【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种冷却方法和装置，以及其具体在光伏(pv)领域中的应用，更具体地，涉及在聚光光伏(cpv)领域中的应用。
技术介绍
0、专利技术背景
1、太阳能是可广泛获得的和可持续的，并且可以方便地转换为电能和/或热能，现今，太阳能收集技术通常可以分为两类：
2、i.将辐射太阳能转换为电能的太阳能光伏(pv)；和
3、ii.从太阳收集热量以产生有用热能的集热器。
4、pv电池方便有效地将太阳能转换为电能。pv技术在全球范围内呈指数级增长，并且pv技术将很快成为一种更加可行的“绿色的”和可持续的主流电能来源。
5、传统的pv电池通常由单结太阳能电池(例如硅电池)或多结电池组成，多结电池包括响应于多个电磁波长的多个带隙的多个材料层(并且通常表现出比单结电池更高的转换效率)。当采用阳光聚集(sunlight concentration)时，pv技术变得非常有吸引力，因为通过减小pv电池的有效面积尺寸降低了材料成本。因此，聚光光伏(cpv)正成为越来越有吸引力的解决方案。话虽如此，虽然阳光聚集增加了pv电池转换效率，但电池温度也急剧升高。
6、矛盾的是，当结温度升高时，pv电池转换效率也会降低。更具体地说，开路电压随着电池结温度的升高而降低，结果降低了电输出。换句话说，必须对pv/cpv电池实施有效的热管理和冷却，以便将电池保持在标称运行条件内。与pv/cpv电池模块的冷却相关的热特点(thermal aspect)已经迅速成为潜在阻碍该技术发展的瓶颈。p>
7、没有最佳的冷却方法，而是有多种冷却方法，并且已经在pv冷却
进行了深入的研究，以防止太阳能电池的热失控。a g lupu等人在iop会议系列：材料科学与工程2018年第8期第444卷中的标题为“a review of solar photovoltaic systems andcooling technologies”的论文(https://doi.org/10.1088/1757-899x/444/8/082016)的内容通过引用并入本文，该论文提供了相关冷却概念的概述并讨论了每个冷却概念的优点和缺点，包括(i)空气冷却概念，(ii)液体冷却概念，和(iii)混合冷却概念。
8、空气冷却概念可以分为被动冷却技术或主动冷却技术。被动空气冷却概念基本上仅依靠自然对流来散热，平均传热系数为大约1w/m2k至10w/m2k。主动空气冷却概念通常依赖于使用通风机在散热器上诱导强制的空气循环以增强热传递，平均传热系数在大约20w/m2k至100w/m2k的范围内。主要优点包括简单以及低成本的实施和运行。主要缺点包括与其他解决方案(例如液体冷却概念)相比最低的冷却性能、较低的冷却介质效率，以及因此当应用于光伏领域时较高的pv电池结温度，这使得该冷却解决方案尤其不适合应用于cpv。
9、液体冷却概念使用液体介质作为冷却剂，同样可以分为被动冷却技术或主动冷却技术。水是实践中最常用的冷却介质，但也可以使用除水以外的其他液体。水冷型pv电池比空气冷却型pv电池表现出更高的电效率，这是因为与空气的冷却效率相比，水的冷却效率更高。因此，与空气冷却解决方案相比，液体冷却概念在pv领域中的主要优点包括更高的电转换效率、收集热能的能力以及增强的散热器紧凑性。主要缺点包括较高的实施成本、冷却器的结垢、腐蚀和侵蚀、高泵送功率(即增加的电力消耗)以及更复杂的冷却回路。
10、主动液体冷却概念主要可分为(i)液体浸没概念，(ii)射流冲击概念，以及(iii)宏/微通道散热器概念。
11、液体浸没涉及将pv电池浸没在液体(诸如水)中。然而，这样的解决方案实施起来相对复杂，并且需要复杂技术(sophistication)来防止任何液体泄漏，否则液体泄漏可能会导致短路。此外，将pv电池浸没到液体中会减少光传输，从而导致较低的电力生产。
12、射流冲击涉及将液体(例如水)喷射(spray)到待冷却的表面上。然而，从资本支出(capex)角度和运营支出(opex)角度来看，这样的解决方案的实施成本非常高。喷雾冷却(spray cooling)还需要高泵送功率(以及因此增加的电力消耗)，导致冷却剂的大量损失，冷却剂需要不断地再补充，并且随着冷却剂的消散，使得这种解决方案不适合热能收集。这种解决方案尤其完全不适用于遭受绝对缺水的地理区域，遭受绝对缺水的地理区域的日照量最高。
13、宏/微通道散热器冷却涉及使用热交换器，其中冷却介质(通常是水)在散热器内形成的宏通道或微通道内强制流动。宏通道散热器概念广泛用于大型pv板，优选没有阳光聚集或具有非常低的阳光聚集。微通道散热器概念通常用于cpv模块，因为这样的解决方案的传热系数更高。因此，在pv领域中的主要优点包括更高的电转换效率以及因此对cpv的适用性，以及收集热能的能力。主要缺点包括高集成和实施成本、冷却器的结垢、腐蚀和侵蚀、高泵送功率(即增加的电力消耗)(尤其是对于具有高阳光聚集的cpv模块)以及复杂的冷却回路。平均传热系数通常在1000w/m2k至15000w/m2k的范围内。
14、混合冷却概念利用多种组合冷却概念的优点来实现所期望的冷却性能。例如，已知的混合解决方案包括(i)所谓的热管概念，(ii)相变材料(pcm)概念，以及(iii)热电(te)概念。
15、所有上述冷却概念都具有某些限制、缺点和/或缺陷，尤其是对于应用于聚光光伏(cpv)来说，因此仍然需要改进的解决方案。
技术实现思路
0、专利技术概述
1、本专利技术的总体目的是提供一种冷却方法和系统，其消除了现有技术解决方案的限制和缺点，并且尤其适用于pv应用(包括但不限于cpv应用)。
2、更具体地说，本专利技术的目的是提供紧凑但表现出高冷却效率的这样一种解决方案。
3、本专利技术的另一个目的是提供这样一种解决方案，该解决方案尤其可以应用于pv/cpv电池结温度的有效热管理。
4、本专利技术的另一个目的是提供这样一种解决方案，该解决方案允许增加冷却功率密度，并且因此当具体应用于cpv时增加功率密度。
5、本专利技术的另一个目的是提供这样一种解决方案，该解决方案还允许电力和热能的有效联产。
6、本专利技术的另一个目的是使得能够从冷却过程中回收和再利用热能，以维持依赖热能作为驱动力的另外过程。
7、由于权利要求中定义的解决方案，这些目标以及其他目标得以实现。
8、因此，提供了一种冷却方法，其特征在权利要求1中叙述，即，使产生热能的设备冷却的方法，所述方法包括以下步骤：
9、(a)提供耦接到所述产生热能的设备的一部分的导热基底，以允许热量从所述产生热能的设备传递到所述导热基底；
10、(b)提供耦接到所述导热基底的多孔芯结构，所述多孔芯结构被构造成能由液体冷却介质(w)润湿并且部分暴露于空气；
11、(c)借助于所述液体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种使产生热能的设备(PV；PVA、PVB)冷却的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔芯结构(WS；200；220；250)是设置在所述导热基底(100；100/105)上的烧结多孔芯结构。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在所述导热基底(100；100/105)和所述多孔芯结构(WS；200；220；250)之间的界面处提供导热涂层(120)的步骤。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述导热基底(100；100/105)包括多个空腔或通道(100a；105a)，并且其中，所述多孔芯结构(WS)设置在所述空腔或通道(100a；105a)的内壁上，以留出用于所述气流的通路(100A；105A)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述多孔芯结构(WS；200；220、250)被构造成创建多个空腔或通道(200a；220a；250a)，留出用于所述气流的通路(200A；220A、250A)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述多个空腔或通
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多孔芯结构(WS；250)包括多个突出针(250b)，所述多个突出针间隔开以在所述突出针(250b)的圆周之间和周围创建用于所述气流的通路(250A)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述突出针(250b)被分布以形成基本上垂直于所述气流的路径而延伸的突出针的阵列。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述突出针(250b)以行和列的规则图案布置。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述突出针(250b)以交错的图案布置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(c)润湿所述多孔芯结构(WS；200；220；250)是通过毛细作用来执行的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于泵来将所述液体冷却介质(W)供应给所述多孔芯结构(WS；200；220；250)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述液体冷却介质(W)包括水。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(d)使所述润湿的多孔芯结构(WS；200；220；250)经受所述气流的作用是通过环境空气的强制通风来执行的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在将环境空气供给到所述多孔芯结构(WS；200；220；250)之前，所述环境空气经由土壤热交换器(EHE)被预冷却。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多孔芯结构(WS；200；220；250)具有大约20％至80％的孔隙率。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多孔芯结构(WS；200；220；250)呈现出平均尺寸被包括在大约5μm和50μm之间的孔。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多孔芯结构(WS；200；220；250)呈现出被包括在大约0.1mm和3mm之间的厚度。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述导热基底(100；100/105)是金属基底，例如铝基底、铜基底或钢基底，或硅基底。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，离开所述多孔芯结构(WS；200；220；250)的湿热空气被引导通过冷凝器(C)以经历冷凝。
21.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中，离开所述多孔芯结构(WS；200；220；250)的湿热空气被引导通过大气水产生单元(AWGU)的吸附-解吸系统(A-DS)的热交换器级(HS)，所述湿热空气在所述热交换器级(HS)中经历冷凝，从而释放潜热以维持所述吸附-解吸系统(A-DS)中的解吸。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括在将离开所述多孔芯结构(WS；200；220；250)的所述湿热空气供给到所述吸附-解吸系统(A-DS)的热交换器级(HS)之前，增加所述湿热空气的温度的步骤。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，离开所述多孔芯结构(WS；200；220；250)的所述湿热空气的温度借助于太阳能空气加热器设备(SAH)而增加。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，所述湿热空气被升温到高达大约90℃或更高的温度。
25.根据权利要求2...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种使产生热能的设备(pv；pva、pvb)冷却的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔芯结构(ws；200；220；250)是设置在所述导热基底(100；100/105)上的烧结多孔芯结构。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在所述导热基底(100；100/105)和所述多孔芯结构(ws；200；220；250)之间的界面处提供导热涂层(120)的步骤。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述导热基底(100；100/105)包括多个空腔或通道(100a；105a)，并且其中，所述多孔芯结构(ws)设置在所述空腔或通道(100a；105a)的内壁上，以留出用于所述气流的通路(100a；105a)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述多孔芯结构(ws；200；220、250)被构造成创建多个空腔或通道(200a；220a；250a)，留出用于所述气流的通路(200a；220a、250a)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述多个空腔或通道(100a；105a；200a；220a)由彼此平行延伸的多个单独的空腔或通道(100a；105a；200a；220a)组成。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多孔芯结构(ws；250)包括多个突出针(250b)，所述多个突出针间隔开以在所述突出针(250b)的圆周之间和周围创建用于所述气流的通路(250a)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述突出针(250b)被分布以形成基本上垂直于所述气流的路径而延伸的突出针的阵列。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述突出针(250b)以行和列的规则图案布置。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述突出针(250b)以交错的图案布置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(c)润湿所述多孔芯结构(ws；200；220；250)是通过毛细作用来执行的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于泵来将所述液体冷却介质(w)供应给所述多孔芯结构(ws；200；220；250)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述液体冷却介质(w)包括水。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(d)使所述润湿的多孔芯结构(ws；200；220；250)经受所述气流的作用是通过环境空气的强制通风来执行的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在将环境空气供给到所述多孔芯结构(ws；200；220；250)之前，所述环境空气经由土壤热交换器(ehe)被预冷却。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多孔芯结构(ws；200；220；250)具有大约20％至80％的孔隙率。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多孔芯结构(ws；200；220；250)呈现出平均尺寸被包括在大约5μm和50μm之间的孔。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多孔芯结构(ws；200；220；250)呈现出被包括在大约0.1mm和3mm之间的厚度。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述导热基底(100；100/105)是金属基底，例如铝基底、铜基底或钢基底，或硅基底。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，离开所述多孔芯结构(ws；200；220；250)的湿热空气被引导通过冷凝器(c)以经历冷凝。
21.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中，离开所述多孔芯结构(ws；200；220；250)的湿热空气被引导通过大气水产生单元(awgu)的吸附-解吸系统(a-ds)的热交换器级(hs)，所述湿热空气在所述热交换器级(hs)中经历冷凝，从而释放潜热以维持所述吸附-解吸系统(a-ds)中的解吸。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括在将离开所述多孔芯结构(ws；200；220；250)的所述湿热空气供给到所述吸附-解吸系统(a-ds)的热交换器级(hs)之前，增加所述湿热空气的温度的步骤。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，离开所述多孔芯结构(ws；200；220；250)的所述湿热空气的温度借助于太阳能空气加热器设备(sah)而增加。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，所述湿热空气被升温到高达大约90℃或更高的温度。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其中，由于所述吸附-解吸系统(a-ds)的热交换器级(hs)中的冷凝而形成的冷凝物经受环境排热。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的方法，其中，由于离开所述多孔芯结构(ws；200；220；250)的所述湿热空气的冷凝而形成的冷凝物被回收并收集在储存器(r)中，以供所述多孔芯结构(ws；200；220；250)再芯吸。
27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述产生热能的设备是包括一个或更多个光伏电池的光伏设备(pv；pva、pvb)。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述光伏设备(pv)是聚光光伏设备。
29.一种用于对产生热能的设备(pv；pva、pvb)执行冷却的冷却装置(10；10.1；10.2；10.3；10.4；10.5；10.6)，所述冷却装置包括：
30.根据权利要求29所述的冷却装置(10；10.1；10.2；10.3；10.4；10.5；10.6)，其中，所述多孔芯结构(ws；200；220；250)是设置在所述导热基底(100；100/105)上的烧结多孔芯结构。
31.根据权利要求29或30所述的冷却装置(10；10.1；10.2；10.3；10.4；10.5；10.6)，还包括设置在所述导热基底(100；100/105)和所述多孔芯结构(ws；200；220；250)之间的界面处的导热涂层(120)。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的冷却装置(10.1；10.2；10.4)，其中，所述导热基底(100；100/105)包括多个空腔或通道(100a；105a)，并且其中，所述多孔芯结构(ws)形成在所述空腔或通道(100a；105a)的内壁上，以留出用于所述气流的通路(100a；105a)。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：M·鲁比，塞巴斯蒂安·阿拉贡卡里略，王振利，
申请(专利权)人：弗瑞普股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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