CN102299194A - 光电/光热一体化器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电/光热一体化器件，它包括具有管状结构的吸热/导热内胆，吸热/导热内胆外壁上覆设吸光层，吸光层由光电池组成，并被封装于真空透明封装管中，且真空透明封装管内壁上覆设有内反光层。本发明的优点在于：可将光电池产生的热能导出，不但降低了光电池工作温度，提高能量转换效率，而且还可将这部分热能加以利用，总体上提高了太阳能利用效率；采用柱状外形可360°吸收太阳能，在安装设计时无需考虑对太阳的朝向问题，因此可在屋顶进行平铺，增加单位屋顶面积的电能输出，并且在安装时由于各器件之间存在间隙，风阻小，因此固定费用显著降低，此外，由于有真空玻璃封装管的保护，还可极大延长光电池的工作寿命。

Description

光电/光热一体化器件

技术领域

本发明属于光电子器件领域，涉及到一种太阳能光电器件，特别涉及一种光电/光热一体化器件。

背景技术

随着能源危机的日趋严重，可再生能源越来越受到人们的重视。而其中太阳光能以其取之不尽，清洁无污染成为最具潜力的技术。近年来，光伏一体化建筑开始兴起，具有绿色能源，不占用土地，可采用并网光伏系统，不需要需电池和建筑节能等优点，但是其安装成本高昂，主要原因是高抗风阻的要求，平板光电池重量沉，不易安装以及选择性朝向等，而且通常光电池的工作温度高达40-60摄氏度，降低了能量转换效率。另一方面，光热光电系统逐渐受到重视，可多渠道的有效利用太阳能，但是光热管和光电池都需要占用很大的屋顶面积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电/光热一体化器件，其可同时利用太阳能产生电能和热能，能量转换和利用率高，且结构简单，安装维护快速便捷，风阻低，使用寿命长，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种光电/光热一体化器件，其特征在于：它包括具有管状结构的吸热/导热内胆，所述吸热/导热内胆外壁上覆设吸光层，所述吸光层由光电池组成。

优选的，它还包括用于封装吸光层的真空透明封装管。

更为优选的，所述真空透明封装管内壁上覆设有内反光层。

所述真空透明封装管包括真空玻璃封装管。

所述真空玻璃封装管可选用但不限于由铝矽酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、双色玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、碱石灰玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化玻璃、含铅玻璃、微晶玻璃中的任意一种以上组成。

所述吸热/导热内胆包括管状导热内胆本体以及填充于导热内胆本体内腔中的吸热材料。

所述管状导热内胆本体包括金属管，所述吸热材料采用液态吸热材料。

所述金属管可选用但不限于由镀铬或镀钛紫铜板芯、铝合金、不锈钢和镀锌板中的任意一种制成。

所述导热内胆本体内腔与蓄热池连通。

所述光电池可选用但不限于由单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒、砷化镓、有机光电聚合物和有机光电小分子中的任意一种以上组成。

本发明提出了一种柱状太阳能器件，分为吸热/导热内胆管和真空玻璃外管壁，在内管胆上包覆有一层光电池作为吸光层，将光能转换成电能。由于光电池的转换效率低于20％，因此在工作过程中会产生大量的热能，这些热能的产生自身使来源于低的能量转换效率，反过来还会提高器件的温度，从而进一步降低器件的能量转换效率。为了解决这个问题，本发明利用内胆的高效吸热和导热材料将光电池产生的热能引入蓄热池，这个过程不仅可降低光电池器件的工作温度，提高器件的能量转换效率，而且可充分利用器件产生的热能。玻璃真空管的作用在于对内部光热光电器件的封装，延长器件的使用寿命，同时内部的真空又可以保证光电池产生的热量除了被内胆的吸热和导热材料导出外，很难通过其他途径散热掉。为了进一步提高光电池对太阳光的吸收效率，本发明在玻璃真空管的内表面涂抹一层内反膜。本发明的管状设计保证了安装时候的快速便捷，另外管子和管子之间的缝隙又降低了整个系统的风阻，从而减小了固定的成本。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

一、可将光电池产生的热能导出，不但降低了光电池的工作温度，提高其能量转换效率，而且还可将这部分热能加以利用，总体上提高了太阳能的利用效率；

二、光热光电一体化器件由于其柱状外形，可360°吸收太阳能，在安装设计的时候不需要象平板太阳能器件一样考虑对太阳的朝向问题，因此可在屋顶进行平铺，增加单位屋顶面积的电能输出，并且，柱状太阳能在安装的时候，由于器件之间存在间隙，允许风通过，风阻小，因此固定费用显著降低，此外，由于有真空玻璃封装管的保护，可极大延长光电池的工作寿命。

附图说明

图1是本发明光电/光热一体化器件的剖面结构示意图；

图2是本发明光电/光热一体化器件中光电池的电路连接示意图；

图3是本发明光电/光热一体化器件的应用状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图及一较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

参阅图1-2，该光电/光热一体化器件包括：

导热/吸热内胆1；

吸光层2，该吸光层由直接贴和制作在导热/吸热内胆1外壁上的多片光电池组成，各光电池串接或并接后与外设负载电路连接；

内反光层3，该功能层的主要作用是将入射的太阳光收束在器件内，提高吸光层2的光吸收效率；

真空玻璃封装管4，用于真空封装吸光层，其内壁上覆设内反光层3。

前述导热/传热内胆1为管状结构，具有高吸热率，低反射率和高效导热介质等特点，其包括导热内胆本体11和填充于内胆本体内腔中的吸热材料12；该内胆本体11可采用金属材料制成，优选为镀铬或镀钛全紫铜板芯制成，当然也可采用其他金属材料，如铝合金、不锈钢、镀锌板等；该吸热材料优选采用液态吸热材料，特别是廉价易得，且具有较高比热值的水。

前述光电池的主要功能是吸收太阳光，其吸光材料包括单晶硅，多晶硅，非晶硅，碲化镉，铜铟镓硒，砷化镓以及本技术领域常见的用于制备有机薄膜太阳能电池的各类有机聚合物/小分子等，但不局限于此。前述光电池可为单层PN结器件，也包括叠层和多层结构器件等。

前述反光层3是为了利用发射原理将入射的太阳光陷在玻璃真空管4里，从而提高光电池2的光吸收强度，其可选用本领域常见的各类反光膜层。前述真空玻璃封装管4的材料可选自但不限于铝矽酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、双色玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、碱石灰玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化玻璃、含铅玻璃或者微晶玻璃等。

参阅图3，在实际应用中，可将多个光电/光热一体化器件彼此平行间隔设置，每一光电/光热一体化器件一端与外设负载电路6连接，另一端与蓄热池5连通，从而实现电能、热能的导出。

本发明将光电池和光热系统实现了一体化做成了柱状器件，其优点在于：

(一)相比与传统的分离式光热光电系统，一体化系统可更有效利用屋顶面积；

(二)利用太阳能源同时产生电能和热能，最大程度的提高太阳能的利用效率；

(三)独特的管状结构设计，不但有机的把太阳能光热管和太阳能光电池结合在一起，在器件性能方面更有其独特的优点：

提供了一种可360°吸收光的器件外形，提高了器件的光吸收效率；

管状器件的安装更容易，方便；

利用高导热金属材料作为管状器件的衬底，不但提高了光热器件的吸热效率，同时加快了光电部分的散热，增强了光电转换效率和器件使用寿命。

利用本发明的光电/光热一体化器件，可开辟利用太阳能源的新途径，即，不但可产生电能，而且将光电转换过程中产生的大量热能利用起来，从而极大的提高了器件对太阳能的利用效率。

由于该光电/光热一体化器件具有低成本、易安装、以及高效率，长寿命的特点，在未来的清洁能源的制备领域有着广阔的应用前景。

以上仅是本发明众多具体应用范例中的一个较佳实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电/光热一体化器件，其特征在于：它包括具有管状结构的吸热/导热内胆，所述吸热/导热内胆外壁上覆设吸光层，所述吸光层主要由光电池组成。

2.根据权利要求1所述的光电/光热一体化器件，其特征在于：它还包括用于封装吸光层的真空透明封装管。

3.根据权利要求2所述的光电/光热一体化器件，其特征在于：所述真空透明封装管内壁上覆设有内反光层。

4.根据权利要求2或3所述的光电/光热一体化器件，其特征在于：所述真空透明封装管包括真空玻璃封装管。

5.根据权利要求4所述的光电/光热一体化器件，其特征在于：所述真空玻璃封装管至少由铝矽酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、双色玻璃、锗/半导体玻璃、玻璃陶瓷、硅酸盐/熔融石英玻璃、碱石灰玻璃、石英玻璃、硫属化物/硫化物玻璃、氟化玻璃、含铅玻璃、微晶玻璃中的任意一种以上材料组成。

6.根据权利要求1或2所述的光电/光热一体化器件，其特征在于：所述吸热/导热内胆包括管状导热内胆本体以及填充于导热内胆本体内腔中的吸热材料。

7.根据权利要求6所述的光电/光热一体化器件，其特征在于：所述管状导热内胆本体包括金属管，所述吸热材料采用液态吸热材料。

8.根据权利要求7所述的光电/光热一体化器件，其特征在于：所述金属管至少由镀铬或镀钛紫铜板芯、铝合金、不锈钢和镀锌板中的任意一种制成。

9.根据权利要求6所述的光电/光热一体化器件，其特征在于：所述导热内胆本体内腔与蓄热池连通。

10.根据权利要求6所述的光电/光热一体化器件，其特征在于：所述光电池至少由单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒、砷化镓、有机光电聚合物和有机光电小分子中的任意一种以上组成。

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