[发明专利]一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器

说明书

本发明公开了一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，该集热器采用上下双冷却通道结构，并结合多孔泡沫金属层(6)进行换热强化，降低了太阳能光伏元件的温度，提高光伏元件发电效率，同时将太阳能光伏元件所产生的大量热量及时传递给冷却气体，冷却气体从集热器出气口(11)排出后可以用于预热、干燥或者室内供暖等用途。本发明所使用的泡沫金属具有高热导率及高比表面积，可以有效地改善传统太阳能光伏光热集热器的冷却效率，并且采用下进上出的流式，使得换热过程接近逆流换热，换热效率达到最高。

技术领域

本发明涉及一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，属于太阳能集热器领域。

背景技术

太阳能取之不尽用之不竭，是目前应用前景较好的可再生能源之一，太阳能的利用方式主要有光伏发电和光热利用两种方式；光伏发电机组的发电效率通常在12％～17％，剩余的大部分太阳辐射将会转换为热能的形式，而其中的一部分热能将被光伏元件吸收导致光伏元件温度上升，然而光伏元件的发电效率随着光伏元件温度的上升而下降，因此光伏电池冷却装置的研究意义重大。目前光伏元件主要利用自然对流或者受迫对流的方式进行冷却，同时普通的电池冷却过程中被加热的空气没有被重复利用，从而使得机组整体效率偏低。

太阳能光伏光热集热器可以利用太阳能的光伏及光热的综合效应，在光伏电池组件进行发电的同时，使用流体对光伏电池组件冷却，得到部分低位热源，并加以利用。目前只有空气介质的太阳能光伏光热集热器得到商用，而液体冷却的太阳能光伏光热集热器还处于实验阶段。

泡沫金属由刚性骨架和内部孔洞组成，泡沫金属具有多孔、强度高、密度小、散热性能良好、高比表面积等优点，该材料自研制以来被广泛应用于元件散热领域，利用泡沫金属强化对流传热，可以极大地提高换热能力。

目前的气体型太阳能光伏光热集热器多采用单通道的普通对流冷却形式，主要的问题有：气体流速高但对流换热系数低；采用单通道的换热流程较短，冷却气体无法进行高效换热。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，该集热器可以有效的提高光伏元件的散热能力，提高光伏元件的发电效率；同时可以将太阳能光伏元件所产生的大量热量及时传递给冷却气体，冷却气体可以用于预热、干燥或者室内供暖等用途，从而提高机组的整体热效率。

技术方案：本发明提供了一种带有多孔泡沫金属换热结构的太阳能光伏光热集热器，该集热器包括集热腔体，所述集热腔体的侧壁为金属框、顶部为玻璃盖板、底部为保温层，所述集热腔体的同一侧壁处设置有集热器进气口和集热器出气口；自集热腔体的底部向上依次设置有保温层和吸热层，在吸热层上分布有泡沫金属层，在泡沫金属层上表面上从下至上依次设置有导热基板和光伏电池元件，在光伏电池元件的上表面设置有聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物胶膜即EVA胶膜，所述EVA胶膜将集热腔体分隔为上下两个末端相连通的腔体，即下冷却通道和上冷却通道，且下冷却通道与集热器进气口相连，上冷却通道与集热器出气口相连。

其中：

所述在吸热层上分布有泡沫金属层,泡沫金属层在吸热层上呈现矩形阵列式分布。

所述的光伏电池元件采用单晶硅或多晶硅构成，其厚度为200～350um。

所述的导热基板的材料为铝材或铜材，其厚度为2～3mm。

所述的泡沫金属层的材料为铝、镍及其合金，其厚度为5～7mm，其孔隙直径为100μm～1mm。

所述的泡沫金属层的材料采用支撑烧结法、粉末加压发泡法制备。

所述的光伏电池元件、导热基板和泡沫金属层三者长宽尺寸一致，且三者通过高温熔制或真空烧结的方法结合为一体。

所述的吸热层材料为全铝、全铜或者铜铝复合材料。