CN102208476A - 一种复合式太阳能电池板吸热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复合式太阳能电池板吸热装置，所述装置由上至下依次设置透明盖板、EVA胶膜、电池板、导热密封胶、吸热板，且这些部件同时位于外层隔热层之间；所述电池板位于装置顶部时，接收太阳能并部分转化为电能，通过电线传输储存到蓄电装置中，用于供应电能，剩余的能量则通过导热密封胶传递至吸热板转化为热能，用于供热；或者所述装置上下都设有透明盖板，且装置下方设有用于整个装置翻转的支架，所述吸热板通过支架翻转能旋转至装置顶部，接收太阳能并将其大部分转化为热能，充分地用于供热。本设备结构简单，能最大效率地利用太阳能，并通过利用季节的变化，最大程度地满足人们的需求。

Description

一种复合式太阳能电池板吸热装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能光电、光热转化设备，具体地说，涉及的是一种复合式太阳能电池板吸热装置，该设备是电池板和吸热装置的优化组合，可以提供同时供电供热的使用模式，并可通过装置的旋转，选择单独供热的使用方式。

背景技术

太阳能资源丰富，可免费使用，对环境无任何污染。太阳能作为一种最清洁环保，取之不竭的能源，已经越来越受到人们的重视。

目前，太阳能的利用大致分为太阳能光电转换和光热转换两种。光电转换的工作方式为，太阳能被电池板吸收后，少部分能量转化为电能，剩余的大部分则以热能的形式散失，转换效率大致在15-20%左右，如此低的转换率，严重阻碍了太阳能技术的推广与应用。光热转换效率则可高达80-85%，主要应用于供应热水或地暖。上述两种均为单一的工作模式，只能将太阳能转换为电或者热，不能同时兼顾。而且，目前尚无有效提高光电转换效率的技术方法。因此，若能同时将太阳能转换为电和热并加以利用，无疑将具有很高的实用价值。

经对现有技术的检索，中国实用新型专利：转动式平板太阳能热水器及转动式太阳能-电能转化装置，申请号：200620156508.1，该专利自述为：“1.一种转动式平板太阳能热水器，它包括集热箱体(1)，箱体上方设有玻璃平板(2)和平铺在玻璃平板下方的吸热板，吸热板由热管(3)和集热肋片(4)组成，热管的冷凝段(3 1)设在加热水箱(6)内，其特征在于：集热箱体下部设有用于带动其转动的转动轴(7)和用于带动转动轴转动的转动装置(8)，转动轴与地轴平行，即转动轴所在转动平面(71)与所在地地平面的夹角等于当地纬度，转动装置的控制端受时钟控制，使得转动轴所在转动平面在一定时刻保持与太阳光线垂直的角度而绕转动轴旋转；玻璃平板与转动平面之间具有-23.5°～23.5°的夹角，玻璃平板与转动平面的相交线垂直于转动轴。”该实用新型“是利用与地轴平行的转动轴带动集热箱体、或平板吸收转化器(如硅太阳能电池板等)，随太阳在天空中的变化而旋转，使得太阳光线在一天中或一天中的某段时间能始终保持垂直转动轴所在转动平面的方向照射，因此有利于保证该装置最大限度地获得太阳光的最大能流密度，提高太阳光能的利用率和该装置的工作效率。”但是本质上，该实用新型技术还是单一的工作模式，只能将太阳能转换为电或者热，不能同时兼顾。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种复合式太阳能电池板吸热装置，克服太阳能光电转换效率低、使用模式单一的问题，充分利用光电转换后散失的热能，并满足人们不同季节对电和热的不同使用需求。

为实现上述的目的，本发明所述的复合式太阳能电池板吸热装置，所述装置由上至下依次设置透明盖板、EVA胶膜、电池板、导热密封胶、吸热板，且这些部件同时位于外层隔热层之间；所述电池板位于装置顶部时，接收太阳能并部分转化为电能，通过电线传输储存到蓄电装置中，用于供应电能，剩余的能量则通过导热密封胶传递至吸热板转化为热能，用于供热，特别适合夏天人们对电、热的同时需求；也可以，在所述装置上下都设有透明盖板，且装置下方设有用于整个装置翻转的支架，所述吸热板通过支架翻转能旋转至装置顶部，接收太阳能并将其大部分转化为热能，充分地用于供热，较适合冬天人们对供热的大量需求。本设备结构简单，能最大效率地利用太阳能，并通过利用季节的变化，最大程度地满足人们的需求。

本发明中，影响太阳能光电转换效率的因素有光照强度、地面环境温度等。当太阳能电池板温度升高，太阳能电池板的转换率会降低，导致电池板的输出电压和电流都会随之下降。所以上下盖板选用透明玻璃材料，可以透过可见光，并可阻止太阳光中不能被转换的红外光线，从而大大降低太阳能电池板板体的温度，提高电池板的光电转换效率。透明盖板的材料包括平板玻璃、玻璃钢板等。

本发明中，EVA胶膜主要用于保护电池板，防止电池板组件受潮，延长电池的寿命，起到粘结密封的作用。另外，还能对玻璃盖板一定的增透作用，有利于太阳能电池的光电转换效率的提高。太阳能电池封装用EVA胶膜中的醋酸乙烯质量含量为28-33%左右，辅以交联剂、紫外光吸收剂、抗氧化剂、增塑剂等多种改性剂，经过成膜设备热轧成薄膜产品。

本发明中，为了减少太阳能电池板中硅材料对太阳光的反射，在硅材料表面涂覆一层反射系数非常小的镀层保护膜，使得太阳光在被吸收过程中，有效减少反射造成的光能损失，从而大幅度地提高电池板的工作功率。另外也可以将电池板表面进行粗化处理，如金字塔型的组织结构，以增加表面积，吸收更多的太阳光。另外，一块电池所能提供的电流和电压都比较有限，因此可以将很多电池并联或串联起来使用，以提高太阳能电池板的利用率。例如可以采用36个或72个单晶硅或多晶硅太阳能电池进行组联，以形成12V或24V等各种类型的组件。再将太阳能电池板输出端与蓄电池输入端相连接，可用于供应电能。

本发明中，为了更好地传递能量，在太阳能电池板和吸热板之间，采用一层导热效果优异的密封胶。密封胶所含组分和对应的质量份数为热固性树脂15-50份，固化剂10-40份，填料20-70份，增韧剂3-20份，稀释剂2-10份，促进剂0.2-2份。其中树脂基体选用乙烯共聚物、乙烯基树脂、环氧树脂和酚醛树脂等中一种，固化剂选用胺类、酸酐、酚醛树脂、氨基树脂等中一种，填料选用氧化铝、氧化镁、氮化硼、氮化铝及碳化硅等一种或几种。作为电池板与吸热板之间的粘合剂，该密封胶具有高热导率、强粘结强力以及良好的绝缘性、耐腐蚀性。

本发明中，吸热板的基体材料主要有铜、铝合金、铜铝复合、不锈钢、镀锌钢、塑料、橡胶等。吸热板的结构形式可为管板式、翼管式、扁盒式或蛇管式等。吸热板中管道内的传热介质可为水、油、醇类或超导液。吸热板在本发明中，有着很重要的作用。吸热板的优劣直接影响着热水器的吸热效率。在吸热板背离导热密封胶的一侧，涂覆有深色的太阳能吸收涂层。该涂层依次为阳极氧化涂层、电解着色涂层或电镀涂层及真空喷镀涂层。涂层的主要作用为，当吸热板接收到太阳能后，能最大限度地吸收太阳辐射能，将其转换成热能。

本发明中，位于外层的隔热层主要用于阻止热量通过传导方式向周围环境散发。用于隔热层的材料主要有岩棉、矿棉、聚氨酯、聚苯乙烯等。保温层的厚度根据所选择的材料种类、工作温度和当地的气候条件不同而有所不同。

本发明的优越性在于，结合了电池板和吸热装置这两种光电或光热转化的装置，可以提供同时供电供热的使用模式。当电池板位于装置顶部时，接收太阳能并部分转化为电能，通过电线传输储存到蓄电装置中，用于供应电能，剩余的能量则通过导热密封胶传递至吸热板转化为热能，用于供热。当装置上下两侧都设有透明盖板，且下方设有用于整个装置翻转的支架时，吸热板可旋转至装置顶部，接收太阳能并将其大部分转化为热能，充分地用于供热。这类可旋转的装置可以通过支架的旋转，任由选择将电池板或吸热板置于装置顶部接受太阳能，可以提供同时供电供热或单独供热的两种使用模式。为了保证电池板和吸热板之间能量的有效传递，本发明通过选用一种导热率高、化学性能稳定的密封胶对电池板和吸热板进行粘结。

附图说明

图1为本发明的可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（管板式吸热板）的电池板旋转到顶部时的实施方式结构示意图；

图2为本发明的可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（管板式吸热板）的吸热板旋转到顶部时的实施方式结构示意图；

图3为本发明的可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（扁盒式吸热板）的电池板旋转到顶部时的实施方式结构示意图；

图4为本发明的可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（扁盒式吸热板）的电池板旋转到顶部时的实施方式结构示意图。

图5为本发明的不可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（管板式吸热板）的实施方式结构示意图；

图6为本发明的不可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（翼管式吸热板）的实施方式结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。

如图1所示，为本发明的可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（管板式吸热板）的电池板旋转到顶部时的实施方式结构示意图，该运行模式适合于夏天的使用。如图所示，该装置的顶端为透明盖板1，选用玻璃钢板，其具有优异的冲击强度和良好的耐侯性。透明盖板1的下方是醋酸乙烯酯含量为31%的EVA胶膜2，主要用于保护电池板和増透太阳光。电池板3表面涂有氮化硅涂层以提高电池板对太阳能的吸收率。太阳能被电池板3接收后转化为电能，通过电线传输储存到蓄电池中，用于供应电能。导热密封胶4介于电池板3和吸热板5的中间，用来传导光电转化后的剩余能量。密封胶所含组分和对应的质量份数为环氧树脂E-51为24份，固化剂聚酰胺651为16份， 氧化铝和氮化铝的复合填料50份，增韧剂端羧基液体丁腈橡胶5份，稀释剂新戊二醇二缩水甘油醚4.5份，促进剂咪唑0.5份。这种导热密封胶具有极好的导热性和粘结性，可将能量从电池板传导到吸热板，然后能量被吸热板吸收，用来加热管道，提供热能。吸热板5选用铝合金材料，结构采用管板式，管道内的传热介质为水。吸热板5的下方设有一层空气保温层6。最下面一层是透明盖板7，与透明盖板1为相同的材料。最外层为聚氨酯隔热层8，用于能量的阻隔。支架9则用于本太阳能电池板吸热装置的翻转。

如图2所示，为本发明的可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（管板式吸热板）的吸热板旋转到顶部时的实施方式结构示意图，即将图1的装置进行180℃旋转，该运行模式适合于冬天的使用。如图所示，该装置的顶端为透明盖板7，选用玻璃钢板。透明盖板7的下方是一层空气保温层6。吸热板5位于保温层6的下方，选用铝合金材料，结构采用管板式，管道内的传热介质为水。吸热板5的平板表面依次涂覆有阳极氧化涂层、镀铬涂层及真空喷镀涂层，以提高吸热板的工作效率。另外水管的排列比较紧密，且直径较小，以便最大限度地吸收太阳能并转化为热能，充分地用于供热。吸热板5下面的结构依次为导热密封胶4，电池板3，EVA胶膜2，透明盖板1。最外层为聚氨酯隔热层8，用于能量的保持。支架9则用于本太阳能电池板吸热装置的翻转。

如图3所示，为本发明的可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（扁盒式吸热板）的电池板旋转到顶部时的实施方式结构示意图，该运行模式适合于夏天的使用。如图所示，该装置的顶端为透明盖板1’，选用玻璃钢板，其具有优异的冲击强度和良好的耐侯性。透明盖板1’的下方是醋酸乙烯酯含量为32%的EVA胶膜2’，主要用于保护电池板和増透太阳光。电池板3’表面涂有氮化硅涂层以提高电池板对太阳能的吸收率。太阳能被电池板3’接收后转化为电能，通过电线传输储存到蓄电池中，用于供应电能。导热密封胶4’介于电池板3’和吸热板5’的中间，用来传导光电转化后的剩余的能量。密封胶所含组分和对应的质量份数为环氧树脂E-51为24份，固化剂聚酰胺651为16份， 氧化镁和氮化硼的复合填料50份，增韧剂端羧基液体丁腈橡胶5份，稀释剂新戊二醇二缩水甘油醚4.5份，促进剂咪唑0.5份。这种导热密封胶具有极好的导热性和粘结性，可将能量从电池板传导到吸热板，然后能量被吸热板吸收，用来加热管道，提供热能。吸热板5’选用铝合金材料，结构采用扁盒式，管道内的传热介质为油。吸热板5’的下方设有一层真空保温层6’。最下面一层是透明盖板7’，与透明盖板1’为相同的材料。最外层为聚氨酯隔热层8’，用于能量的阻隔。支架9’则用于本太阳能电池板吸热装置的翻转。

如图4所示，为本发明的可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（扁盒式吸热板）的吸热板旋转到顶部时的实施方式结构示意图，即将图3的装置进行180℃旋转，该运行模式适合于冬天的使用。如图所示，该装置的顶端为透明盖板7’，选用玻璃钢板。透明盖板7’的下方是一层真空保温层6’。吸热板5’位于保温层的下方，选用铝合金材料，结构采用扁盒式，管道和平板是一体，管道内的传热介质为油。吸热板5’表面依次涂覆有涂覆阳极氧化涂层、镀铬涂层及真空喷镀涂层，以提高吸热板的吸热效率。吸热板吸收太阳能转化为热能，充分地用于供热。吸热板5’下面的结构依次为导热密封胶4’，电池板3’，EVA胶膜2’，透明盖板1’。最外层为聚氨酯隔热层8’，用于能量的保持。支架9’则用于本太阳能电池板吸热装置的翻转。

如图5所示，为本发明的不可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（管板式吸热板）的实施方式结构示意图。如图所示，该装置的顶端为透明盖板1”，选用玻璃钢板，其具有优异的冲击强度和良好的耐侯性。透明盖板1”的下方是醋酸乙烯酯含量为31%的EVA胶膜2”，主要用于保护电池板和増透太阳光。电池板3”表面涂有氮化硅涂层以提高电池板对太阳能的吸收率。太阳能被电池板3”接收后转化为电能，通过电线传输储存到蓄电池中，用于供应电能。导热密封胶4”介于电池板3”和吸热板5”的中间，用来传导光电转化后的剩余能量。密封胶所含组分和对应的质量份数为环氧树脂E-51为24份，固化剂聚酰胺651为16份， 氧化铝和氮化硼的复合填料50份，增韧剂端羧基液体丁腈橡胶5份，稀释剂新戊二醇二缩水甘油醚4.5份，促进剂咪唑0.5份。这种导热密封胶具有极好的导热性和粘结性，可将能量从电池板传导到吸热板，然后能量被吸热板吸收，用来加热管道，提供热能。吸热板5”选用铝合金材料，结构采用管板式，管道内的传热介质为醇类。最外层为聚氨酯隔热层6”，用于能量的阻隔。

如图6所示，为本发明的不可旋转的复合式太阳能电池板吸热装置（翼管式吸热板）的实施方式结构示意图。如图所示，该装置的顶端为透明盖板1”’，选用玻璃钢板，其具有优异的冲击强度和良好的耐侯性。透明盖板1”’的下方是醋酸乙烯酯含量为31%的EVA胶膜2”’，主要用于保护电池板和増透太阳光。电池板3”’表面涂有氮化硅涂层以提高电池板对太阳能的吸收率。太阳能被电池板3”’接收后转化为电能，通过电线传输储存到蓄电池中，用于供应电能。导热密封胶4”’介于电池板3”’和吸热板5”的中间，用来传导光电转化后的剩余能量。密封胶所含组分和对应的质量份数为环氧树脂E-51为24份，固化剂聚酰胺651为16份，氧化镁和氮化铝的复合填料50份，增韧剂端羧基液体丁腈橡胶5份，稀释剂新戊二醇二缩水甘油醚4.5份，促进剂咪唑0.5份。这种导热密封胶具有极好的导热性和粘结性，可将能量从电池板传导到吸热板，然后能量被吸热板吸收，用来加热管道，提供热能。吸热板5”’选用铝合金材料，结构采用翼管式，管道内的传热介质为超导液。吸热板5”’靠近导热胶膜4”’一侧设有金属板，用于防止吸热板的管道和电池板的接触。最外层为聚氨酯隔热层6”’，用于能量的阻隔。

由以上实施例可以知道，本发明提供的设备能同时将太阳能高效率地转换为电能和热能，从而可以提供同时供电供热的使用模式。当电池板位于装置顶部时，接收太阳能并部分转化为电能，通过电线传输储存到蓄电装置中，用于供应电能，剩余的能量则通过导热密封胶传递至吸热板转化为热能，用于供热。当装置上下两侧都设有透明盖板，且下方设有用于整个装置翻转的支架时，吸热板可旋转至装置顶部，接收太阳能并将其大部分转化为热能，充分地用于供热。这类可旋转的装置可以通过支架的旋转，任由选择将电池板或吸热板置于装置顶部接受太阳能，可以提供同时供电供热或单独供热的两种使用模式。本设备结构简单，能最大效率地利用太阳能，并通过利用季节的变化，最大程度地满足人们的需求。

以上仅仅是对本发明的较佳实施例进行的详细说明，但是本发明并不限于以上实施例。应该理解的是，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员做出的各种修改，仍属于本发明的范围。

Claims (10)

1.一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于，所述装置由上至下依次设置透明盖板、EVA胶膜、电池板、导热密封胶和吸热板，且这些部件同时位于外层隔热层之间，所述电池板接收太阳能并部分转化为电能，通过电线传输储存到蓄电装置中，用于供应电能，剩余的能量则通过导热密封胶传递至吸热板转化为热能，用于供热；或者所述装置上下都设有透明盖板，且装置下方还设有用于整个装置翻转的支架，所述吸热板通过支架翻转能旋转至装置顶部，接收太阳能并将其大部分转化为热能，充分地用于供热。

2.根据权利要求1所述一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于：所述透明盖板的材料为平板玻璃，或玻璃钢板。

3.根据权利要求1所述一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于：所述EVA胶膜用于保护电池板和増透太阳光，其中醋酸乙烯酯的质量含量为28-33%。

4.根据权利要求1所述一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于：所述电池板的表面经过镀层处理或者表面粗化处理。

5.根据权利要求1或4所述一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于：所述电池板采用由多个电池并联或串联组成的方式。

6.根据权利要求1所述一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于：所述导热密封胶，所含组分和对应的质量份数为：热固性树脂15-50份，固化剂10-40份，填料20-70份，增韧剂3-20份，稀释剂2-10份，促进剂0.2-2份；其中树脂基体选用乙烯共聚物、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂中一种，固化剂选用胺类、酸酐、酚醛树脂、氨基树脂中一种，填料选用氧化铝、氧化镁、氮化硼、氮化铝及碳化硅中一种或几种。

7.根据权利要求1所述一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于：所述吸热板，其基体材料为铜、铝合金、铜铝复合、不锈钢、镀锌钢、塑料、橡胶中一种，吸热板中管道内的传热介质为水、油、醇类或超导液中一种。

8.根据权利要求1所述一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于：所述吸热板，其结构形式为管板式、翼管式、扁盒式或蛇管式。

9.根据权利要求1或8所述一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于：所述吸热板，在其背离导热密封胶的一侧，涂覆有深色的太阳能吸收涂层，该涂层依次为阳极氧化涂层、电解着色涂层或电镀涂层及真空喷镀涂层。

10.根据权利要求1所述一种复合式太阳能电池板吸热装置，其特征在于，所述隔热层的材料为岩棉、矿棉、聚氨酯或聚苯乙烯。

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