基于聚光太阳能电池冷却的环路热管传热特性研究

来源 :景德镇陶瓷大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:pandaab
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近年来,聚光太阳能电池作为太阳能发电技术的核心部件其光电性能提升迅速,但是大部分入射光都转化成了热,使得电池温度进一步升高。高光强、大电流下的聚光太阳能电池温度升高使其光电性能下降和使用寿命缩短,需要配备高效的热管理系统来保障电池的安全性和稳定性。在传统冷却技术(风冷、液冷)和新型冷却技术(微通道冷却、射流冲击冷却等)的基础上,本文提出了一种双孔毛细芯环路热管系统散热方案,其传热能力强、抗重力、热传输距离远、运行角度多变等优势可以有效解决聚光太阳能电池的散热问题。针对聚光太阳能电池的散热特点,本文主要开展了双孔毛细芯的制备和环路热管的传热特性研究工作。首先采用粉末冶金烧结法与添加造孔剂相结合的方式制备了双孔毛细芯,运用X射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、孔径分析仪等一系列测试表征手段,系统地研究了毛细芯的物相组成、微观形貌和性能。进一步设计并制作了环路热管系统,实验对比分析了单孔毛细芯和双孔毛细芯环路热管的运行特性,主要研究结果如下:(1)造孔剂CaCl2充分溶解后的毛细芯呈现出双孔隙结构;毛细芯的孔隙率、渗透率和抽吸质量随着造孔剂含量的增加而增大,随着烧结温度的升高而减少;毛细芯的孔隙率随着保温时间的延长而降低;毛细抽吸性能受孔隙率和渗透率相互作用,孔隙率越高,渗透率越大,毛细抽吸性能越优异;Chernyshev&Maydanik模型能够有效估算双孔毛细芯的有效导热系数。文中烧结温度为700℃~900℃,保温时间为2h和造孔剂含量为20%以上制备的双孔毛细芯符合LHP毛细芯的应用要求,其孔隙率为62.37%~69.13%,渗透率为3.78×10-11~6.2×10-11 m2。(2)双孔毛细芯LHP系统的启动运行状态与单孔毛细芯LHP系统基本一致,变功率运行温度达到太阳能电池的极限加热温度时,LHP(BCW)的热流密度可达75000W/m2,而LHP(SCW)仅为50000W/m2;冷却液温度、运行倾角和充液率对环路热管的运行有重要影响,与LHP(SCW)相比,LHP(BCW)系统的运行状态更稳定,系统内部热-质交换、循环能力更强,能够更迅速调节热响应使系统内部保持平衡;在同一条件下,环路热管蒸发器的传热系数随着功率的增加而上升直到稳定,LHP(BCW)的热阻和热泄漏温度低于LHP(SCW),传热性能更优异。在聚光太阳能电池散热应用中,双孔毛细芯环路热管具有更好的应用前景,后续研究中可进一步优化毛细芯结构提升传热性能。
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