CN102136514A - 基于光伏电池的pvt系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光伏电池的PVT系统。本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、制作方便、成本低、得热量稳定的基于光伏电池的PVT系统。解决该问题的技术方案是：基于光伏电池的PVT系统，其特征在于：它包括第一换热回路、第二换热回路以及控制上述两个回路进行换热的换热器；其中第一换热回路包括通过管道串联成一回路的集热器和绝热储液罐，所述换热器一侧换热通道串接于集热器出口端和绝热储液罐之间；第二换热回路包括通过管道依次串联成一回路的压缩机和带换热功能的储热水箱，所述换热器另一侧换热通道则串接于压缩机的进口端和储热水箱的出口端之间。本发明主要用于利用太阳光产生热能和电能。

Description

基于光伏电池的PVT系统

技术领域

本发明涉及一种基于光伏电池的PVT系统，主要用于利用太阳光产生热能和电能。

背景技术

晶体硅光伏电池在运行过程中电池温度的升高会导致输出功率减少。为获得最多的太阳辐射，总是将光伏板置于最佳倾角，在较高的环境温度下若不采取冷却措施，光伏电池的工作温度通常会达到60～80℃，使得其发电效率急剧下降。因此，若要最大程度的利用光伏电池，必须借助自然对流或强迫对流利用气体或液体对光伏板进行冷却，以减弱其温升。若流体带走的热量能加以某种形式的利用，则既能够增加光伏电池产生的电能，又可以获得无偿的热能。与单纯的光伏或者光热系统相比，PVT系统占用空间小，可产生两种能量收益，整体效率比单一的光伏或者光热系统都高。但现有的PVT组件多为订制封装，成本较高，且无法在已有的光伏系统上改造利用，增加了用户的成本支出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种结构简单、制作方便、成本低、得热量稳定的基于光伏电池的PVT系统。

本发明所采用的技术方案是：基于光伏电池的PVT系统，其特征在于：它包括第一换热回路、第二换热回路以及控制上述两个回路进行换热的换热器；其中第一换热回路包括通过管道串联成一回路的集热器和绝热储液罐，所述换热器一侧换热通道串接于集热器出口端和绝热储液罐之间；第二换热回路包括通过管道依次串联成一回路的压缩机和带换热功能的储热水箱，所述换热器另一侧换热通道则串接于压缩机的进口端和储热水箱的出口端之间。

所述集热器包括采用导热有机硅粘结剂粘结于光伏电池板背面的板管结构，该板管结构另一侧设置用于压紧板管结构的铝制压板，该压板另一侧间隔一定距离布置封装用铝背板，所述压板两侧的空隙内填充保温层。

所述板管结构包括相互平行的进液管和出液管，以及首尾分别与进液管和出液管垂直连通且均匀分布的分管，其中进液管和出液管上位于对角的两端封闭，各分管之间相互平行布置并采用超声波焊接有铝板，该铝板另一侧与光伏电池板粘结。

所述集热器进口端和绝热储液罐之间串接有循环泵。

所述循环泵和绝热储液罐之间的连接管道上采用三通连接膨胀罐。

所述储热水箱的出口端和换热器的换热通道之间串接有节流阀。

所述换热器为板式换热器。

本发明的有益效果是：1、本发明利用循环液体(位于第一换热回路中)冷却光伏电池并由液体将热量传递给蒸发器(即板式换热器)，相比现有技术中直膨式系统采用太阳能电池的冷却器与热泵蒸发器合二为一的换热器，其实际系统的构建更为方便，从而降低了加工制造难度，方便了光伏-光热建筑一体化系统的实现；2、采用热泵系统转移集热器产生的热量，相比于直接换热的方式，得热量更加稳定；3、集热器与光伏电池之间采用高导热有机硅粘结，可利用现有的平板太阳能热水器板管式换热器组件，进行少许改装后，直接粘结在光伏电池背面即可使用，较之现有技术中集热器与光伏电池预制封装的结构，其成本更低，实施难度小，且便于推广；4、在冬季积雪地区，集热器还可以由热泵驱动反向制热，可方便的清除光伏电池之上的冰雪，同时不需要额外增加任何结构或占地空间。

附图说明

图1是本发明系统结构图。

图2是图1的A-A向剖视图。

图3是本发明板管结构的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括第一换热回路、第二换热回路以及控制上述两个回路进行换热的板式换热器6；其中第一换热回路包括集热器1，其出口端通过换热器6一侧换热通道与绝热储液罐3连通，该绝热储液罐另一端则通过管道连接循环泵2后与集热器1的入口端连通；第二换热回路包括压缩机7，其出口端通过管道依次连接带换热功能的储热水箱5和节流阀4，该节流阀另一端通过换热器6另一侧换热通道与压缩机7的进口端连通。集热器1将光伏电池产生的热量吸收并转移至管道中的流体，同时在第二换热回路中的压缩机作用下，通过换热器6将流体中的热量转移至储热水箱5中。

如图2所示，所述集热器1包括采用导热有机硅粘结剂粘结于光伏电池板9背面的板管结构，不仅结构简单易于加工，而且成本低；该板管结构另一侧设置铝制压板1-1，对板管结构施加一定压力，保证板管结构和光伏电池背板之间结合紧密，并保证导热热阻最小；所述压板1-1另一侧间隔一定距离布置封装用铝背板1-2，所述压板1-1两侧的空隙内填充保温层1-3，以隔绝外界温度波动对系统的影响。

如图3所示，所述板管结构包括相互平行的进液管1-4和出液管1-5，以及首尾分别与进液管1-4和出液管1-5垂直连通且均匀分布的分管1-6，其中进液管1-4和出液管1-5上位于对角的两端封闭，各分管1-6之间相互平行布置并采用超声波焊机焊接有铝板1-7，该铝板另一侧与光伏电池板9背面的铝制翅片8粘结。一般情况，在光伏电池正向放置的条件下，出液管1-5位于上端，进液管1-4位于下端，中间分管1-6采用三通与进、出液管1-4、1-5垂直连接，分管1-6液体流向和进出液管流体为垂直关系。集热器1也可采用若干个上述板管结构连接而成，分别采用螺纹连接进出液管，并将总进液口上端和总出液口下端的两个管道封闭(即两个封闭端位于对角上)。进液管1-4的进口连接循环泵2，循环泵2和绝热储液罐3之间的连接管道上采用三通连接膨胀罐10，保证当流体温度升高较多，体积发生膨胀时，膨胀罐10吸收多余压力，以免对管道连接造成损坏。在循环泵2的压力驱动下，集热器1的板管结构内的流体呈近似对角流动，流体在受热膨胀后向上浮升，同时对进入的低温流体产生一定的负压，此两者压力方向与循环泵2的压力方向相同，以节省循环泵2的功耗。

本实施例的工作原理是：系统运行时，光伏电池受到光照，将部分光辐射转换为电能，剩余一部分辐射转换为热能，集热器1将部分热能吸收并转移至管道中的流体；流体由循环泵2驱动，进入PVT端板式换热器6一侧换热通道内；换热器6另一侧换热通道与热泵压缩机7相连，压缩机7压缩热泵工质，成为高压气体，高压气体进入包含换热器的储热水箱5，在其内冷凝放热，将集热器1吸收的热量释放至保温水箱的水中，并加以储存。冷凝放热后的工质，压力降低，经过节流阀4，返回进入PVT端板式换热器6另一侧换热通道的进口，并在该换热器内完成换热，将热量转移至储热水箱5中，如此反复循环。

本实施例利用循环液体冷却光伏电池并由液体将热量传递给蒸发器的方式，相对于热泵工质直接蒸发冷却光伏电池的方式，引入了第二传热介质，虽然增加了传热温差，但相比直膨式系统需采用太阳能电池的冷却器与热泵蒸发器合二为一的换热器，其实际系统的构建更为方便，加工制造难度降低，便于实现光伏-光热建筑一体化系统。此外，第二传热介质的引入，也为同时满足供热需求和电池冷却要求提供了灵活处理的余地，例如增加地源储热等。在冬季积雪地区，集热器1还可以由热泵(包括节流阀、带换热功能的储热水箱、换热器和压缩机)驱动反向制热，方便地清除光伏电池之上的冰雪，同时不需要额外增加任何结构或占地空间。

Claims (7)

1.一种基于光伏电池的PVT系统，其特征在于：它包括第一换热回路、第二换热回路以及控制上述两个回路进行换热的换热器(6)；其中第一换热回路包括通过管道串联成一回路的集热器(1)和绝热储液罐(3)，所述换热器(6)一侧换热通道串接于集热器(1)出口端和绝热储液罐(3)之间；第二换热回路包括通过管道依次串联成一回路的压缩机(7)和带换热功能的储热水箱(5)，所述换热器(6)另一侧换热通道则串接于压缩机(7)的进口端和储热水箱(5)的出口端之间。

2.根据权利要求1所述的基于光伏电池的PVT系统，其特征在于：所述集热器(1)包括采用导热有机硅粘结剂粘结于光伏电池板背面的板管结构，该板管结构另一侧设置用于压紧板管结构的铝制压板(1-1)，该压板另一侧间隔一定距离布置封装用铝背板(1-2)，所述压板(1-1)两侧的空隙内填充保温层(1-3)。

3.根据权利要求2所述的基于光伏电池的PVT系统，其特征在于：所述板管结构包括相互平行的进液管(1-4)和出液管(1-5)，以及首尾分别与进液管(1-4)和出液管(1-5)垂直连通且均匀分布的分管(1-6)，其中进液管(1-4)和出液管(1-5)上位于对角的两端封闭，各分管(1-6)之间相互平行布置并采用超声波焊接有铝板(1-7)，该铝板另一侧与光伏电池板粘结。

4.根据权利要求1所述的基于光伏电池的PVT系统，其特征在于：所述集热器(1)进口端和绝热储液罐(3)之间串接有循环泵(2)。

5.根据权利要求4所述的基于光伏电池的PVT系统，其特征在于：所述循环泵(2)和绝热储液罐(3)之间的连接管道上采用三通连接膨胀罐(10)。

6.根据权利要求1所述的基于光伏电池的PVT系统，其特征在于：所述储热水箱(5)的出口端和换热器(6)的换热通道之间串接有节流阀(4)。

7.根据权利要求1所述的基于光伏电池的PVT系统，其特征在于：所述换热器(6)为板式换热器。

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