CN102136507B - 透光体调控式光电光热一体化装置 - Google Patents

透光体调控式光电光热一体化装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能应用领域，特别提出一种透光体调控式光电光热一体化装置。本发明的透光体调控式PV/T一体化装置包括：透视板及框体组件和PV/T集成组件以及传动组件。其采用高导热率的绝缘导热EVA，让太阳能电池板的热量迅速传导至集热活动复合板管，并被集热液流管及集热空气通道管吸收利用；防止温度过高影响正常使用，甚至损坏电池板；具备双层中空玻璃窗的保温、隔热、透光、隔音等功能；实现全效发电，热水&热空气双项混合热能利用及自然采光；可以达到低碳、高收益的目的，让太阳能应用技术与建筑能够完美结合。

Description

透光体调控式光电光热一体化装置
技术领域
本发明涉及太阳能应用领域，具体涉及一种透光体调控式光电光热(即PV/T)一体化装置，特别涉及一种智能化双层透光体中空光电光热三维联产的太阳能综合利用领域。
背景技术
城市人口紧密，高楼群筑，能耗巨大，如何将新能源产品融入城市生活、做到城市环境可持续发展、建造“低碳型社会”成了各国政府和众多新能源公司的首要发展目标。太阳能凭借其广泛性、清洁无污染、可再生等优势已成为未来最适合城市发展的新能源之一。
现阶段，城市建筑新能源的利用已成为节能环保的一项重大举措，然而，现有市场上能够与建筑完美匹配、应用于幕墙及屋面的新型光伏产品(BIPV)并不多见，市售采用光面超白钢化玻璃制作的双面玻璃组件，通过调整电池片的排布或采用穿孔硅电池片的方法，在取得光伏发电的同时，可以得到一定的透光率，其缺点是发电功率及透光率二者不能兼顾，一般都需要以牺牲高档电能源来达到更高的透光率，光伏组件透光率越大(甚至达到38％)，电池片的排布就越稀，其发电功率也会越小；且由于光伏系统中的光电转换组件本身存在缺陷，发电功率受环境温度影响很大，电池片最佳工作温度25℃，每升高1℃，光伏电池发电效率下降约0.5％，国外光伏行业对这一问题认知很早。由IEA组织的SHC Task35PVT研究计划，参与国达到20多个，共同开展光伏光热系统(即PV/T系统)的研发，例如丹麦SolarVenti公司研发的空气型PVT系统，光伏电池组件置于整个装置腔体的中间，上下为空气流动层，通过装置底部的风扇使空气流动，从而达到冷却光伏组件的作用，在冬季利用排出的热空气采暖，而在其他季节并未做任何利用；其次，由于该装置采用空气循环冷却，腔体内外温度形成温差时，空气中的水分子凝结于玻璃表面，影响透光，减少发电功率和太阳能电池组件寿命，此类装置也未能很好的处理采光与产能的统一。其他国家研发的PV/T系统也都存在相应技术问题，在此不多作阐述。
因此，在光伏产品与建筑物结合应用时，如何解决光伏电池的发电效率与透光性要求之间的矛盾，最大限度的利用太阳能就成了本领域的技术人员急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是，解决太阳能产品与建筑一体化必将成为未来建筑节能的必然趋势与目前国内外市场在该技术领域内尚无成熟产品应市的矛盾，提供一种透光体调控式PV/T一体化装置。
为达到本发明的目的，本发明的透光体调控式PV/T一体化装置包括：透视板及框体组件、PV/T集成组件及传动组件。
优选的，透视板及框体组件包括透视盖板、吸附剂储条、密封胶、C型框、透视底板；其中C型框通过拼接铆焊密封组成整个装置的框体；密封胶挤压在框体上部和底部，便于透视盖板和透视底板与框体成胶凝密封：框体内侧涂有绝热保温涂层，防止热量通过金属体外泄；吸附剂储条固定在框体内侧；整个框体外侧四边填充有密封胶，并在框体上相应位置开有工作流体管进口、工作流体管出口、集热空气通道管进口、集热空气通道管出口的通过孔。
PV/T集成组件由太阳能电池组件、集热液流管、集热空气通道管、软体连接管、工作流体和光伏电源输出接线盒构成。集热液流管从太阳能电池组件底部的集热活动复合板管中央管孔中穿过，一头与工作流体管进口密封固定，另一头与工作流体管出口密封固定，并由传动组件中的限位条把若干个集热液流管和集热活动复合板管按顺序排列在框体内部；集热空气通道管一面通过导热黏胶与集热活动复合板管的管底面粘合固定；或运用集成优化工艺，将集热空气通道管与集热活动复合板管采用特种合金或防锈铝合金一次性挤压成型于一体；集热空气通道管两端密封并开孔，采用软体连接管连接，上一支集热空气通道管出口与下一支的进口对接，形成S形空气流道，最后从管出口排出；集热液流管、集热空气通道管内装填有工作流体；光伏电源输出接线盒设置在边框一侧，便于串联汇总每块条状电池板引出的两个正、负输出电极。
优选的，所述传动组件包括：限位条、主动轮、同步带、传动轮式固定夹、限位滚轮、同步电机、吸风器或排风机以及电磁调控档栅。主动轮安装固定在同步电机轴头上；同步电机、限位条固定在框体内侧；限位滚轮采用螺钉固定在限位条上；同步带一头与主动轮连接，另一头与传动轮式固定夹上的传动轮成齿形啮合。吸风器或排风机设置在集热空气通道管出口上；电磁调控档栅固定在集热空气通道管进口上，便于不需要热空气时起到封阻作用。
其中，所述的传动组件也可为耐老化、耐高温、可操作及便于活动和调节角度的传感器或机械式手动元件。
所述的太阳能电池组件包括太阳能电池常规组件及太阳能电池非标组件。太阳能电池非标组件可分为晶硅类太阳能电池非标组件、非晶硅类薄膜太阳能电池非标组件、微晶硅及相对应的薄膜类太阳能电池非标组件。晶硅类太阳能电池非标组件的结构形式为：透视盖板、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、太阳能传感晶片、IHCEVA(即绝缘导热EVA)；非晶硅类薄膜太阳能电池非标组件结构形式如：二氧化硅(SiO2)导电玻璃、a-sip-层(P型非晶硅层)、a-sii层(I型非晶硅层)、a-sin-层(N型非晶硅层)、背电极、IHCEVA。
所述的IHCEVA是一种塑料物料，是将纳米氧化锌、纳米氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅晶须、氮化铝晶须或其他高导热功能粉体及各种助剂，按一定配比将原料混合均匀，并倒入双螺杆挤出机，混炼塑化，挤出切粒后模压成型。
所述的传动轮式固定夹采用工程塑料、陶瓷材料或强度高、耐磨损且高温下不易变形的材料制成。一头为管状空心体，并在管上设置有齿轮，另一头为夹片式，便于与集热活动复合板管固定。
所述的同步电机，采用市售的型号为BL35S-6-12的单相异步电动机，额定转速为12rmp，也可采用相对应的其他耐热性好、免维护的变速电机。
所述的同步带采用市售单面带凸齿的耐热性好、抗老化、热膨胀率小的硅胶复合带或橡胶复合带，同时也可采用热传导小，耐高温、耐磨损的工程塑料制成的链带。
所述的工作流体采用市售Z-Z超导介质、低温导热油或在低温30℃～40℃时可以气化的超导液；无霜、无冻地区，可直接采用水作为工作流体；而集热空气通道管内工作流体为环境空气。
所述的吸附剂储条是采用市售的硅胶干燥剂，通过静态吸附吸收密封空间中的水汽及气体等。由于吸附剂储条的存在，可以使装配过程中残余箱体内的气体被充分干燥和吸收，防止冷热骤变过程中产生水雾，降低透视盖板的透射能力，保持箱体内长期干燥。
工作原理
本发明透光体调控式PV/T一体化装置的工作原理为：太阳辐射透过透视盖板，电池板接受太阳光，产生光生伏特效应，将光能直接转换成电能，并由连接线将每条太阳能电池板的两个正、负输出电极固定并引出接线盒。在控制器的控制下进入蓄电池储存，也可通过DC-AC、DC-DC逆变器直接向目标客户供应电能，或转换成交流电输出至电网。
太阳能电池板在光电转换的过程中产生大量的热能，大量的热能通过IHCEVA传递至集热活动复合板管上，此时低温的工作流体不断地从工作流体管/进口管进入到套装有集热活动复合板管的集热液流管中，吸收大量热能后经工作流体管/出口排出以供使用。
设置在集热活动复合板管管一面的集热空气通道管充分发挥自身面积大的优势，在大量吸收集热活动复合板管未被吸收的热量同时，大范围吸收双透光体空腔内剩余热量，以供目标客户使用。
管状电机通过主动轮在智能控制器的作用下，带动同步带，在限位滚轴的配合使用下，传动轮式固定夹带动太阳能电池非标组件和集热空气通道管转动。根据需要可做0-90°调整，以实现光电转换、光热转换、遮阳和透光的多重功效的完美统一。
本发明的透光体调控式PV/T一体化装置创新地提出了光伏发电+热水+热空气共存一体的理念，必将在太阳能利用领域引起巨大反响。
附图说明
以下将结合附图详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中：
图1是本发明的透光体调控式PV/T一体化装置主视示意图；
图2是图1的透光体调控式PV/T一体化装置A-A剖面图。
具体实施方式
如图1及图2所示，本发明的一个实施例的透光体调控式PV/T一体化装置包括；透视板及框体组件、PV/T集成组件及传动组件。
透视板及框体组件包括透视盖板4、吸附剂储条3、密封胶17、C型框18、透视底板19。C型框18通过拼接铆焊密封组成整个装置的框体；密封胶17挤压在框体上部和底部，便于透视盖板4和透视底板19与框体成胶凝密封；框体内侧涂有绝热保温涂层，防止热量通过金属体外泄；吸附剂储条3固定在框体内侧；整个框体外侧四边填充有密封胶17，并在框体上相应位置开有工作流体管进口1、工作流体管出口2、集热空气通道管进口、集热空气通道管出口的通过孔。
PV/T集成组件包括太阳能电池组件8、集热液流管14、集热空气通道管15、软体连接管16、以及光伏电源输出接线盒6。集热液流管14从太阳能电池组件8的底部的集热活动复合板管7中央管孔中穿过，一头与工作流体管进口1密封固定，另一头与工作流体管出口2密封固定，并由传动组件中的限位条5把若干个集热液流管14和集热活动复合板管7按顺序排列在框体内部；集热空气通道管15一面通过导热黏胶与集热活动复合板管7的管底面粘合固定；或运用集成优化工艺，将集热空气通道管15与集热活动复合板管7采用特种合金或防锈铝合金一次性挤压成型于一体；集热空气通道管15两端密封并开孔，采用软体连接管16连接，上一支集热空气通道管出口与下一支的进口对接，形成S形空气流道最后从管出口排出；集热液流管14、集热空气通道管15内装填有工作流体；光伏电源输出接线盒6设置在边框一侧，便于串联汇总每块条状电池板引出的两个正、负输出电极。
传动组件包括：限位条5、同步电机9、主动轮10、同步带11、传动轮式固定夹12、限位滚轮13、吸风器或排风机以及电磁调控档栅21。主动轮10安装固定在同步电机9轴头上；同步电机9、限位条5固定在框体内侧；限位滚轮13采用螺钉固定在限位条5上；同步带11一头与主动轮10连接，另一头与传动轮式固定夹12上的传动轮成齿形啮合。吸风器或排风机设置在集热空气通道管15出口上；电磁调控档栅21固定在集热空气通道管15进口上，便于不需要热空气时起到封阻作用。
所述的太阳能电池组件8包括太阳能电池常规组件及太阳能电池非标组件。太阳能电池非标组件可分为晶硅类太阳能电池非标组件、非晶硅类薄膜太阳能电池非标组件、微晶硅及相对应的薄膜类太阳能电池非标组件。晶硅类太阳能电池非标组件的结构形式为：透视盖板、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、太阳能传感晶片、IHCEVA(即绝缘导热EVA)；非晶硅类薄膜太阳能电池非标组件结构形式如：二氧化硅(SiO2)导电玻璃、a-sip-层(P型非晶硅层)、a-sii-层(I型非晶硅层)、a-sin层(N型非晶硅层)、背电极、IHCEVA、集热活动复合板管7，通过真空层压机热压于一体。
所述的IHCEVA20是一种塑料物料，由纳米氧化锌、纳米氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅晶须、氮化铝晶须或其他高导热功能粉体及各种助剂，按一定配比将原料混合均匀，并倒入双螺杆挤出机，混炼塑化，挤出切粒后模压成型。
所述的传动轮式固定夹12采用工程塑料、陶瓷材料或强度高、耐磨损且高温下不易变形的材料制成。一头为管状空心体，并在管上设置有齿轮，另一头为夹片式，便于与集热活动复合板管7固定。
所述的同步电机9，采用市售的型号为BL35S-6-12的单相异步电动机，额定转速为12rmp，也可采用相对应的其他耐热性好、免维护的变速电机。
所述的同步带11采用市售单面带凸齿的耐热性好、抗老化、热膨胀率小的硅胶复合带或橡胶复合带，同时也可采用热传导小，耐高温、耐磨损的工程塑料制成的链带。
所述的工作流体采用市售Z-Z超导介质、低温导热油或在低温30℃～40℃时可以气化的超导液；无霜、无冻地区，可直接采用水作为工作流体；而集热空气通道管15内工作流体为环境空气。
所述的吸附剂储条3是采用市售的硅胶干燥剂，通过静态吸附吸收密封空间中的水汽及气体等。由于吸附剂储条3的存在，可以使装配过程中残余箱体内的气体被充分干燥和吸收，防止冷热骤变过程中产生水雾，降低透视盖板4的透射能力，保持箱体内长期干燥。
有益效果
本发明的透光体调控式PV/T一体化装置具有明显的技术和性价优势，具体如下：
一、“双管齐下”，热量照单全收，光电及双热能高效三联产。
由于IHCEVA的高导热率，使太阳能电池板的热量迅速传导至集热活动复合板管，并被集热液流管及集热空气通道管吸收利用。集热液流管及集热空气通道管在集热的同时对太阳能电池板起到冷却作用，使太阳能电池板的工作温度始终保持在最佳发电状态，在热能吸收最大化的同时，提高发电量，达到电能及双效热能的高效三联产，太阳能综合利用率达到65％以上。独特的双效热能产出形式，为装置的安全性能带来保证，当工作流体不足时，智能控制系统通过加大空气流量不断带走装置内的热能，防止温度过高影响甚至损坏电池板的正常使用。
二、控制方式多样化，透光、光电转换、集热三不误。
对建筑物来说光线就是灵魂，特别是住宅，人们对光线的要求甚高。本发明独特的中空“百叶窗帘”构造，具备双层中空玻璃窗的保温、隔热、透光、隔音等功能外，将PV/T集成组件按照百叶窗帘的布局设置在双层中空玻璃中，并设置有联动组件。通过联动组件对太阳能电池组件角度的调节，在单位面积内利用全部直射光发电遮阳，而采光则来自大气中的散射光。真正实现全效发电，自然采光！
本发明根据不同的应用场合，可配置多种形式的控制器(手动、液压制动、连杆制动、遥控等)。对于应用于图书馆、大卖场、体育场馆、大型建筑屋顶等地方时，可直接使用一维光感应跟踪器，根据阳光角度自动转变PV/T集成组件角度，达到太阳能利用的最大化；而对于一般家庭使用，可采用手动控制系统，亦可采用小型电子联动系统对PV/T集成组件根据需要进行微调。
三、低碳、高收益，提升太阳能与建筑的完美结合。
建设“低碳社会”的关键是建造“低碳建筑”。本发明应用于建筑中，可消除光伏装置在建筑应用中造成的热岛效应；而且夏天可以减少建筑吸热率，冬天不仅能为建筑保温，所产热空气还能供人们取暖，大大降低建筑能耗。又由于其独特的外形结构，同时具备建筑物构件功能，可广泛替代住宅用窗户、玻璃幕墙、采光天棚等一些建筑用的采光材料及其他建筑外维护结构，从而省去建筑材料和光伏系统的支撑结构，降低太阳能产品应用于建筑的建造成本。本发明优越的电热联产量配合其稳定的机构性能，将为人们带来长久稳定的收益。
本发明兼具完美的建筑结合度及外观效果的美观度，将太阳能产品应用于建筑的美学发挥至极致。实现建筑大师们的构想，可为房地产商带来一款不可多得的建筑型太阳能产品。
本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，其包括透视板及框体组件、PV/T集成组件和传动组件；所述透视板及框体组件包括透视盖板、C型框和透视底板；透视盖板和透视底板与框体成胶凝密封；所述PV/T集成组件包括太阳能电池组件、集热液流管、集热空气通道管、软体连接管、工作流体以及光伏电源输出接线盒；其中所述集热液流管设置于太阳能电池组件底部的所述集热活动复合板管中央管孔中；集热空气通道管粘合在集热活动复合板管底面；所述传动组件包括限位条、同步电机、主动轮、同步带、传动轮式固定夹、限位滚轮、吸风器或排风机以及电磁调控档栅；主动轮安装固定在同步电机轴头上；其中
所述透视板及框体组件的整个框体外侧四边填充有密封胶，并在框体上开有工作流体管进口、工作流体管出口、集热空气通道管进口、集热空气通道管出口的通过孔；所述集热液流管从太阳能电池组件的底部的集热活动复合板管中央管孔中穿过，一头与工作流体管进口密封固定，另一头与工作流体管出口密封固定，并由传动组件中的限位条把若干个集热液流管和集热活动复合板管按顺序排列在框体内部。
2.如权利要求1所述的透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，所述的透视板及框体组件包括透视盖板、吸附剂储条、密封胶、C型框、透视底板；C型框通过拼接铆焊密封组成整个装置的框体；密封胶挤压在框体上部和底部，便于透视盖板和透视底板与框体成胶凝密封；框体内侧涂有绝热保温涂层，防止热量通过金属体外泄；吸附剂储条固定在框体内侧。
3.如权利要求1所述的透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，所述的PV/T集成组件的集热液流管、集热空气通道管内装填有工作流体；光伏电源输出接线盒设置在框体一侧，便于串联汇总每块条状电池板引出的两个正、负输出电极。
4.如权利要求1所述的透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，所述传动组件包括限位条、同步电机、主动轮、同步带、传动轮式固定夹、限位滚轮、吸风器或排风机以及电磁调控档栅；其中主动轮安装固定在同步电机轴头上；同步电机、限位条固定在框体内侧；限位滚轮采用螺钉固定在限位条上；同步带一头与主动轮连接，另一头与传动轮式固定夹上的传动轮成齿形啮合；吸风器或排风机设置在集热空气通道管出口上；电磁调控档栅固定在集热空气通道管进口上。
5.如权利要求1所述的透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，所述的传动组件也可为耐老化、耐高温、可操作及便于活动、任意调节角度的传感器或机械式手动元件。
6.如权利要求1所述的透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，所述的太阳能电池组件包括太阳能电池常规组件及太阳能电池非标组件，其中太阳能电池非标组件可以为晶硅类太阳能电池非标组件、非晶硅类薄膜太阳能电池非标组件、微晶硅及相对应的薄膜类太阳能电池非标组件；晶硅类太阳能电池非标组件的结构包括透视盖板、乙烯-醋酸乙烯共聚物、太阳能传感晶片、绝缘导热乙烯-醋酸乙烯共聚物、集热活动复合板管；非晶硅类薄膜太阳能电池非标组件结构包括二氧化硅导电玻璃、P型非晶硅层、I型非晶硅层、N型非晶硅层、背电极、绝缘导热乙烯-醋酸乙烯共聚物、集热活动复合板管，通过真空层压机热压于一体。
7.如权利要求6所述的透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，所述的绝缘导热乙烯-醋酸乙烯共聚物为包括纳米氧化锌、纳米氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅晶须、氮化铝晶须或其他高导热功能粉体及各种助剂，按一定配比将原料混合均匀，并倒入双螺杆挤出机，混炼塑化，挤出切粒模压成型后的塑料材料。
8.如权利要求1所述的透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，所述的传动轮式固定夹采用工程塑料、陶瓷材料或强度高、耐磨损且高温下不易变形的材料制成，其一头为管状空心体，并在管上设置有齿轮，另一头为夹片式结构。
9.如权利要求1所述的透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，所述的集热空气通道管一面通过导热黏胶与集热活动复合板管的管底面粘合固定；或将集热空气通道管与集热活动复合板管采用特种合金或防锈铝合金一次性挤压成型于一体；其两端密封并开孔，采用软体连接管连接，上一支集热空气通道管出口与下一支的进口对接，形成S形空气流道。
10.如权利要求1所述的透光体调控式PV/T一体化装置，其特征在于，所述的同步带采用市售单面带凸齿的耐热性好、抗老化、热膨胀率小的硅胶复合带或橡胶复合带，同时也可采用热传导小，耐高温、耐磨损的工程塑料制成的链带。
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