0.4%—0.6%）Pm/℃∗ΔT=（0.4%—0.6%）∗300/℃∗30℃=30--45W，功率提升约10%--15%，光伏电池效率提升1.8%--2.7%，效果明显。

某地年平均日照时间为1800小时，投资建设50kW小型楼顶太阳能光伏电站，采用本发明投资2.5万元建设光伏电池板节能型水冷散热降温装置，则提升发电功率按最低10%计算，提升5kW，则每年增加发电量5*1800=9000度，根据国家新能源发电并网政策，每年增加收益约9000元，只需2年10个月即可收回该项投资。

实施例二，与实施例一不同之处在于，所述铝合金换热器3内设置多个换热工质通道4，所述多个换热工质通道4均连接同一储水箱7，所述储水箱7的大小由连接换热工质通道4的多少确定，储水箱7的容积大于换热工质通道4的容积之和。

优选地，所述储水箱7并联多个铝合金换热器3内的换热工质通道4。

优选地，所述换热工质通道4的截面为多边形。

优选地，所述换热工质通道4为曲通道。

优选地，所述铝合金换热器3上方设置换热翅片，所述换热翅片与铝合金换热器3一体成型。

优选地，所述管道6为金属管道6，所述金属管道6外壁上设置散热翅片。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。