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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
光伏-溫差自動(dòng)控溫發(fā)電裝置
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
利用卡諾循環(huán)及傳熱學(xué)相關(guān)原理，并結(jié)合各種反饋控制手段，有效地控制系統(tǒng)溫度恒定在某一范圍，在穩(wěn)定工況，提高電力輸出的同時(shí)，增加了系統(tǒng)的壽命。
詳細(xì)介紹：
在本作品中主要利用了三種手段來(lái)達(dá)到控制和穩(wěn)定電池板溫度的目的： 1、煙囪效應(yīng)和散熱器結(jié)合后發(fā)生的的負(fù)反饋效應(yīng)，可以有效地反饋并降低冷卻介質(zhì)的溫度，進(jìn)而降低電池板溫度； 2、溫差發(fā)電模塊驅(qū)動(dòng)控制的散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與電池板溫度成正比，在溫度升高時(shí)加強(qiáng)散熱器外部的空氣流動(dòng)，這樣就加強(qiáng)了散熱效果； 3、精確計(jì)算控制器控制高速風(fēng)扇開(kāi)始強(qiáng)制散熱的溫度點(diǎn)，達(dá)到了不增加功耗的同時(shí)降低電池板溫度。

作品圖片

  • 光伏-溫差自動(dòng)控溫發(fā)電裝置
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作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品目的及思路： 對(duì)太陽(yáng)能光伏電池的冷卻循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行新的設(shè)計(jì)優(yōu)化，達(dá)到穩(wěn)定和提高光伏電池的輸出功率的同時(shí)，不增加系統(tǒng)的功耗的同時(shí)。 作品利用卡諾循環(huán)的相關(guān)原理設(shè)計(jì)新型太陽(yáng)能強(qiáng)制封閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。冷卻介質(zhì)經(jīng)過(guò)電池背面攜帶熱量后通過(guò)散熱器將熱量散發(fā)。散熱器利用了煙囪效應(yīng)，采用煙囪的結(jié)構(gòu)。在電池背面貼有溫差發(fā)電模塊，上部主動(dòng)風(fēng)扇由溫差發(fā)電來(lái)供給。同時(shí)在系統(tǒng)中加入溫度采集控制器和相關(guān)結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)能夠及時(shí)自動(dòng)的調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的溫度，以達(dá)到調(diào)節(jié)光伏電池板的溫度，提高輸出功率的目的。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、采用煙囪結(jié)構(gòu)散熱器在煙囪效應(yīng)的驅(qū)使下，其散熱效果隨著散熱排中冷卻介質(zhì)溫度的升高而增強(qiáng)； 2、散熱器中主動(dòng)風(fēng)扇主要是由溫差發(fā)電模塊驅(qū)動(dòng)并控制，當(dāng)電池板溫度升高時(shí)溫差模塊發(fā)電量增加，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速升高，加強(qiáng)散熱器外部空氣流動(dòng)，提高散熱器的效率； 3、當(dāng)電池板溫度過(guò)高時(shí)，控制器能夠自動(dòng)判斷并啟動(dòng)附加高速風(fēng)扇的方式增強(qiáng)冷卻效果，達(dá)到強(qiáng)制降低溫度的目的。 關(guān)鍵技術(shù)以及技術(shù)指標(biāo)： 1） 散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、溫差發(fā)電模塊所發(fā)電能的使用方式等對(duì)系統(tǒng)的冷卻效果都存在著一定的影響；作品中散熱器采用煙囪抽氣的形式，且散熱器安裝在煙囪上部，這樣增加了煙囪上方溫度，提高抽力的同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)的散熱力度。 2）何種溫度啟動(dòng)附加風(fēng)扇2不對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響，經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后得到最佳值為高出環(huán)境溫度26.3℃時(shí)最好，取27℃。 3）在本系統(tǒng)的作用下電池的溫度要降低20℃，輸出功率相對(duì)自然冷卻太陽(yáng)能光伏電池增加14.8%。

科學(xué)性、先進(jìn)性

煙囪結(jié)構(gòu)的散熱器較為有效的克服了常規(guī)冷卻方式中冷卻介質(zhì)吸收熱排放到空氣中的缺點(diǎn)，將之變成加強(qiáng)冷卻效果的動(dòng)力之一，加強(qiáng)了低品位熱的利用， 溫差發(fā)電量隨著溫度升高的增加量遠(yuǎn)小于溫度升高時(shí)光伏電池板發(fā)電量的減少，因此常溫范圍內(nèi)，光伏電池發(fā)電系統(tǒng)的溫度越低輸出越好。本作品以部分溫差模塊所發(fā)電量經(jīng)過(guò)升壓控制模塊后作為主動(dòng)風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)。而溫差模塊的輸出與溫差在一定的范圍內(nèi)程線(xiàn)性關(guān)系，因此可以使系統(tǒng)在一定的溫度范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，降低波動(dòng)的范圍，讓系統(tǒng)的輸出處于一個(gè)較為穩(wěn)定的范圍之中，提高了電池板的發(fā)電效率，增加了電池板的壽命。 系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，光伏電池的收益火用為 ，為70.9W，溫差模塊的收益火用EX為4.3W，系統(tǒng)總的收益火用為75.2W，火用效率為9.4%。本作品對(duì)電池進(jìn)行冷卻可以控制溫度不高于環(huán)境溫度20℃，總效率提高1.4%，相對(duì)效率提高14.85%。且能夠保證某些未知因素導(dǎo)致電池板溫度激增或環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，控制電池板溫度在51℃以?xún)?nèi)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

暫無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)調(diào)試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

暫無(wú)

作品可展示的形式

實(shí)物，現(xiàn)場(chǎng)演示

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 1、系統(tǒng)自身有兩種手段能夠根據(jù)溫度的升高自動(dòng)加強(qiáng)散熱達(dá)到降低溫度、提高輸出功率的目的； 2、當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)附加高速風(fēng)機(jī)以降低溫度，達(dá)到提高輸出的目的，且在此過(guò)程中不會(huì)造成系統(tǒng)能量的額外損失。 3、相對(duì)現(xiàn)有的冷卻技術(shù)能夠巧妙的結(jié)合煙囪效應(yīng)并加入自動(dòng)判斷控制模塊，能夠有效地穩(wěn)定系統(tǒng)工況，增加壽命。 前景及市場(chǎng)分析 1、系統(tǒng)可以與高層建筑的煙囪效應(yīng)結(jié)合，一方面增強(qiáng)了煙囪的高度，加強(qiáng)了煙囪中空氣的流速，另一方面節(jié)省初期成本，有更好的推廣價(jià)值。 2、大型的系統(tǒng)中，控制模塊集成化、動(dòng)力泵和風(fēng)機(jī)可以大型化，減少重復(fù)投資成本。 經(jīng)濟(jì)性分析 經(jīng)過(guò)計(jì)算單塊電池板壽命期節(jié)省電力費(fèi)用2535元，環(huán)境成本中光伏發(fā)電能夠節(jié)省334元。合計(jì)本系統(tǒng)共計(jì)節(jié)省2869元。而設(shè)備投資約2000元，盈利869元。在不遠(yuǎn)的將來(lái)隨著技術(shù)的不斷提高可以實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益。

同類(lèi)課題研究水平概述

我們分別討論國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的三種冷卻系統(tǒng)的研究進(jìn)展。 1 自然對(duì)流冷卻系統(tǒng) 自然對(duì)流的冷卻方式多用于現(xiàn)在已投產(chǎn)發(fā)電的太陽(yáng)能電池板的冷卻。大多是屋頂或者墻壁上太陽(yáng)能電池板的冷卻，多采用空氣自然對(duì)流冷卻。趙春江在電池組件框架與屋頂防雨保溫層之間留出一定高度的間隙來(lái)解決電池組件背面通風(fēng)降溫的問(wèn)題；楊洪興等采用自然冷卻通風(fēng)方式，在PV模塊屋面設(shè)計(jì)空氣通風(fēng)流道，電池表面溫度降低了15℃，模塊電力輸出提高了8.3 %[2]。研究表明當(dāng)電池背面的空隙達(dá)到20～40mm時(shí)，太陽(yáng)能電池板的冷卻效果達(dá)到最佳。比無(wú)通道和無(wú)翅片的情況要低20℃左右，效率提高近10%。電 2 強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng) 強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)可以看作是自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)的升級(jí)，可以較大的挖掘電池板的最大輸出功率。這類(lèi)結(jié)構(gòu)在上世紀(jì)80年代歐美國(guó)家得到了廣泛的研究，近年來(lái)我國(guó)也對(duì)該類(lèi)冷卻方式進(jìn)行了大量的模擬和實(shí)驗(yàn)研究。 強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)以空氣、水或者特殊介質(zhì)作為傳熱工質(zhì)，空氣采用開(kāi)放式循環(huán)，水或者其他工質(zhì)多采用封閉式循環(huán)。按照循環(huán)的路程分為電池板后循環(huán)和板前后同時(shí)循環(huán)兩種，后者多采用熱容量大，透射率強(qiáng)的特殊工質(zhì)。大多研究把重點(diǎn)放在總輸出電量上，仍舊采用空氣或者低沸點(diǎn)(多為常溫沸點(diǎn)的介質(zhì)，如乙烯、甲醇等)作為工質(zhì)，它們循環(huán)的動(dòng)力來(lái)源于電池板本身所發(fā)部分電量驅(qū)動(dòng)的泵或風(fēng)機(jī)。因此需要計(jì)算對(duì)比降低溫度帶來(lái)的輸出電量的增加與這部分驅(qū)動(dòng)所用電量增加量的大小，不是溫度越低越好。 3 PV/T系統(tǒng) PV/T循環(huán)冷卻系統(tǒng)即光伏光熱集熱器系統(tǒng)。對(duì)這種系統(tǒng)研究起源于上世紀(jì)70年代末，其轉(zhuǎn)換效率約為40%～80%，相對(duì)于單純的太陽(yáng)能光伏電池和熱水器而言總的轉(zhuǎn)換效率得到提高。我國(guó)近年來(lái)也對(duì)此投入了大量的研究，并得獲得一定的成果。季杰等研究者將光伏光熱模塊作為熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，在提高冷卻循環(huán)介質(zhì)的工作溫度的同時(shí)也降低了電池板的工作溫度。同時(shí)研究了扁盒式光伏熱水一體墻系統(tǒng)，結(jié)果表明在合肥地區(qū)全年光電效率達(dá)到11.2%～11.4%，光熱效率一般在 40 %以上，最高可接近 60 %。在夏季和冬季，采用一體墻使得室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷可減少50 %以上，效果非常明顯。Harlader等通過(guò)設(shè)計(jì)烘干器和熱水加熱器獲得約60%的總效率。Zakharchenko R等使用商用太陽(yáng)能集熱器，表面覆蓋黑色的PVC吸熱板，并與不同的光伏電池粘結(jié)，制成PV/T收集器。
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