一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置

本公开涉及太阳能光伏发电领域，具体涉及一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置。

背景技术：

1、近年来，环保意识和可再生能源的重要性逐渐被人们认识到，太阳能作为主要的再生能源之一，逐渐在船舶领域得到了应用，主要应用于船舶电力动力系统或应用于船舶供电或热水供应与供暖。一方面，太阳能在船舶电力动力系统的应用中，在阳光照射下，太阳能光子击中太阳能光伏板上的材料，将流动的电子转变为电流，输送到蓄电池组中，通过电机驱动船舶前进；第二方面，船舶上的各种电力设备如灯光、导航、通讯、雷达等都需要电能支持，传统需要通过内燃机或蓄电池提供电能，而利用太阳能光伏板和发电装置可以直接将太阳能转化为电能，以满足船舶上的电能需求，太阳能光伏发电具有无噪声、低成本维度等优点，可以有效减少船舶的运营成本和环境污染。另一方面，船舶上的居住和生活用水需求巨大，传统上需要通过燃料或发动机余热供应，而太阳能光伏发电可实现余热利用，提供供暖和热水等功能，节能环保，可以有效减少船舶的能源消耗和排放。

2、此外，太阳能应用于水上太阳能光伏发电也得到广泛关注，如海洋、湖泊等水上太阳能光伏发电应用；水上光伏发电电站，不占用耕地、林地、一般农用地等稀缺土地资源，能够提高水域附加值；可以提高发电量约7%～12%：光伏组件倾斜面上的辐射量由太阳直接辐射量、散射辐射量、反射辐照量组成，而水面的反射率约为0.6%，远高于地面、草地等环境的反射率，经测试评估光伏组件倾斜面上的总辐射量比地面提高约1.5%；同时，水域的气温变化相对较小，夏季水体的冷却效应，可抑制光伏组件表面温度的上升，提高发电量。

3、虽然太阳能光伏发电在于水上太阳能光伏发电和船舶上的应用具有许多优势，但也存在一些技术难点，如太阳能光伏发电是通过光电效应将太阳能转换为电能，光电转换效率极限约为30％，实际转换效率为10％～26％，其余大部分太阳能则以热能形式散失，导致太阳能光伏电池温度升高，降低太阳能光伏电板的发电效率；另一方面，太阳能光伏板吸收太阳能过程中，其内部的半导体和电子元件工作发热，也会导致太阳能光伏板背板的温度过高使其光电转化效率过低，甚至在高温下还会发生停止发电工作。

4、现有技术有采用被动冷却和主动冷却的方法降低太阳能光伏板背板的温度，在太阳能板的降温技术中，常采用加装风扇增强对流，或加装喷水装置进行喷水主动冷却，其耗功量较大，且换热效果有限，实用性和经济性不高。

技术实现思路

1、本公开提供一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，以提高太阳能光伏板的换热效率及光热转化率。本公开的技术方案如下：

2、一方面，本公开提供了一种具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置，包括硅晶片、微通道换热管道；其中，所述微通道换热管道包括绝热连接管、微通道换热管道的冷凝端、微通道换热管道的蒸发端，所述微通道换热管道的蒸发端与所述硅晶片紧紧贴合构成整体结构；所述微通道换热管道的蒸发端通过所述绝热连接管与所述微通道换热管道的冷凝端连接；所述微通道换热管道的冷凝端固定在所述硅晶片上方；

3、所述微通道换热管道内具有挤出一体成形的多个微通道；所述微通道为梯形微通道；

4、所述梯形微通道的内壁具有v型沟槽；

5、所述多个梯形微通道之间具有蚀刻的毛细多孔结构；所述多个梯形微通道通过所述毛细多孔结构连接；

6、所述梯形微通道中填充有液体工质。

7、在一些实施例中，所述微通道换热管道的冷凝端还连接有换热器；

8、在一些实施例中，所述微通道换热管道的冷凝端直接放入海水或湖泊中；

9、根据一些实施例，所述微通道换热管道为铝质管道；

10、根据一些实施例，所述液体工质的最佳充液率为75%~100%，以微通道换热管道的蒸发端中微通道中液体工质的体积与微通道换热管道的蒸发端中微通道的总体积比进行计算；

11、根据一些实施例，所述液体工质为有机乙醇、甲醇、丙酮、液氨中的一种；

12、优选的，所述液体工质为有机乙醇；

13、所述梯形微通道的大小为0.2~5mm；优选的，所述梯形微通道的大小为1mm；

14、所述v型沟槽的大小为0.01~1.5mm；优选的，所述v型沟槽的大小为0.5mm；

15、所述毛细多孔结构的大小为0.005~0.2mm；优选的，所述毛细多孔结构的大小为0.1mm；

16、所述梯形通道的大小以底边边长为测量依据；所述v型沟槽的大小以v型沟槽开口侧之间的距离为测量依据；所述毛细多孔结构的大小以孔最大直径为测量依据。

17、所述梯形微通道是通过挤出成形的制备工艺，将铝质材料挤成内壁具有v型沟槽的梯形微通道，具体步骤如下：

18、s1：将铝材料坯放入挤压机的料斗中；

19、s2：通过挤出机的运转，加热使铝材料坯软化并达到挤出状态，熔化的铝材被挤到机筒内并进行搅拌和加热，以确保铝材均匀熔化和混合；

20、s3：熔化的铝材被挤出机推至挤出头部分，挤出头包含一个挤出圆形或异形v型沟槽模具，通过调整模具的形状和尺寸，调整最终产品的形状和尺寸，在挤出过程中，铝材被挤压流入模具中，逐渐冷却和固化；

21、s4：冷却固化的铝材被切割、修整和表面处理，形成最终的内壁具有v型沟槽的圆形或异形微通道。

22、通过挤出成型的制备工艺制备的内壁具有v型沟槽的梯形微通道是一体成型的，所述挤出成型也称为挤出一体成型。

23、所述毛细多孔结构的制备工艺如下：

24、s5：将s4中制备的梯形微通道作为基底，通过溅射、化学气相沉积在基底上制备一层薄膜；

25、s6：利用光刻技术在薄膜上形成所需的多孔微通道图案；

26、s7：将制好的薄膜置于电解质溶液中，通过施加电压，使电解质在薄膜上发生电化学反应，从而蚀刻出微通道；

27、s8：蚀刻完成后，去除多余的薄膜，暴露出微通道。

28、s9：用去离子水清洗微通道，去除残留的蚀刻液和杂质，根据腐蚀环境，在微通道多孔结构表面涂覆一层铬以增强通道抗氧化性。

29、所述具有微通道换热结构的高效太阳能光伏板发电装置应用于水上太阳能光伏发电或应用于船舶电力动力系统或应用于船舶供电或应用于船舶热水供应与供暖。

30、本公开的技术方案至少带来以下有益效果：

31、本公开技术方案中将微通道换热管道的蒸发端通过绝热连接管与微通道换热管道的冷凝端连接，实现了微通道换热管道的蒸发端与微通道换热管道的冷凝端的分离，微通道换热管道的冷凝端释放出的热量不会影响硅晶片的工作温度；微通道换热管道的蒸发端与所述硅晶片紧紧贴合构成整体结构，使硅晶片被微通道换热管道的蒸发端包围，有利于硅晶片背面温度更加均匀，不会因为局部温度过高影响光电转化效率；

32、通过“微通道换热管道的冷凝端固定在所述硅晶片上方”形成分体式重力热管，形成的分体式重力热管，可以适应各种传热场合以及不同形状的太阳能光伏板设计，其结构更为紧凑、换热效率高、功耗低。

33、本公开技术方案中通过挤出一体成形的内壁具有v型沟槽的多个异形微通道，多个异形微通道之间蚀刻的毛细多孔结构，既增加了换热面积，又增加了绕流，强化了换热，提高系统效率，降低能耗。

34、本公开技术方案中使用有机乙醇为液体工质，能够保证微通道换热管道内不出现干涸现象，能够更快地散热，有利于降低硅晶片的温度；并且乙醇也不会对环境造成污染，可以在充足的太阳光下，有效地降低硅晶片的背部温度，使其在最适工作温度范围内，达到最大的工作效率。

35、本公开技术方案中通过微通道换热管道中液体工质自身从液体蒸发到蒸汽再凝结成液体的相变作用带走了硅晶片工作产生的热量，使硅晶片的温度下降到正常工作温度，从而提高太阳能光伏板的光电转化效率。本公开不需要提供外在的能量，节约了资源，避免了能源的浪费。

36、本公开技术方案中通过微通道换热管道的冷凝端连接有换热器，实现了太阳能光伏板的余热利用，提高了能量利用效率，能够应用于船舶供电或应用于船舶热水供应与供暖。

37、本公开技术方案中通过将微通道换热管道的冷凝端直接放入海水或湖泊中，充分利用渔业养殖水面的空间资源，利用水面天然的冷源对硅晶片降温，提高光伏转化效率，能够应用于水上太阳能光伏发电与船舶电力动力系统。