[发明专利]用于光伏模块的被动冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及光伏太阳能(Photo Voltaic Solar，PVS)面板(panel，电池板)，并且尤其涉及一种改进PV面板性能的被动冷却系统。

背景技术

为了满足世界上增长的能源需求，太阳能的利用变得日益重要。在过去的十年中，光伏电池的使用有了巨大的增长。这种情况的发生与技术发展和伴随的所使用材料以及其他技术(如逆变器)的降价是一致的。

一个问题是当温度上升时光伏电池的输出效果会降低。在炎热的夏天随着太阳的直接照射，电池温度将很快升高至超过80℃。随着光伏电池在温暖气候中的使用，这种问题当然会更严重，并且涉及基于聚焦光的光伏电池和平坦的光伏面板两者。因此，为光伏设备开发出大量的冷却装置，但是它们中没有一个在普通光伏面板的应用中获得了商业成功。基于聚焦光的光伏电池几乎完全依赖于有一个冷却系统才得以运转，并且在冷却装置中的大多数开发都集中在集中器技术上。用于基于聚焦光的光伏设备的冷却装置的实例可以在US 3,999,283、US 5,498,297和WO A1 96/15559中找到。

WO A1 03/098705披露了一种光伏模块，其包括与光伏材料热接触的散热器。此出版物的散热器包括多个散热片12，这些散热片可以第一位置与第二位置之间移动，第一位置基本上平行于散热器的安装表面，第二位置不平行于散热器的安装表面。当装配模块时使用散热片的第一位置，以助于例如将散热器层压至光伏材料。不过，尽管在模块生产期间散热器的处理被简化，但散热器自身的实际制造是复杂的。还有一个附带的问题涉及到在根据此出版物的面板安装之后散热器的散热片的定位和调整。因此，需要冷却系统的简化设计，其在光伏模块的制造和装配上节省成本。

主动系统和被动系统都能够提供冷却。主动冷却系统包括朗肯循环系统和吸收系统，这两个系统都需要额外的硬件和成本。被动冷却系统利用三项自然过程：从暴露于大气的水面的对流冷却、辐射冷却和蒸发冷却。

经常，光伏面板和模块中的温度高于周围空气温度30-50℃。这种温度的升高会导致光伏面板输出效果的5-20％的降低。许多用于光伏面板和模块的现有技术的冷却装置的缺点是，它们中的许多都复杂且制造成本相对高。此外，它没有考虑在模块预期寿命的未来25-40年间冷却装置所需要的坚固和免维修。因而没有一种现有的解决方案引起光伏面板市场的巨大兴趣。因此，存在一种对用于光伏面板和模块的冷却系统的需求，该冷却系统应简单、制造成本低且完全不需要维修。

一项以节省成本的方式解决了冷却问题的现有技术是提供附设至PVS面板背部的冷却片。例如见US 4118249A。散热器片几何形状利用在模块背部向上对流气流的作用来冷却模块。这迅速在背部向上冷却了模块；然而，垂直于气流的热传递却相对降低。这种现象已经备有文件证明，例如由亚利桑那州州立大学(ASU)证明。从ASU的现场试验测量中已知，具有散热器布置的模块从该模块中心到边缘可能会有25℃的温差。这降低了模块的性能和寿命，因为横过模块的不均匀电流和应力梯度(由于材料膨胀的变化)。

在模块表面上的这种不均匀温差在模块中产生了各种问题。有几个原因说明横过太阳能面板表面上具有均匀冷却速率的必要性：

面板中的均匀电流。减少旁路二极管上的过载。

减小由于温度变化导致的模块中的应力梯度。这使得模块具有更长的寿命。

更高的模块性能。更高的功率输出。

良好的热传递也可以减少发生在遮蔽期间的“热点”的性能降低。

发明内容

因此，需要一种改进的被动冷却模块，其提供了节省成本、具有改进的横向冷却效果的冷却。

根据本发明的实施方式的一个实例，布置了一种包括冷却片(cooling fins，散热片)的散热装置，其中，这些冷却片以向上布置方式被定向，允许冷却片之间的气流从PVS面板的底部边缘到达PVS面板的上部边缘，其中，PVS面板被附设为与PVS面板的背部热接触，其中，散热装置包括至少一个热桥，热桥被布置在相对于冷却片方向的横向布置中，其中，在低于预定阈值水平的弛豫时间内热桥向PVS面板的整个表面上提供充分均匀的温度。