[發(fā)明專利]一種帶有多孔泡沫金屬換熱結(jié)構(gòu)的太陽能光伏光熱集熱器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711046106.5
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107917542B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設計）人: 施娟;林凱威;陳振乾
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: F24S20/00
• 分類號: F24S20/00;F24S10/70;F24S80/00;H02S40/42
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種帶有多孔泡沫金屬換熱結(jié)構(gòu)的太陽能光伏光熱集熱器，該集熱器采用上下雙冷卻通道結(jié)構(gòu)，并結(jié)合多孔泡沫金屬層(6)進行換熱強化，降低了太陽能光伏元件的溫度，提高光伏元件發(fā)電效率，同時將太陽能光伏元件所產(chǎn)生的大量熱量及時傳遞給冷卻氣體，冷卻氣體從集熱器出氣口(11)排出后可以用于預熱、干燥或者室內(nèi)供暖等用途。本發(fā)明所使用的泡沫金屬具有高熱導率及高比表面積，可以有效地改善傳統(tǒng)太陽能光伏光熱集熱器的冷卻效率，并且采用下進上出的流式，使得換熱過程接近逆流換熱，換熱效率達到最高。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種帶有多孔泡沫金屬換熱結(jié)構(gòu)的太陽能光伏光熱集熱器，屬于太陽能集熱器領域。

背景技術(shù)

太陽能取之不盡用之不竭，是目前應用前景較好的可再生能源之一，太陽能的利用方式主要有光伏發(fā)電和光熱利用兩種方式；光伏發(fā)電機組的發(fā)電效率通常在12％～17％，剩余的大部分太陽輻射將會轉(zhuǎn)換為熱能的形式，而其中的一部分熱能將被光伏元件吸收導致光伏元件溫度上升，然而光伏元件的發(fā)電效率隨著光伏元件溫度的上升而下降，因此光伏電池冷卻裝置的研究意義重大。目前光伏元件主要利用自然對流或者受迫對流的方式進行冷卻，同時普通的電池冷卻過程中被加熱的空氣沒有被重復利用，從而使得機組整體效率偏低。

太陽能光伏光熱集熱器可以利用太陽能的光伏及光熱的綜合效應，在光伏電池組件進行發(fā)電的同時，使用流體對光伏電池組件冷卻，得到部分低位熱源，并加以利用。目前只有空氣介質(zhì)的太陽能光伏光熱集熱器得到商用，而液體冷卻的太陽能光伏光熱集熱器還處于實驗階段。

泡沫金屬由剛性骨架和內(nèi)部孔洞組成，泡沫金屬具有多孔、強度高、密度小、散熱性能良好、高比表面積等優(yōu)點，該材料自研制以來被廣泛應用于元件散熱領域，利用泡沫金屬強化對流傳熱，可以極大地提高換熱能力。

目前的氣體型太陽能光伏光熱集熱器多采用單通道的普通對流冷卻形式，主要的問題有：氣體流速高但對流換熱系數(shù)低；采用單通道的換熱流程較短，冷卻氣體無法進行高效換熱。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種帶有多孔泡沫金屬換熱結(jié)構(gòu)的太陽能光伏光熱集熱器，該集熱器可以有效的提高光伏元件的散熱能力，提高光伏元件的發(fā)電效率；同時可以將太陽能光伏元件所產(chǎn)生的大量熱量及時傳遞給冷卻氣體，冷卻氣體可以用于預熱、干燥或者室內(nèi)供暖等用途，從而提高機組的整體熱效率。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種帶有多孔泡沫金屬換熱結(jié)構(gòu)的太陽能光伏光熱集熱器，該集熱器包括集熱腔體，所述集熱腔體的側(cè)壁為金屬框、頂部為玻璃蓋板、底部為保溫層，所述集熱腔體的同一側(cè)壁處設置有集熱器進氣口和集熱器出氣口；自集熱腔體的底部向上依次設置有保溫層和吸熱層，在吸熱層上分布有泡沫金屬層，在泡沫金屬層上表面上從下至上依次設置有導熱基板和光伏電池元件，在光伏電池元件的上表面設置有聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物膠膜即EVA膠膜，所述EVA膠膜將集熱腔體分隔為上下兩個末端相連通的腔體，即下冷卻通道和上冷卻通道，且下冷卻通道與集熱器進氣口相連，上冷卻通道與集熱器出氣口相連。

其中：

所述在吸熱層上分布有泡沫金屬層,泡沫金屬層在吸熱層上呈現(xiàn)矩形陣列式分布。

所述的光伏電池元件采用單晶硅或多晶硅構(gòu)成，其厚度為200～350um。

所述的導熱基板的材料為鋁材或銅材，其厚度為2～3mm。

所述的泡沫金屬層的材料為鋁、鎳及其合金，其厚度為5～7mm，其孔隙直徑為100μm～1mm。

所述的泡沫金屬層的材料采用支撐燒結(jié)法、粉末加壓發(fā)泡法制備。

所述的光伏電池元件、導熱基板和泡沫金屬層三者長寬尺寸一致，且三者通過高溫熔制或真空燒結(jié)的方法結(jié)合為一體。

所述的吸熱層材料為全鋁、全銅或者銅鋁復合材料。