一种相变储能与烟囱效应协同作用的太阳能光伏系统

1.本发属于及太阳能光伏发电技术领域，特别涉及一种相变储能与烟囱效应协同作用的太阳能光伏系统。


背景技术：

2.随着人们对可再生能源的需求越来越高,对太阳能应用的研究也越来越多，作为最常见的太阳能装置，太阳能光伏板的研究也逐渐成熟，目前已知光伏板的发电效率随着自身温度的升高而减少，如何有效地降低光伏板的工作温度，成为提高光伏板效益的关键性问题。目前，主动式降温是最为常见的光伏板降温方式，采用外部风机或水循环系统通过对流的方式能够显著地降低光伏板的温度。但主动式降温需要额外的设备装置，就不可避免地造成能源和设备的损耗。另外，国家大力倡导节能减排政策，鼓励使用可再生能源。
3.鉴于上述背景,如果能够将具有储能作用的相变材料与烟囱效应结合起来，开发出一种被动式散热太阳能光伏系统，则既能有效降低光伏板的工作温度，提高光电转换效率，又能满足国家的节能减排政策。但是由于存在着较多的技术困难，目前这一产品还未出现。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种相变储能与烟囱效应协同作用的太阳能光伏系统，以解决上述技术问题。
5.本发明提供如下的技术方案：
6.一种相变储能与烟囱效应协同作用的太阳能光伏系统，包括：太阳能光伏板、相变储能材料、圆台形风道、材料容器和导热硅脂；相变储能材料置于材料容器之中，材料容器上设置通过紧固件安装太阳能光伏板；该装置采用相变储能材料与烟囱效应耦合实现对太阳能光伏板的散热进而提高光电效率。
7.首先选择物理法、化学法或物理化学法制备相变材料，随后在相变材料中加入多孔吸附介质，即得到所述相变储能材料。
8.优选地，在太阳辐射强度较高时从太阳能光伏板吸收热量转换为自身潜热并储存；在太阳辐射强度较低时，太阳能光伏板温度低于相变储能材料的相变温度时，将储存热量放出。
9.优选地，根据工作环境选择有机和/或无机的相变储能材料，变温度区间在22.5℃-27.5℃时，所述无机材料使用cacl2
·
6h2o/mgcl2
·
6h2o；相变温度区间在47.5℃-50℃时，所述无机材料使用na2s2o3
·
5h2o；相变温度区间在30℃-32℃时，所述有机材料使用癸酸；相变温度区间在40℃-45℃时，所述有机材料使用月桂酸；相变温度区间在22℃-58℃时，所述复合相变材料使用膨胀石墨和/或石墨烯复合材料。
10.优选地，材料容器的材料为铝合金，材料容器中间设置圆台形风道，从而实现烟囱效应。
11.优选地，太阳能光伏板和材料容器之间充分填涂导热硅脂，使热量快速自所述太阳能光伏板上传递至所述材料容器。
12.优选地，该装置采用被动散热方式工作，依靠所述材料容器中的所述相变储能材料进行热量交换，所述材料容器中圆台形风道和所述相变储能材料耦合，降低所述太阳能光伏板的工作温度。
13.本发明提供的相变储能与烟囱效应协同作用的太阳能光伏系统，其有益技术效果在于：
14.1.本发明中，相变储能材料可降低太阳能光伏板的温度，无需额外的设备，达到提高光伏板光电转换效率的目的。
15.2.本发明中，相变储能材料和烟囱效应的耦合作用实现对光伏板温度的降低，属于被动式降温，减少了能耗，稳定性强。
附图说明
16.图1是本发明实施例太阳能光伏系统的整体结构示意图；
17.图2是本发明实施例太阳能光伏系统的侧视剖面结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，下述的实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在不冲突的情况下，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
20.实施例1
21.如图1所示，本发明实施例中提供的相变储能与烟囱效应协同作用的太阳能光伏系统，其包括：太阳能光伏板1、相变储能材料2、圆台形风道3、材料容器4和导热硅脂5；相变储能材料2置于材料容器4之中，材料容器4上设置通过紧固件安装太阳能光伏板1；该装置采用相变储能材料2与烟囱效应耦合实现对太阳能光伏板1的散热进而提高光电效率。
22.首先选择物理法、化学法或物理化学法制备相变材料，随后在相变材料中加入多孔吸附介质，即得到所述相变储能材料2。
23.在太阳辐射强度较高时从太阳能光伏板1吸收热量转换为自身潜热并储存；在太阳辐射强度较低时，太阳能光伏板1温度低于相变储能材料的相变温度时，将储存热量放出。
24.根据工作环境选择不同的相变储能材料2，在相变温度区间22.5℃-27.5℃为cacl2·
6h2o/mgcl2·
6h2o；在相变温度区间47.5℃-50℃为na2s2o3·
5h2o；在相变温度区间30℃-32℃为癸酸；在相变温度区间40℃-45℃为月桂酸。材料容器4的材料为铝合金，材料容器中间设置圆台形风道3，从而实现烟囱效应。
25.太阳能光伏板1和材料容器4之间充分填涂导热硅脂5，使热量快速自所述太阳能光伏板上1传递至所述材料容器4。
26.该装置采用被动散热方式工作，依靠所述材料容器4中的所述相变储能材料2进行热量交换，所述材料容器4中圆台形风道和所述相变储能材料耦合，降低所述太阳能光伏板1的工作温度。
27.实际操作中：将尺寸为770mm
×
665mm，输出功率为65w的光伏板放在室外进行测试，太阳辐射强度在400w/
㎡
到950w/
㎡
之间。金属容器的材料为5mm铝合金板，尺寸为700mm
×
600mm
×
100mm，容器内设有4个圆台，圆台上下底面直径分别为50mm和70mm，相邻圆台中心间距为140mm。相变材料为75wt％癸酸和25wt％棕榈酸的共晶混合物。测试过程中，太阳辐射峰值为950w/
㎡
，平均值为660
㎡
，普通光伏板峰值温度为63℃，平均开路电压为18.72v，平均短路电流为2.45a，平均输出功率为31.94w。加入相变材料的光伏板，光伏板峰值温度为46℃，平均开路电压为19.42v，平均短路电流为2.41a，平均输出功率为33.35w。加入相变材料的光伏板，峰值温度降低了17℃，平均输出功率增加了4.41％。
28.实施例2
29.实施例二采用cacl2·
6h2o作为相变材料对照组，其他工艺与实施例1一致。测试结果：光伏板峰值温度为42℃，平均开路电压为19.92v，平均开路电流为2.39a，平均输出功率为34.39w。加入相变材料的光伏板，峰值温度降低了21℃，平均输出功率增加了7.67％。
30.本发明上述实施例，是将具有储能作用的相变材料与烟囱效应结合起来，开发出了一种被动式散热太阳能光伏系统，通过相变储能材料与烟囱效应耦合，实现对太阳能光伏板的散热进而提高光电效率，既能有效降低光伏板的工作温度，提高光电转换效率，又能满足国家的节能减排政策。
31.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。