CN102052782A - 一种热管式太阳能光电光热综合利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热管式太阳能光电光热综合利用系统。该系统包括储水箱和光伏/热水板，二者之间由水路管道连通；光伏/热水板包括热管，光伏电池和导热金属板；光伏电池串联成条状，均布于导热金属板的上表面，相邻两列光伏电池之间设有间隙；热管的蒸发段均布设于导热金属板的背面，每根热管的蒸发段位于相邻两列光伏电池之间的间隙处；导热金属板的背面还设有隔热层，且隔热层包裹着热管；集热流道管上均布设有铜套管，铜套管垂直于集热流道管，每根热管的冷凝段插设在铜套管内。本发明大大提高了系统对太阳能的综合利用效率；可以在高纬寒冷地区使用，扩大了其使用的地域范围；由于通过热管进行间接导热，从而大大降低了自来水对电池板芯的腐蚀，提高了使用寿命。

Description

一种热管式太阳能光电光热综合利用系统
技术领域
本发明属于太阳能应用技术领域，具体涉及一种热管式太阳能光电光热综合利用系统。
背景技术
目前，我国推出低碳经济战略经济政策，改变我国能源利用效率的低下和煤炭等化石能源使用比重过大导致了我国能源问题更加严峻和环境破坏日趋严重的状况。太阳能因为其可再生以及对环境友好的优点，是重要的传统能源替代物。目前太阳能的利用方式主要包括光热转换利用和光电转换利用。
单独的光电或光热系统，只能得到一种收益。而太阳能光伏/热水(PV/T)系统属于一种太阳能光电/光热综合利用系统，既可将太阳能转化为高品位的电能输出，还可将剩余太阳能转换为热能并加以收集利用，此外，系统中的载热介质还可有效地对光伏电池进行冷却，提高其光电的性能，因此，这种系统的太阳能综合利用的效率远高于单独的光电或光热系统。但普通的PV/T集热器大都直接以水作为载热介质，在高纬度寒冷地区容易发生结冰现象，从而影响正常使用；此外由于水直接通入集热板内部，容易造成集热板被腐蚀，降低其使用年限。热管是一种高效的导热组件，其导热能力甚至大于大多数金属，且热管内使用低凝固、低沸点以及低腐蚀性的工质，在寒冷条件下不易发生结冰现象，因此将热管应用于太阳能光伏/热水集热器中，既可解决在高纬度寒冷地区应用的结冰问题，还可迅速地将光伏电池板处的热量传走，降低其温度，从而提高其效率，另外还可减轻外界对集热板的腐蚀，延长其使用年限。
在已有的相关专利中，如太阳能平板热水器01257502.X，它虽然也采用了热管进行导热，但它仅是太阳能光热利用结构，且其板芯为热管加翅片的结构形式，不利于层压光伏电池；另外，如光伏光热集热器CN101106167A，一种太阳能热电利用装置02216271.2等，它们均采用在集热板里直接走水作为收集热量的方式，属于普通的PV/T集热器，不具有抗冻的功能，不能在寒冷地区使用，容易受腐蚀，且这种方式中水与集热板间的传热属于单相换热，热传输能力不强。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种热管式太阳能光电光热综合利用系统，该系统在普通太阳能光电光热综合利用结构的基础上，加入了热管导热技术，将热管技术和太阳能光热、光电利用相结合，既提高了太阳能的综合利用效率，同时也解决了在不同地域条件下的使用问题。
具体的技术解决方案如下：
一种热管式太阳能光电光热综合利用系统包括储水箱和光伏/热水板，所述储水箱上设有进水口和出水口，且出水口上设有水泵，水泵的出水口通过水路管道与集热流道管连通，集热流道管的另一端再通过水路管道连通着储水箱的进水口；所述光伏热水板包括热管、光伏电池和导热金属板，所述光伏电池串联成条状，且均布设于导热金属板的上表面，相邻两列光伏电池之间设有间隙，光伏电池的上方设有玻璃盖板；热管的蒸发段均布设于导热金属板的背面，每根热管的蒸发段位于相邻两列光伏电池之间的间隙处；导热金属板的背面还设有隔热层，且隔热层包裹着热管；
所述集热流道管上均布设有铜套管，铜套管垂直于集热流道管，每根热管的冷凝段插设在铜套管内。
所述导热金属板的上表面均布设有六列以上的光伏电池，背面设有五根以上的热管；相对应所述集热流道管上均布设有五个以上的铜套管。
所述光伏电池的背面设有高太阳能吸收率的黑色的聚氟乙烯复合膜，上表面设有透明的聚氟乙烯复合膜。
所述相邻光伏电池之间的间隙为12-20mm。
所述玻璃盖板与光伏电池上表面之间的间距为30～40mm。
所述热管为重力热管或毛细热管；当为重力热管时，热管的冷凝段位置必须高于热管的蒸发段位置。
所述隔热层材料为聚苯乙烯泡沫材料，厚度为40～50mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：该系统既能从光热、光电两方面对太阳能加以利用，大大提高了对太阳能的综合利用效率；同时又解决了普通太阳能光电光热综合利用系统不能在高纬寒冷地区使用的问题，扩大了其地域使用范围；此外，通过热管间接地进行热量传输，避免了需要在PV/T板内直接通水进行热量传输的方式，从而大大降低了水对PV/T板芯的腐蚀，提高了其使用年限。
附图说明
图1为热管式太阳能光电光热综合利用系统结构示意图，
图2为光伏热水板横剖图，
图3为光伏电池板芯横剖图，
图4为集热流道管结构示意图，
图5为图4的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例：
参见图1，一种热管式太阳能光电光热综合利用系统包括储水箱3和光伏/热水板1。储水箱上设有进水口和出水口，且出水口上安装有水泵4，水泵4的出水口通过水路管道与集热流道管151相连通，集热流道管151的另一端再通过水路管道与储水箱3的进水口相连通。光伏/热水板1包括热管116、光伏电池113、导热金属板115以及框架16。光伏电池113串联成条状，八列光伏电池113均布设于导热金属板115的上表面，见图2；光伏电池的背面设有一层具有高吸收率的黑色的聚氟乙烯复合膜(TPT)114，可以增强对太阳能的吸收以及使光伏电池113与导热金属板115间有较好电绝缘的作用；其上表面设有透明的聚氟乙烯复合膜111。光伏电池113的上方安装有玻璃盖板13，二者之间的间距为35mm；相邻两列光伏电池之间的间隙为15mm。导热金属板115的背面均布安装有九根热管12，用于带走导热金属板115的热量。每根热管的蒸发段位于相邻两列光伏电池113之间的间隙处；导热金属板115的背面设有隔热层14，且隔热层14包裹着热管，隔热层材料为聚苯乙烯泡沫材料。
参见图4和图5，集热流道管151上均布设有九个铜套管152，铜套管152垂直于集热流道管151，每根热管的冷凝段122插装在铜套管152内。
其中，光伏/热水板1内的热管若为重力热管，则安装时，热管的冷凝段122的位置必须高于热管的蒸发段121的位置，以保证重力热管的正常运行；若为毛细热管，则热管蒸发段121与冷凝段122的相对位置没有特殊要求，只须在热管内毛细力的有效作用范围内即可。
本发明的具体运行原理为：当太阳光照射到光伏/热水板1上时，一部分太阳光将被光伏电池113吸收并转化为电能，再经光伏控制系统2逆变转换为常用的交流电后向外部输出利用，其余大部分则被转化为热能并经过导热金属板115传给热管的蒸发段121，再由热管的冷凝段122传给集热流道管151内的水，被加热的水经水泵4驱动回到储水箱3与里面的水进行热交换，同时储水箱3内的冷水又经水泵4进入光伏/热水板1顶部的集热流道管151进行吸热。水泵4用于驱动整个回路内的水不断循环流动。当冷却水流过集热流道管151时，热管的冷凝段122先将热量传给铜套管152，然后再由铜套管152传给集热流道管151内的水。

Claims (7)

1.一种热管式太阳能光电光热综合利用系统，包括储水箱和光伏/热水板，所述储水箱上设有进水口和出水口，且出水口上设有水泵，水泵的出水口通过水路管道与集热流道管连通，集热流道管的另一端再通过水路管道连通着储水箱的进水口；所述光伏/热水板包括热管、光伏电池和导热金属板，其特征在于：所述光伏电池串联成条状，且均布设于导热金属板的上表面，相邻两列光伏电池之间设有间隙，光伏电池的上方设有玻璃盖板；热管的蒸发段均布设于导热金属板的背面，每根热管的蒸发段位于相邻两列光伏电池之间的间隙处；导热金属板的背面还设有隔热层，且隔热层包裹着热管；
所述集热流道管上均布设有铜套管，铜套管垂直于集热流道管，每根热管的冷凝段插设在铜套管内。
2.根据权利要求1所述的一种热管式太阳能光电光热综合利用系统，其特征在于：所述导热金属板的上表面均布设有六列以上的光伏电池，背面设有五根以上的热管；相对应所述集热流道管上均布设有五个以上的铜套管。
3.根据权利要求1或2所述的一种热管式太阳能光电光热综合利用系统，其特征在于：所述光伏电池的背面设有高太阳能吸收率的黑色的聚氟乙烯复合膜，上表面设有透明的聚氟乙烯复合膜。
4.根据权利要求1或2所述的一种热管式太阳能光电光热综合利用系统，其特征在于：所述相邻光伏电池之间的间隙为12-20mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种热管式太阳能光电光热综合利用系统，其特征在于：所述玻璃盖板与光伏电池上表面之间的间距为30～40mm。
6.根据权利要求1或2所述的一种热管式太阳能光电光热综合利用系统，其特征在于：所述热管为重力热管或毛细热管；当为重力热管时，热管的冷凝段位置必须高于热管的蒸发段位置。
7.根据权利要求1或2所述的一种热管式太阳能光电光热综合利用系统，其特征在于：所述隔热层材料为聚苯乙烯泡沫材料，厚度为40～50mm。
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