具热管理的太阳能电池系统.pdf

一种热管理式太阳能电池系统(10a，10b，10c，10d)包括用于产生电力和热量的光生伏打电池(12，102a，102b，202a，202b)。系统(10a，10b，10c，10d)包括外壳(16)、底板(18)、和排热装置(20，36，40，44，100，200，300)。外壳(16)包围太阳能电池系统(10a，10b，10c，10d)，并具有一敞开的后面部分。底板(18)可设置在外壳(16)的敞口部分中，并支承光生伏打电(12)。底板(18)还导热和散布由光生伏打电池(12，102a，102b，202a，202b)产生的热量。排热装置(20，36，40，44，100，200，300)与底板作为一个整体单元起作用，同时排热装置(20，36，40，44，100，200，300)连接到底板(18)上，以便排除底板(18)中的热量。

1.  一种热管理式太阳能电池系统，具有用于产生电力和热量的光生伏打电池，该系统包括：
外壳，所述外壳包围太阳能电池系统，外壳具有一敞开的底部部分；
底板，所述底板可设置在外壳的敞开部分中，用于支承光生伏打电池，底板导热用于散布光生伏打电池中的热量；和
排热装置，所述排热装置连接到底板上，用于排除底板中的热量，其中底板和排热装置作为单个单元起作用。

2.  如权利要求1所述的系统，其中底板是热散布器。

3.  如权利要求2所述的系统，其中热散布器用具有高热导率的块体形成。

4.  如权利要求2所述的系统，其中热散布器加工成一定形状，以便减少光生伏打电池的热流。

5.  如权利要求1所述的系统，其中排热装置包括散热片。

6.  如权利要求1所述的系统，其中排热装置包括热交换器。

7.  如权利要求6所述的系统，其中热交换器包括至少一个位于光生伏打电池下方的微渠道。

8.  如权利要求1所述的系统，其中排热装置用电绝缘和导热材料制成。

9.  如权利要求8所述的系统，其中排热装置是用铝制成的块体，用于增加从光生伏打电池的传热速率。

10.  如权利要求1所述的系统，其中排热装置包括蒸汽压缩系统的蒸发器。

11.  如权利要求1所述的系统，另外包括传热机构，所述传热机构用于吸收和输送光生伏打电池中的热量。

12.  热管理式太阳能电池系统，具有一集中式光生伏打电池，太阳能电池系统包括：
外壳，所述外壳包围集中式光生伏打电池，外壳在其底部表面中具有开口，而集中式光生伏打电池直接位于开口的上方；和
模块式热管理结构，所述模块式热管理结构可安装到外壳的开口上，并与集中式光生伏打电池直接接触，用于支承集中式光生伏打电池，并散布和耗散由集中式光生伏打电池所产生的热量。

13.  如权利要求12所述的太阳能电池系统，其中模块式热管理结构包括：
底板，所述底板与外壳的底部表面对准设置，用于散布由集中式光生伏打电池所产生的热量；和
排热装置，所述排热装置连接到底板上，用于耗散底板中的热量。

14.  如权利要求13所述的太阳能电池系统，其中集中式光生伏打电池和模块式热管理结构之间的表面接触面积通过底板增加。

15.  如权利要求13所述的太阳能电池系统，其中排热装置包括散热片。

16.  如权利要求13所述的太阳能电池系统，其中排热装置包括热交换器。

17.  如权利要求16所述的太阳能电池系统，其中热交换器包括冷却剂流通通道和导热块体，用于主动式耗散从集中式光生伏打电池所产生的热量。

18.  如权利要求17所述的太阳能电池系统，其中冷却剂流动通道密封。

19.  如权利要求18所述的太阳能电池系统，其中相变材料穿过冷却剂流动通道流动。

20.  如权利要求16所述的太阳能电池系统，其中热交换器包括多个冷却剂流动微渠道和导热涂层，用于主动式耗散集中式光生伏打电池所产生的热量。

具热管理的太阳能电池系统
发明背景
太阳能电池，或者光生伏打电池，具有将太阳光直接转变成电力的能力。普通太阳能电池在把所吸收的光转变成电力时近似15％有效。集中式光生伏打电池具有吸收更多电磁光谱的能力，并因此更有效，同时以约30％的效率将所吸收的光转变成电力。因此，所吸收的太阳能有60％以上以热的形式浪费掉。由于光生伏打电池的小尺寸和高能量吸收，所以热量必须从电池充分耗散，以防电池质量下降或损坏。冷却电池的一种方式是利用热散布器来散布电池中所产生的热量，和然后分别通过散热片或热交换器被动式或主动式冷却电池。然而，由于主动式和被动式冷却方法常常需要不同的电池组合式组件的构造，且通常是制造具有电池组合式组件，所以对制造厂提出有关固定件、工具、和设备的不同限制。
发明提要
热管理式太阳能电池系统包括用于产生电力和热的光生伏打电池。系统包括外壳、底板、和排热装置。外壳包围太阳能电池系统并具有敞口的后面部分。底板可设置在外壳的敞口部分中并支承光生伏打电池。底板还导热和散布光生伏打电池所产生的热量。排热装置和底板作为一整体单元起作用，同时排热装置连接到底板上用于排除底板中热量。
附图简介
图1A是太阳能电池系统具有模块式热管理结构的第一实施例的局部剖视图。
图1B是太阳能电池系统具有模块式热管理结构的第二实施例的局部剖视图。
图1C是太阳能电池系统具有模块式热管理结构的第三实施例的局部剖视图。
图1D是太阳能电池系统具有模块式热管理结构的第四实施例的局部剖视图。
图2A是主动式排热装置的第一实施例的侧剖视图。
图2B是主动式排热装置的第二实施例的前剖视图。
图3A是主动式排热装置的第二实施例的侧剖视图。
图3B是主动式排热装置的第二实施例的前剖视图。
图4A是主动式排热装置的第三实施例的上视图。
图4B是主动式排热装置的第三实施例的前剖视图。
图5是与太阳能电池系统结合使用的蒸汽压缩系统的蒸发器的示意图。
详细说明
图1A，1B，1C和1D分别示出具有模块式热管理结构11a，11b，11c，和11d的太阳能电池系统10a，10b，10c，和10d。太阳能电池系统10a，10b，10c，和10d这样设计，以便分别附接到模块式热管理结构11a，11b，11c，和11d上的被动冷却式或主动冷却式排热装置可以在太阳能电池系统已经组装好之后，很容易与太阳能电池系统结合。太阳能电池系统10a，10b，10c，和10d都相同，分别具有不同的模块式热管理结构11a，11b，11c，和11d。因此太阳能电池系统10a，10b，10c，和10d增加了制造效率，能同时或分开将排热装置结合到太阳能电池系统上。
图1A示出太阳能电池系统的第一实施例10a的前视图，所述太阳电池系统10a具有模块式热管理结构11a。太阳能电池系统10a一般包括光生伏打电池12、聚能器14、和外壳16。模块式热管理结构11a利用被动式冷却，且一般包括活动底板18，和排热装置20。在运行中，使聚能器14与太阳对准，以便为聚能器的尺寸收集和聚焦最大量的太阳能。太阳能取光的形式被光生伏打电池12吸收。光生伏打电池12随后将太阳能转变成电能。未用来发电的能量产生热量。由于光生伏打电池12一般能量转换效率是在10％和40％之间，所以大约有60％吸收到光生伏打电池12中的能量转变成热量。热量必须从光生伏打电池12耗散掉，以便防止光生伏打电池12的损坏和降低性能。这种热量也可以作为热能回收利用。
外壳16包围太阳能电池系统10a并支承聚能器16。外壳16一般包括侧面框架22、窗口24、和底板26。侧面框架22沿着光生伏打电池12和聚能器14的外侧周边设置，并保护光生伏打电池12和聚能器14免受外部元件影响。窗口24由透明玻璃形成，并在侧面框架22的上部边缘28处连接到侧面构架22上。窗口24设置在聚能器14的上方，并提供一种封闭以便给用于聚能器14的光学元件的空间抽真空，及保护光生伏打电池12免受外部来源的损坏。底板26提供外壳16的基础，并通过紧固件32a，32b在侧面框架22的底部边缘30处固定到底部框架22上，同时如果需要的话能快速而方便地接近光生伏打电池12。底板26还包括一开口34，所述开口34在底板26的中间，以便容纳模块式热管理结构11a的活动底板18。
模块式热管理结构11a在外壳16处连接到太阳能电池系统10a上。活动底板18直接位于光生伏打电池12的下方，并用重量轻的高导热材料薄板形成。由于活动底板18导热，所以活动底板18还起用于光生伏打电池12的热散布器的作用。排热装置20通过活动底板18连接到光生伏打电池12上。因此，活动底板18通过增加光生伏打电池12和排热装置20之间的传热面积而把光生伏打电池12的高热流(单位面积的传热速率)散布开，所述高热流由能量高度吸收到光生伏打电池12的比较小的表面积中产生。通过增加光生伏打电池12和排热装置20之间的传热速率，来自光生伏打电池12的热流减少。在一个实施例中，活动底板18用铝制成。
排热装置20直接附接到活动底板18上，并在热量已通过活动底板18散布之后被动式耗散由光生伏打电池12所产生的热量。散热片通常与被动冷却的太阳能电池系统结合使用。在被动式冷却中，利用环境空气作为传热源，所述环境空气通过自然对流冷却太阳能电池系统。由于散热片的目的是简单地耗散过量的热，而不是吸收热量供随后使用，所以不需要隔热。排热装置20可以通过活动底板18用该技术中已知的任何方法连接到外壳16上，所述方法包括，但不限于：钎焊法、焊接、或机械方法。
图1B示出太阳能电池系统的第二实施例10b的前视图，所述太阳能电池系统10b具有一排热装置36，该排热装置36与模块式热管理结构11b结合。与模块式热管理结构11a相同，模块式热管理结构11b利用被动式冷却来排除光生伏打电池12中的热量。被动冷却模块式热管理结构的第一和第二实施例11a和11b相互类似地运行。模块式热管理结构11a和11b之间的唯一差别是被动模块式热管理结构11b的排热装置36形成为活动底板18的整体部件。在一个实施例中，底板26和活动底板18(在图1A中示出)设计成整体式底板38。排热装置36随后与整体式底板38形成为模块式热管理结构11b的整体部件。排热装置36可以用该技术中已知的任何方法形成为整体式底板38的一部分，上述方法包括，但不限于钎焊。
图1C示出太阳能电池系统的第三实施例10C的前视图。所述太阳能电池系统10C具有排热装置40，该排热装置40附接到模块式热管理结构11C上。模块式热管理结构11C主动式冷却光生伏打电池12并包括隔热体42。模块式热管理结构11C用与模块式热管理结构11a相同的方式运行，不过模块式热管理结构11C的排热装置40是主动式而不是被动式冷却光生伏打电池12。当吸收太阳能电池系统所产生的热量供该系统或相邻的过程系统使用时，主动式冷却系统一般用来耗散太阳能电池系统中的热量。通常利用冷却剂通过强制对流来吸收和输送从太阳能电池系统中耗散的热量。可供选择地，如果将排热装置40完全密封，则可以使用相变材料来吸收和输送热量。相变材料的例子包括，但不限于：甲醇、氨、水、和丙酮。在排热装置40完全密封的情况下，模块式热管理结构11C将被动式耗散来自光生伏打电池12的热量。
由于吸收光生伏打电池12中的热量供随后使用，所以模块式热管理结构11C包括隔热器42，所述隔热器42位于底板26、活动板18、和排热装置40之间。绝热器40防止光生伏打电池12所产生的热量逸散到环境中，同时使从光生伏打电池12到冷却剂的传热量最大，并因此任何热量都供应到相邻的过程系统中。在一个实施例中，排热装置是热交换器。
图1D示出太阳能电池系统的第四实施例10d的前视图，所述太阳能电池系统10d具有排热装置44，该排热装置44与模块式热管理结构11d结合。与模块式热管理结构的第三实施例11c类似，模块式热管理结构的第四实施例11d也利用主动式冷却，以便排除光生伏打电池12中的热量。热管理结构11c和11d之间的唯一不同是排热装置44形成为整体式底板38的一部分，与模块式热管理结构11b类似。排热装置44可以用该技术中已知的任何方法形成为整体式底板38的一部分。在一个实施例中，将排热装置44的表面钎焊到整体式底板38上。在这种情况下，冷却剂在各底板之间流动，在此处它吸收来自光生伏打电池12的热量供潜在使用。可供选择地，如模块式热管理结构11c类似，如果排热装置44完全密封，则可以使用相变材料来吸收和输送热量。
尽管图1A-1D分别将太阳能电池系统10a-10d示出为仅包括一个光生伏打电池12，但太阳能电池系统10a-10d可以在外壳16内包括若干光生伏打电池12。此外，尽管图1A-1D将聚能器14示出为直接搁在光生伏打电池12的顶部上，但聚能器14只需要放在光生伏打电池12附近，而不需要有效地与光生伏打电池12直接接触。
在运行时，发光伏打电池12、底板26、和模块式热管理结构11a-11d可以分别通过卸除紧固件32a和32b与太阳能电池系统10a-10d的外壳16分开。视所希望的从太阳能电池系统10a-10d收集的热量的功能而定，排热装置可以设计成实施被动式或主动式冷却。然而，太阳能电池系统10a-10d将保持相同，同时视太阳能电池系统10a-10d的具体要求和期望而定，可用于很容易安装和更换模块式热管理结构11a-11d。例如，可以利用不同的排热装置来主动式冷却光生伏打电池12，如下所述。一种类型排热装置包括多个半球形块体(block)，所述半球形块体位于光生伏打电池的下方，以便减少光生伏打电池的局部热流。另一种类型排热装置包括多个微渠道，所述微渠道在光生伏打电池下方延伸，以便增加光生伏打电池和传热流体之间的表面积。还有另一种类型排热装置包括在太阳能电池系统的下方设置一蒸汽压缩系统。所有这些装置都利用冷却剂来耗散来自光生伏打电池的热量。
图2A和2B分别示出主动式排热装置100的侧剖视图和前剖视图，并相互结合进行讨论。排热装置100主动式冷却连接到排热装置100上的太阳能电池系统的光生伏打电池102a和102b，且一般包括渠道104及块体106a和106b。由于光生伏打电池102a和102b的小尺寸和进入光生伏打电池102a和102b的高太阳能浓度比，所以局部热流极高。主动式排热装置100提供有效的排除光生伏打电池102a和102b中的热量，而同时保持光生伏打电池102a和102b与穿过染道104流动的冷却剂之间低的温差。尽管图2A和2B仅示出两个光生伏打电池102a和102b及相应的块体106a和106b，但主动式排热装置100可以按需要具有任何数量块体，以便有效地冷却沿着渠道104设置的光生伏打电池。
渠道104起冷却剂流动通道的作用，并由接触板108和底板110形成。如在图2B中可以看出的，接触板108具有第一侧112a、第二侧112b、及位于所述第一和第二侧112a和112b之间的中间部分114。多个具有半径R₁的半球形凹槽116沿着中间部分114的长度形成。底板110也具有第一侧118a、第二侧118b、及在所述第一和第二侧118a和118b之间的中间部分120。底板110的中间部分120沿着底板110的整个长度形成具有半径R₂的半圆筒形形状。中间部分120的半径R₂大于半球形凹槽116的半径R₁。
接触板108和底板110连接在一起，以便形成渠道104。接触板108的第一侧112a连接到底板110的第一侧118a上，而接触板108的第二侧112b连接到底板110的第二侧118b上。尽管图2A和2B把接触板108的半球形凹槽116示出为具有半球形横断面形状和把底板110的中间部分120示出为具有半圆筒形形状，但半球形凹槽116和中间部分120可以具有任何不同的横断面形状，只要它们一起形成冷却剂流动渠道。渠道104的接触板108和底板110用高导热材料如金属形成。特别合适的金属的例子是铝。接触板108和底板110可以用该技术中已知的方法相互连接，所述方法包括，但不限于钎焊。
块体106a和106b具有半球形形状，且加工成一定尺寸以便放置在接触板108的半球形凹槽116内。然后分别将光生伏打电池102a和102b直接放在块体106a和106b上，所述块体106a和106b起减少光生伏打电池102a和102b的局部热流的作用。块体106a和106b用高导热材料制成，并有效地增加光生伏打电池102a和102b与穿过渠道104流动的冷却剂之间的接触表面积。因为光生伏打电池102a和102b与冷却剂之间的接触表面积增加，所以对光生伏打电池102a和102b的可能损害减至最小。块体106a和106b的半球形形状使光生伏打电池102a和102b中的热量朝径向方向耗散，均匀地将热量分布到一更大的表面积上，并因此减少了热流。由于块体106a和106b及渠道104二者都用高导热材料制成，所以光生伏打电池102a和102b与块体106a和106b之间的温差将最小。尽管在图2A和2B中把块体106a和106b示出为具有半球形形状，但块体106a和106b可以具有任何不同形状，只要它们能放在凹槽116中。在一个实施例中，块体106a和106b用铝形成，并可以结合到接触板108上或者钎焊到接触板108上。光生伏打电池102a和102b基本上可以分别钎焊在块体106a和106b的顶部上。
在运行时，冷却剂通过主动式排热装置100的渠道104，并起传热流体作用来耗散光生伏打电池102a和102b中的热量。光生伏打电池102a和102b中的热量首先分别耗散到块体106a和106b中，和然后穿过块体106a和106b朝径向方向上辐射到接触板108。这种由块体106a和106b与接触板108的凹槽116所形成的增加的表面积能将热量从光生伏打电池102a和102b传递到穿过渠道104流动的冷却剂，同时显著减少了热流，因此避免了冷却剂的局部沸腾。这种增加的传热接触表面积也能从光生伏打电池102a和102b耗散热量，同时没有大的温降。由于光生伏打电池102a和102b与冷却剂之间温差小的结果，所以从光生伏打电池102a和102b可以产生有用的热量如热水。
为了使排热装置100与太阳能电池系统10c或10d结合，排热装置100的接触板108起活动底板18作用。接触板108通过紧固件32a和32b附接到外壳16上，同时渠道104及块体106a和106b排除光生伏打电池102a和102b中的热量。
图3A和3B分别是主动式排热装置第二实施例200的侧剖视图和前剖视图，并且相互结合讨论。主动式排热装置200耗散光生伏打电池202a和202b中的热量，并且一般包括渠道204和块体206。渠道204包括接触板208和底板210。接触板208具有第一和第二侧212a和212b及在所述第一和第二侧212a和212b之间的中间部分214。同样，底板210具有第一侧216a和216b及在所述第一和第二侧216a和216b之间的中间部分218。主动式排热装置200的光生伏打电池202a和202b、渠道204、及块体206相互作用，并用与主动式排热装置100(在图2A和2B中示出)的光生伏打电池102a和102b、渠道104、及块体106a和106b相同的方式起作用，不过接触板208的中间部分214用沿着渠道204的长度的连续沟槽220形成，而不是用多个凹槽形成。此外，块体206是沿着渠道204的长度延伸的连续块体，而不是多个块体。
通过沿着接触板208的整个长度形成沟槽220和将块体206设置在沟槽212的整个长度内，渠道204的截面积在渠道204的整个长度内保持恒定。这与主动式排热装置100的渠道104中的传热速率相比，沿着主动式排热装置200的渠道204产生更恒定的传热速率。由于块体106a和106b与冷却剂之间的间歇式接触，所以渠道104中的传热速率较小且较少一致。由于块体206提供沿着渠道204的整个长度传热，所以主动式排热装置200的传热更均匀，并可以很容易控制。
为了使排热装置200与太阳能电池系统10c或10d结合，排热装置200的接触板208起活动底板18的作用。接触板208通过紧固件32a和32b附接到外壳16上，同时渠道204和块体206排出光生伏打电池202a和202b中的热量。
图4A和4B分别示出活动式排热装置第三实施例300的上视图和前剖视图，并相互结合讨论。主动式排热装置300耗散光生伏打电池302a、302b、和302c中的热量，且一般包括底板304、涂层306、衬底308、片簧310、罩面层312、和热交换器314。如同主动式排热装置的第一和第二实施例100和200(分别在图2A和2B、及图3A和图3B中所示)那样，冷却剂穿过微渠道314并用作传热流体。尽管图4A仅示出光生伏打电池302a和图4B仅示出三个光生伏打电池302a、302b、和302c，但主动式排热装置300可以冷却任何数量的与主动式排热装置300接触的光生伏打电池。
底板304是支承光生伏打电池302a、302b、和302c、衬底308、和热交换器314的绝缘结构底板。衬底308是薄膜，并形成电路布置在该处的基础。首先必须从衬底308这样切开开口，以便一旦准备安装光生伏打电池302a，302b，和302c，就可以在不叠加衬底308的情况下直接将光生伏打电池302a、302b、和302c安装在底板304上。
一旦衬底308处在合适位置，则安装光生伏打电池302a、302b、和302c，并用机械方法附接到底板304上。如图4B中所示，光生伏打电池302a、302b、和302c沿着底板304相互等距离设置。每个光生伏打电池302a、302b、和302c都在光生伏打电池302a、302b、和302c接触底板304的表面上涂装一薄层涂层306。涂层306是一种高导热和电绝缘的材料如氮化铝，所述涂层306起光生伏打电池302a、302b、和302c与底板304之间的界面层作用。在一个实施例中，光生伏打电池302a、302b、和302c通过片簧310压紧并束缚到底板304上。片簧310是衬底308最初切换到叠加光生伏打电池302a、302b、和302c的部分。片簧310起将光生伏打电池302a、302b、和302c的边缘部分保持到底板304上的作用。
衬底308电绝缘，并且有电力母线，所述电力母线刻印两个接线端子308a和308b，以便将每个光生伏打电池302a、302b、和302c连接到衬底308上，和将电力从光生伏打电池302a、302b、和302c传输到连接器。由于衬底308电绝缘，所以衬底308通常具有低热导率，同时横跨衬底308产生高传热电阻。因此需要低温冷却剂来有效地排除光生伏打电池302a、302b、和302c中的热量。一旦光生伏打电池302a、302b、和302c安装到了底板304上，就在光生伏打电池302a、302b、和302c上涂装罩面层312，以便保护光生伏打电池302a、302b、和302c免予曝光。在一个实施例中，罩面层是硅凝胶。
热交换器314具有若干微渠道316，并安装在底板304内。热交换器314贯穿底板304的长度在光生伏打电池302a、302b、和302c的下方。微渠道316是挤出管，所述挤出管设计成保证沿着热交换器314的壁高热散布。冷却剂穿过微渠道314流动，并吸收光生伏打电池302a、302b、和302c中所产生的热量。尽管图4A和4B将热交换器示出为微渠道热交换器，但热交换器314可以是任何类型热交换器如具有流通通道的板式热交换器。
在运行中，热交换器314的微渠道316和高导热涂层306提供由光生伏打电池302a、302b、和302c所产生的热量与穿过微渠道316流动的冷却剂之间的高对流传热。高对流传热产生有效排除光生伏打电池302a、302b、和302c中的热量。由于高传热速率，所以热量在最低温降情况下传送到冷却剂，同时在光生伏打电池302a、302b、和302c与冷却剂之间产生一低的温差。与主动式排热装置100和200类似，用主动式排热装置300可以从光生伏打电池302a、302b、和302c产生有用的热量。此外，由于微渠道的尺寸和材料，所以微渠道316提供低成本和重量轻的热管理系统，同时可用于大量生产和减少主动式排热装置300的机械载荷。
为了使排热装置300与太阳能电池系统10c或10d结合，排热装置300的底板304起活动底板18的作用。底板304通过紧固件32a和32b固定到外壳16上，同时微渠道314排除光生伏打电池302a、302b、和302c中的热量。
在第四实施例中，主动式排热装置400是蒸汽压缩系统402的蒸发器。在图5中示出的蒸汽压缩系统402控制太阳能电池系统404的温度，且一般包括蒸发器406、压缩机408、冷凝器410、和膨胀装置412。致冷剂穿过蒸汽压缩机系统402流动，并吸收由太阳能电池系统404所产生的热量，所述太阳能电池系统404接触蒸发器406。致冷剂可以包括，但不限于：含氯氟烃类、含氟烃类、二氧化碳、丙烷、丁烷、乙醇、水、任何非共沸或共沸混和物或混合物、或上述物质的任何组合。
蒸发器406和冷凝器410是分别蒸发和冷凝致冷剂的热交换器。蒸发器406使致冷剂沸腾以便提供冷却。随着致冷剂在蒸发器406中沸腾和蒸发，温度和压力一般都低，T_low，P_low。在这个温度下，蒸发器406中的致冷剂很容易吸收从太阳能电池404排出的热量。此外，由于致冷剂的温度低，所以它可以起冷却外部热源如冰箱或空调的作用。
在离开蒸发器406时，致冷剂送到压缩机408。压缩机408接收从蒸发器406沸腾的致冷剂蒸汽，并将致冷剂蒸汽的压力升高到一个等级P_high，所述压力P_high足够供致冷剂蒸汽在冷凝器410中冷凝。随着致冷剂受压缩和致冷剂的压力增加，致冷剂的温度也增加。在这个阶段，致冷剂是高压P_high、高温T_high流体蒸汽。
一旦致冷剂受压缩，就将它送到冷凝器410，在这里致冷剂冷却到仍然是高压P_high和高温T_high的液态。因此，热量从冷凝器410中的致冷剂排出。冷凝器410可以是该技术中已知的任何设计，其中包括，但不限于，冷却塔或蒸发式冷凝器。
在离开冷凝器410之后，致冷剂进入膨胀装置412。膨胀装置412控制离开冷凝器410的经过冷凝的致冷剂在增加的压力P_high和增加的温度T_high下流到蒸发器406中。膨胀装置412在致冷剂进入蒸发器406供吸收热量之前，将所述致冷剂的压力和温度二者降到低压P_low和低温T_low。在这个压力和温度下，致冷剂是两相流体，或者是蒸汽/液体混合物，所述两相流体具有比单相流体更好的传热性能。另外，致冷剂当煮沸/蒸发时，一般停留在恒温恒压下。利用蒸发器406来吸收热量能更好的控制光生伏打电池404的温度。使致冷剂连续地通过蒸汽压缩系统402，以便排除太阳能电池系统404中的热量。
为了使排热装置400与太阳能电池系统10c或10d结合，排热装置400的蒸发器406起活动底板18的作用。蒸发器406可以例如分别是上述排热装置的第一、第二、和第三实施例100、200、和300中的任一个，上述蒸发器406通过紧固件32a和32b固定到外壳16上，并排除光生伏打电池302a、302b、和302c中的热量。
附接到模块式热管理结构上的太阳能电池系统提供用于排除太阳能电池系统中热量的被动式和主动式冷却组合式配置。公开了各种组合式结构，所述组合式结构能将被动式或主动式冷却装置连接到光生伏打电池上，随后组装太阳能电池系统。散热片可以在建造太阳能电池外壳或者与模块式热管理结构成为整体之后连接到太阳能电池系统上，用于被动式热管理系统。同样，热交换器或者如下面所述的主动式冷却排热装置可以在建造太阳能电池外壳或者与组合式热管理系统成为整体之后连接到太阳能电池系统上，用于主动式热管理系统。
可以利用各种主动式冷却排热装置来有效地排除太阳能电池系统中热量。在一种排热装置中，将多个块体直接设置在太阳能电池系统的光生伏打电池的下方，以便减少光生伏打电池的局部热流。在另一种排热装置中，多个微渠道在光生伏打电池下方延伸，以便增加从光生伏打电池传热到-传热流体。在还有另一种类型排热装置中，将蒸汽压缩系统连接到太阳能电池系统上。主动式排热装置利用冷却剂作为传热手段，以便耗散发生伏打电池中的热量。
尽管本发明已参照一些优选实施例进行了说明，但该领域的技术人员应该意识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。