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高倍聚光光伏太阳能电池(High Concentration Photovoltaic,HCPV)表面的热流密度可达35W/cm2,而电池表面温度每升高1℃输出电量将减小0.2%-0.5%。此外,由于菲涅尔透镜或抛物面反射镜的聚光作用导致HCPV表面温度不均匀,会降低光电转换效率、减短使用寿命。因此为HCPV芯片配置良好的散热均温设备,对提高芯片效率、延长其使用寿命有非常重要的作用。与槽道和喷雾冷却相比,热管重量轻、均温性能突出。平板式环路热管(Flat Loop Heat Pipe,FLHP)效率高、体积小、冷凝管路布置灵活、可以实现反重力和远距离传热,能够有效适应HCPV运行角度多变、系统结构复杂的特点。
运行角度及冷凝段参数都会对热管运行产生重要影响。为满足HCPV运行条件复杂多变的散热要求,本文提出采用不均匀铜粉烧结芯平板型环路热管的方案,在蒸发区域强化了蒸发能力、在蒸发芯与储液池接触位置增加了毛细抽吸能力。该热管在散热能力和低负荷启动特性上有明显的提高。文章系统地研究了热负荷、工作倾角、冷凝器参数等对其启动和运行特性的影响,全面分析了该FLHP用于高倍聚光光伏太阳能电池均温散热的可行性,并为热管启动运行中出现的问题提出解决方法。
本文主要工作包括:
(1)设计并制作了一种用于高倍聚光光伏太阳能电池散热的、混合烧结芯平板式环路热管,对热管的形状和热管管芯进行改进。研究该小型环路热管的启动、运行情况,主要关注启动运行温度及其波动、启动运行的难易程度、启动时间的长短、热管的温度波动情况、热管的热阻,分析影响热管启动和热阻的因素。
(2)小型环路热管的反重力研究。研究热管360度角的反重力运行的情况。寻找影响反重力运行的参数。结合冷凝参数对反重力运行的影响,为提高热管的反重力运行能力提供意见。
(3)冷凝器参数的研究。分别探讨了冷凝器的长度、冷凝器和蒸发器的相对位置、冷凝器内冷却液的工况(即冷却水的温度和流速)对热管启动和运行造成的影响。为系统的设计与集成、增强启动可靠性和运行状态的调整提供基础。
(4)介绍大型环路热管的设计制作情况。