基本信息
- 項目名稱：
- 光伏-溫差自動控溫發(fā)電裝置
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 利用卡諾循環(huán)及傳熱學相關原理，并結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，增加了系統(tǒng)的壽命。
- 詳細介紹：
- 在本作品中主要利用了三種手段來達到控制和穩(wěn)定電池板溫度的目的： 1、煙囪效應和散熱器結合后發(fā)生的的負反饋效應，可以有效地反饋并降低冷卻介質的溫度，進而降低電池板溫度； 2、溫差發(fā)電模塊驅動控制的散熱風扇轉速與電池板溫度成正比，在溫度升高時加強散熱器外部的空氣流動，這樣就加強了散熱效果； 3、精確計算控制器控制高速風扇開始強制散熱的溫度點，達到了不增加功耗的同時降低電池板溫度。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品目的及思路： 對太陽能光伏電池的冷卻循環(huán)系統(tǒng)進行新的設計優(yōu)化，達到穩(wěn)定和提高光伏電池的輸出功率的同時，不增加系統(tǒng)的功耗的同時。 作品利用卡諾循環(huán)的相關原理設計新型太陽能強制封閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。冷卻介質經過電池背面攜帶熱量后通過散熱器將熱量散發(fā)。散熱器利用了煙囪效應，采用煙囪的結構。在電池背面貼有溫差發(fā)電模塊，上部主動風扇由溫差發(fā)電來供給。同時在系統(tǒng)中加入溫度采集控制器和相關結構使得系統(tǒng)能夠及時自動的調節(jié)冷卻介質的溫度，以達到調節(jié)光伏電池板的溫度，提高輸出功率的目的。 創(chuàng)新點： 1、采用煙囪結構散熱器在煙囪效應的驅使下，其散熱效果隨著散熱排中冷卻介質溫度的升高而增強； 2、散熱器中主動風扇主要是由溫差發(fā)電模塊驅動并控制，當電池板溫度升高時溫差模塊發(fā)電量增加，風扇轉速升高，加強散熱器外部空氣流動，提高散熱器的效率； 3、當電池板溫度過高時，控制器能夠自動判斷并啟動附加高速風扇的方式增強冷卻效果，達到強制降低溫度的目的。 關鍵技術以及技術指標： 1） 散熱器的結構設計、溫差發(fā)電模塊所發(fā)電能的使用方式等對系統(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，提高抽力的同時增強了系統(tǒng)的散熱力度。 2）何種溫度啟動附加風扇2不對系統(tǒng)產生較大的影響，經過模擬計算后得到最佳值為高出環(huán)境溫度26.3℃時最好，取27℃。 3）在本系統(tǒng)的作用下電池的溫度要降低20℃，輸出功率相對自然冷卻太陽能光伏電池增加14.8%。
科學性、先進性
- 煙囪結構的散熱器較為有效的克服了常規(guī)冷卻方式中冷卻介質吸收熱排放到空氣中的缺點，將之變成加強冷卻效果的動力之一，加強了低品位熱的利用， 溫差發(fā)電量隨著溫度升高的增加量遠小于溫度升高時光伏電池板發(fā)電量的減少，因此常溫范圍內，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)電量經過升壓控制模塊后作為主動風扇的驅動。而溫差模塊的輸出與溫差在一定的范圍內程線性關系，因此可以使系統(tǒng)在一定的溫度范圍內波動時，降低波動的范圍，讓系統(tǒng)的輸出處于一個較為穩(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，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%。本作品對電池進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%，相對效率提高14.85%。且能夠保證某些未知因素導致電池板溫度激增或環(huán)境溫度過高時，控制電池板溫度在51℃以內。
獲獎情況及鑒定結果
- 暫無
作品所處階段
- 實驗調試階段
技術轉讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 實物，現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 技術特點和優(yōu)勢 1、系統(tǒng)自身有兩種手段能夠根據溫度的升高自動加強散熱達到降低溫度、提高輸出功率的目的； 2、當溫度過高時，會自動啟動附加高速風機以降低溫度，達到提高輸出的目的，且在此過程中不會造成系統(tǒng)能量的額外損失。 3、相對現(xiàn)有的冷卻技術能夠巧妙的結合煙囪效應并加入自動判斷控制模塊，能夠有效地穩(wěn)定系統(tǒng)工況，增加壽命。 前景及市場分析 1、系統(tǒng)可以與高層建筑的煙囪效應結合，一方面增強了煙囪的高度，加強了煙囪中空氣的流速，另一方面節(jié)省初期成本，有更好的推廣價值。 2、大型的系統(tǒng)中，控制模塊集成化、動力泵和風機可以大型化，減少重復投資成本。 經濟性分析 經過計算單塊電池板壽命期節(jié)省電力費用2535元，環(huán)境成本中光伏發(fā)電能夠節(jié)省334元。合計本系統(tǒng)共計節(jié)省2869元。而設備投資約2000元，盈利869元。在不遠的將來隨著技術的不斷提高可以實現(xiàn)更高的經濟效益。
同類課題研究水平概述
- 我們分別討論國內外常見的三種冷卻系統(tǒng)的研究進展。 1 自然對流冷卻系統(tǒng) 自然對流的冷卻方式多用于現(xiàn)在已投產發(fā)電的太陽能電池板的冷卻。大多是屋頂或者墻壁上太陽能電池板的冷卻，多采用空氣自然對流冷卻。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解決電池組件背面通風降溫的問題；楊洪興等采用自然冷卻通風方式，在PV模塊屋面設計空氣通風流道，電池表面溫度降低了15℃，模塊電力輸出提高了8.3 %[2]。研究表明當電池背面的空隙達到20～40mm時，太陽能電池板的冷卻效果達到最佳。比無通道和無翅片的情況要低20℃左右，效率提高近10%。電 2 強制循環(huán)冷卻系統(tǒng) 強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)可以看作是自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)的升級，可以較大的挖掘電池板的最大輸出功率。這類結構在上世紀80年代歐美國家得到了廣泛的研究，近年來我國也對該類冷卻方式進行了大量的模擬和實驗研究。 強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)以空氣、水或者特殊介質作為傳熱工質，空氣采用開放式循環(huán)，水或者其他工質多采用封閉式循環(huán)。按照循環(huán)的路程分為電池板后循環(huán)和板前后同時循環(huán)兩種，后者多采用熱容量大，透射率強的特殊工質。大多研究把重點放在總輸出電量上，仍舊采用空氣或者低沸點(多為常溫沸點的介質，如乙烯、甲醇等)作為工質，它們循環(huán)的動力來源于電池板本身所發(fā)部分電量驅動的泵或風機。因此需要計算對比降低溫度帶來的輸出電量的增加與這部分驅動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)。對這種系統(tǒng)研究起源于上世紀70年代末，其轉換效率約為40%～80%，相對于單純的太陽能光伏電池和熱水器而言總的轉換效率得到提高。我國近年來也對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)介質的工作溫度的同時也降低了電池板的工作溫度。同時研究了扁盒式光伏熱水一體墻系統(tǒng)，結果表明在合肥地區(qū)全年光電效率達到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空調負荷可減少50 %以上，效果非常明顯。Harlader等通過設計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，制成PV/T收集器。
