CN102201478A - 光伏光热一体化系统(stpv) - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光伏光热一体化系统(STPV)，其包括光电模块、光热模块及安装框架三部分，光电模块在上，光热模块的集热部分在下，通过安装框架将二者固定为一体，其中光电模块正面和背面均采用透明材料封装。这种光伏光热一体化系统具有光电转换效率高，集热效率高，安装方便等优点，该系统可以与建筑结合应用，如铺设到平顶、斜坡屋顶、阳台、遮雨棚等上面。

Description

光伏光热一体化系统(STPV)
技术领域
本发明属于光伏及光热领域，涉及一种将光伏和光热结合起来的系统。
背景技术
光伏光热一体化应用已经发展多年，主要集中在聚光光伏系统领域，由于聚光光伏系统产生很大的热量，本来就需要使用冷却，特别是高倍聚光光伏系统，一般都是使用水冷。将聚光光伏系统作为集热的主要部件，使用水循环的方式进行热传递，热转换效率低，无法与建筑结合安装，且聚光光伏系统目前技术尚不成熟。
最近几年也有部分将光伏组件与真空管集热集成到一起，同样也是将光伏组件作为集热的主要部件，热转换效率较为低下。
随着国家对新能源行业越来越重视，十二五期间将会强制要求新建建筑必须结合新能源一起使用。
中国专利申请201010264858.0公开了一种一体式太阳能光伏光热板，该太阳能光伏光热板包括位于上部的玻璃盖板、位于下部的太阳能吸热板以及用于安装玻璃盖板和太阳能吸热板的型材外框，光伏组件设于玻璃盖板下方并与玻璃盖板层压贴合，换热管扣件设于太阳能吸热板下方并与太阳能吸热板固定连接。使用时，光伏组件本身会被加热，被加热了的光伏组件通过辐射方式加热太阳能吸热板下方换热管中的介质，太阳能还能透过各光伏组件之间的玻璃空隙，直接加热太阳能吸热板，从而增加集热效率。
上述发明将光伏组件直接设于玻璃盖板下方，而光伏组件下方没有其他材料支撑，在使用过程中光伏组件可能因为自重而与玻璃盖板脱落，导致整个产品失效。且太阳光无法透过光伏组件中电池片之间的间隙，减小了部分集热效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏光热一体化系统(STPV)，其光电模块的正面和背面均采用透明材料封装，能增加光电转换效率和集热效率，并且安装方便。
为达到上述目的，本发明提供了一种光伏光热一体化系统(STPV)，其包括光电模块、光热模块及安装框架三部分，光电模块在上，光热模块的集热部分在下，通过安装框架将二者固定为一体，其中，光电模块的正面和背面均采用透明材料封装。
其中，光电模块可采用双玻光伏组件，结构依次为低铁高透光布纹钢化玻璃、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯与醋酸乙烯共聚物)封装胶膜、进行了电路连接的晶体硅太阳电池片、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯与醋酸乙烯共聚物)封装胶膜、低铁高透光钢化玻璃。
其中，光电模块还可为薄膜组件，结构依次为低铁高透光钢化玻璃、TCO透明导电层、非晶硅层、微晶硅层、增反层、背电极、封装胶膜、低铁高透光钢化玻璃。
其中，光热模块可包括集热部分和热交换储水箱部分，集热部分结构依次为集热芯片、夹有换热管的保温玻璃棉和聚氨酯整件发泡材料、底部铝板，热交换储水箱部分包括带有各种接口的外壳、环保保温材料、承压钢壳、无缝水晶内胆、循环泵及外置控制系统。
其中，安装框架可包括用于固定光电模块和集热部分的安装槽以及用于将该系统固定于建筑物的外部安装配件。
本发明将特殊设计的可透光的光电模块与平板式集热器集成到一起，一方面光电模块本身的热量被集热器吸收，另一方面部分阳光透过光电模块，直射到集热器上，同时使用介质循环(当温度低于设定值时，循环泵自动启动)进行热交换，既保证了光电模块所产生热量的使用又保证了直接阳光的集热，提高了光电转换效率和集热效率。并且光电模块的正面和背面均采用透明材料封装，安装时不易损坏，不需要采用复杂的安装框架，安装方便。
光电模块发的电可以供给循环泵的用电，多出的电量也可以通过并网的方式，卖给电网公司。整个光伏光热一体化系统呈平板式，与普通光伏组件基本一致，可以与建筑结合应用，如铺设到平顶、斜坡屋顶、阳台、遮雨棚等上面。
附图说明
图1为双玻光伏组件结构示意图；
图2为光伏光热一体化系统局部结构示意图；
图3为光伏光热一体化系统工作原理图；
图4为光伏光热一体化系统安装示意图；
图5为光伏光热一体化系统俯视图；以及
图6为薄膜组件结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
如图1所示，双玻光伏组件结构依次为低铁高透光布纹钢化玻璃1、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯与醋酸乙烯共聚物)封装胶膜2、进行了电路连接的晶体硅太阳电池片3、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯与醋酸乙烯共聚物)封装胶膜2、低铁高透光钢化玻璃4。
如图2所示，将整体的双玻光伏组件安装于框架上部的安装槽内，框架下部的安装槽中安装有光热模块的集热部分，集热部分结构依次为集热芯片5、夹有换热管6的保温玻璃棉7和聚氨酯整件发泡材料8、底部铝板9，集热芯片5吸走双玻光伏组件产生的热量和透射到集热芯片5表面的阳光的热量，再传递给换热管。
如图3所示，各换热管6的两端利用管道汇总后连通到同一个介质出口和介质入口，图中示出了光热模块的热交换储水箱部分的结构，该结构包括带有各种接口的外壳10、环保保温材料11、承压钢壳12、无缝水晶内胆13、循环泵14及外置控制系统15，外置控制系统15自动检测温度，当温度低于设定值时启动循环泵14，将高效防冻吸热介质循环到热交换储水箱，与水箱内的水进行热交换。而双玻光伏组件通过相应的串联、并联进入直流汇流箱18得到需要的电压、电流，再通过并网逆变器19直接并入公用电网。
如图4所示，安装框架包括安装双玻光伏组件和集热部分的安装槽16以及外部安装配件17。使用时，通过外部安装配件17将若干个平板安装于瓦片表面，或者替代瓦片进行安装，需要时可以通过多块平板的安装将介质温度提升到100摄氏度以上，通过热交换形成水蒸汽，可以应用在需要蒸汽的领域。
在安装时，先将安装槽16内均匀打入密封硅胶(如道康宁公司生产的DC7091)，高度不得低于槽深的1/2；
再将双玻光伏组件、光热集热模块及打好密封硅胶的安装槽16放置在专用工装上，将安装槽16推向固定好的光伏组件及集热模块，直至光伏组件与集热模块完全进入安装槽内，以此类推，将四条安装槽分别进行安装；
安装槽接口处用角铝或者自攻螺丝进行连接，清理掉溢出到表面的密封硅胶，待静置24小时密封硅胶完全固化后，一块光伏光热模块组装完成；
将组装完成的光伏光热模块按照图4的方式使用外部安装配件17将其安装到屋顶表面，根据设计需要，安装一定数量的光伏光热模块；
按照图3所示方式将换热管6相互连接起来，汇总后连接到热交换储水箱部分；
最后，根据设计需要，将光伏组件通过外置的连接线缆相互串、并联，通过汇流箱18汇总后连接到并网逆变器19，由并网逆变器19将逆变后的电并入到公用电网或者自行使用。
由该实施例可以看出，太阳能中的一部分被晶体硅太阳电池片3转换为电能并同时产生热量，另有一部分太阳能将透过太阳电池片3之间的空隙直接照射到集热部分上，如此，集热模块通过被太阳能直接辐射以及吸收晶体硅太阳电池片3所辐射的热量，而具有较高的集热效率。双玻光伏组件由于产生的热量被吸收而降低了自身的温度，从而提高了光电转换效率。并且，双玻光伏组件在安装时不易损坏，整体式安装，不需要复杂的安装框架，安装方便。
其中上述实施例中的双玻光伏组件结构还可采用如图6所示的薄膜组件代替，其结构依次为低铁高透光钢化玻璃20、TCO透明导电层21、非晶硅层22、微晶硅层23、增反层24、背电极25、封装胶膜26、低铁高透光钢化玻璃27。
当然，除了上述提到双玻光伏组件及薄膜组件，其他类型的采用透明材料封装正面和背面的光伏组件，也可应用于本发明，其所形成的技术方案处于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光伏光热一体化系统，包括光电模块、光热模块及安装框架三部分，光电模块在上，光热模块的集热部分在下，通过安装框架将二者固定为一体，其特征在于，光电模块的正面和背面均采用透明材料封装。
2.如权利要求1所述的光伏光热一体化系统，其特征在于，光电模块为双玻光伏组件，结构依次为低铁高透光布纹钢化玻璃、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯与醋酸乙烯共聚物)封装胶膜、进行了电路连接的晶体硅太阳电池片、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯与醋酸乙烯共聚物)封装胶膜、低铁高透光钢化玻璃。
3.如权利要求1所述的光伏光热一体化系统，其特征在于，光电模块为薄膜组件，结构依次为低铁高透光钢化玻璃、TCO透明导电层、非晶硅层、微晶硅层、增反层、背电极、封装胶膜、低铁高透光钢化玻璃。
4.如权利要求1、2或3所述的光伏光热一体化系统，其特征在于，光热模块包括集热部分和热交换储水箱部分，集热部分结构依次为集热芯片、夹有换热管的保温玻璃棉和聚氨酯整件发泡材料、底部铝板，热交换储水箱部分包括带有各种接口的外壳、环保保温材料、承压钢壳、无缝水晶内胆、循环泵及外置控制系统。
5.如权利要求1所述的光伏光热一体化系统，其特征在于，安装框架包括用于固定光电模块和集热部分的安装槽以及用于将该系统固定于建筑物的外部安装配件。
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