CN102386260A - 太阳能光热光电集成收集器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能光热光电集成收集器，所述收集器包括光热光电收集板，第一固定框架，第二固定框架，分别固定在光热光电收集板的两侧，所述第一固定框架包括第一中空密闭管道部以及用于安装固定的第一上轮缘和第一下轮缘，所述第二固定框架包括第二中空密闭管道部以及用于安装固定的第二上轮缘和第二下轮缘；所述第一中空密闭管道部和第二中空密闭管道部之间连接有导流吸热板；导流吸热板上面安装光电板；所述第一下轮缘和所述第二下轮缘用于与建筑物固定。本发明的太阳能光热光电集成收集器高度集成化了产品的体积和容量，充分利用太阳光发电并同时产生热流，增加了产品的整体效率和系统可靠性，减少了产品的材料和生产成本需求。同时模块化的设计便于系统的灵活便利配置、设计、安装、和维护，失效模块可以轻易替换而不影响整体系统的运作。

Description

太阳能光热光电集成收集器
技术领域
本发明涉及太阳能技术应用领域，特别涉及一种建筑太阳能光热光电集成收集器。
背景技术
在传统的化石燃料引起的环境污染问题越来越严重，以及化石燃料本身的不可再生性，绿色可持续发展的新能源技术得到越来越多的重视以及大力快速的发展，太阳能技术即为其中最主要的新能源之一。太阳能技术主要包括太阳能转化为电能的光电技术以及太阳能转化为热能的光热技术。本发明是针对太阳能光热和光电综合利用技术领域的集成收集器。目前的太阳能光热光电集成收集器设计有三个大的挑战。第一个挑战是各个子系统(电、热水、热气)之间的耦合与隔离。耦合可以保证最大效率的太阳能多级利用，而隔离使各种流体通道与电力和光电元件通道分离开来以保证系统的安全性；第二个挑战是太阳能光热光电收集器的建筑集成性。太阳能光热光电收集器一般可以放在建筑的外立面和屋顶，以减少对于额外日照面积的要求，同时好的太阳能光热收集器设计又可以直接作为建筑物的外立面，减少了建筑的额外材料成本；第三个挑战是太阳能光热光电收集器的安装和维护的便利性。太阳能光热光电收集器目前需要较高的技术水平才能安装和维护，这就意味着很高的人力成本，尤其是在人力成本很高的发达国家，这是推广太阳能技术的一个主要的阻力。
发明内容
针对上述的现有技术中的应用问题，本发明为克服这些难点，设计出一种利用结构框架作为流体管路的太阳能光热光电集成收集器系统，既解决了太阳能收集器系统的建筑集成便利性，又保证了最优化的太阳能综合利用性能和有效的系统隔离性。同时，一种人性化的无缝连接装置设计使得太阳能光热收集器系统的成本模块化设计、生产、安装和维护成为可能。
为达到本发明的目的，本发明的太阳能光热光电集成收集器包括光热光电收集板，第一固定框架，第二固定框架，分别固定在光热光电收集板的两侧，所述第一固定框架包括第一中空密闭管道部以及用于安装固定的第一上轮缘和第一下轮缘，所述第二固定框架包括第二中空密闭管道部以及用于安装固定的第二上轮缘和第二下轮缘；所述第一中空密闭管道部和第二中空密闭管道部之间连接有导流吸热板；所述导流吸热板上面安装光电板；所述第一下轮缘和所述第二下轮缘用于与建筑物固定。
优选的，所述第一固定框架和第一上轮缘以及下第二下轮缘可以是一体挤压成型；同样，所述第二固定框架和第二上轮缘以及第二下轮缘也可以是一体挤压成型。
当系统安装时，所述第一上轮缘与所述第二上轮缘相配合固接。优选的，在第一上轮缘与第二上轮缘之间设置环境密封垫。
再优选的，所述光热收集板上面可以是太阳能光电转换板如太阳能光伏组件或者为普通低铁高透玻璃。
再优选的，所述收集器是利用屋顶紧固螺钉将第一下轮缘和第二下轮缘固定在建筑物上而与建筑物固定结合。
另外，其特征在于，所述收集器还包括圆形管道凸口和凹口自锁连接件，分别安装在第一固定框架和第二固定框架的两端尾部。在系统安装过程中，一个收集器上所述固定凸口连接件插入相邻的另一个收集器的凹口固定连接件中，从而形成密闭自锁的个防水封条。。
优选的，所述凸口和凹口自锁连接件是采用耐热的半刚性橡胶材料如EPDM铸造而成的。
本发明是一个新型的太阳能模块化框架结构。该框架结构可以直接与建筑外围护结构相固定连接，同时框架内含的管道可以传递导热流体(如水和空气等)，是一种多功能太阳能模块化利用实用新型设计。该太阳能多功能产品使得标准太阳光电板转换成一个光热光电综合收集器。这个集成收集器能够充分利用太阳光发电并同时产生热流。框架即管道的设计不仅改善了系统的导热性能(由于更充分和直接的表面接触)，而且还高度集成化了产品的体积和容量，从而增加了产品的可靠性，减少了产品的材料和生产成本需求。同时模块化的设计便于系统的灵活便利配置、设计、安装、和维护，失效模块可以轻易替换而不影响整体系统的运作。
另外，本发明的挤压模模块连接口的联锁设计简化了安装过程，同时保证了太阳能光热收集器表面的平整性。整个太阳能光热收集器的安装不需要额外的建筑吊装系统。太阳能光热收集器框架内的环境密封垫能够使光热收集器直接充当建筑外立面，从而替代了传统的建筑外墙材料。作为选择，也可以采用高透玻璃材料来取代光电板，从而成为一个低成本的建筑表面集成太阳能光热收集器。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，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所示为本发明的太阳能集成收集器的结构示意剖面图；
图2所示为相邻两个收集器并行连接的剖面结构示意图(无水管连接)；
图3所示为相邻两个收集器串行连接的剖面结构示意图(有水管连接)；
图4所示为单个的太阳能光热收集器的等距视图；
图5所示为另一方向单个的太阳能光热收集器的等距视图；
具体实施方式
如图1所示，本发明的太阳能光热光电集成收集器包括光热光电收集板3，第一固定框架1，第二固定框架2，分别固定在光热光电收集板3的两侧，所述第一固定框架1包括第一中空密闭管道部10以及用于安装固定的第一上轮缘12和第一下轮缘14，所述第二固定框架2包括第二中空密闭管道部20以及用于安装固定的第二上轮缘22和第二下轮缘24；所述第一中空密闭管道部10和第二中空密闭管道部20之间连接有导流吸热板4；所述第一下轮缘14和所述第二下轮缘24用于与建筑物固定。优选的，所述第一固定框架1和第一上轮缘12以及第一下轮缘14可以是一体挤压成型；同样，所述第二固定框架20和第二上轮缘22以及第二下轮缘24也可以是一体挤压成型。
当系统安装时，所述第一上轮缘12与所述第二上轮缘22相配合固接；例如，第一上轮缘12设计为比第二上轮缘22低，当相邻两个收集器相互连接的时候，可以将第一上轮缘12靠近并抵靠于第二上轮缘22的下面。优选的，在第一上轮缘12与第二上轮缘22之间设置环境密封垫5，这样就会保证整个太阳能收集器内部环境的全密封性。
所述光热光电收集板3可以是太阳能光电转换板如太阳能光伏组件或者为普通低铁高透玻璃。其与第一固定框架1，第二固定框架2以及导流吸热板连接成一整体。
所述导流吸热板4与第一中空密闭管道部10和第二中空密闭管道部20连接，可以使水或空气等流体在第一中空密闭管道部10和第二中空密闭管道部20之间流动。由于阳光的直接辐射，或吸收经太阳能光电转换板3后的太阳余热，流动于的第一中空密闭管道部10和第二中空密闭管道部20之间的流体就可以被加热。
需要注意的是，一套收集器都有第一中空密闭管道部10和第二中空密闭管道部20，但只有其中一个是输送加热后的流体的。比如在图1中，当安装使用时，流体会向着进入纸面的方向流入第一中空密闭管道部10，再横向流过导流吸热板4进入第二中空密闭管道部20，由第二中空密闭管道部20流出，然后流入下一个收集器的第一中空密闭管道部10，进行进一步的加热。
优选的，所述收集器是利用屋顶紧固螺钉将第一下轮缘14和第二下轮缘24固定在建筑物上而与建筑物固定结合。
图2所示为当两个相邻的收集器平行安装在建筑表面时(无中空密闭管道部的连接)，第一固定框架1和第二固定框架2上的上轮缘耦合连接的状态。平行安装意味着收集器彼此之间没有流体的相互传送。而下部的下轮缘是用锯齿相错的方法来防止相邻面板之间的干扰。当从等距角度进行观察时，如图4和图5所示的轮缘的几何形状和交互错开的情形。这可以在固定框架挤压成型之后，按照设计的锯齿轮廓进行切割下部轮缘，然后就可以组装成品收集器了。
图3所示为串联的两个相邻的收集器是连接安装在一起的情形(有中空密闭管道部的连接)。图中剖面图的方向是垂直于图1和图2的。是一个收集器的一个中空密闭管道与另一个收集器的一个中空密闭管道连接之后的一个纵向剖面图(这个从三维效果图4和5中，就是那个突出圆接头插入另一端的圆凹口后从中间剖开)。所述收集器的固定凹凸连接件7和8是由耐热的半刚性橡胶材料如EPDM铸造而成的，在装配过程中紧贴第一固定框架1和第二固定框架2的尾部。
在安装过程中，收集器上的固定圆凸口连接件7插入串联的另一个收集器的固定圆凹口连接件8中，从而形成一个防水封条。固定凹口连接件8比固定凸口连接件7尺寸稍小，优选的，可以相比固定连接件更有弹性，从而能更好地契合零件7。每套收集器都各有两个固定凸口连接件7或凹口连接件8。
本发明的高性能模块化太阳能光热光电集成收集器的研制是基于综合的传热学分析和优化以及先进的模块化系统封装概念。产品可以将太阳能热水和热气系统有机地与太阳能光电系统结合起来，将太阳能经光电系统吸收后的余能有效地利用起来加热水或者空气，从而提供人们生活工作所需的热水或热气，其综合效率因此大大提高。
本发明的太阳能光热光电集成收集器系统的主要优点包括：
(1)模块化设计：易于安装调试，多种标准尺寸模块设计，有利于产品大规模生产、销售和售后服务，便于系统灵活配置和各种应用要求，失效模块可轻易替换；
(2)集成化设计：集建筑围护结构材料、太阳能光电板、太阳能热水系统、太阳能热气系统为完美一体，结构中无活动零件，完全零维护，产品生命周期长(15-30年)，同时高密度集成化设计减少了所需的占地面积，增加了系统的美学性，同时集成式设计和制造使生产成本和产品价格比太阳能单体系统低大约10％；
(3)太阳能多级利用优化：由于系统内子系统间的热流优化设计，系统综合热效率可达到50-70％，大大超过目前各种单体系统(5-30％)和其他集成式系统(20-40％)，同时热回收导致的光电板温度下降使得发电效率比太阳能光电单体系统提高约5％；
(4)特殊封装设计：“固定框架即流体管路”的设计减少了材料成本和工艺流程，增加了热利用效率，
(5)特殊聚合体材料设计：降低了产品重量和成本以及维护费用；
(6)高度兼容性：设计的系统可以使用世界上大多数现有的光电和热力系统进行集成生产。
本发明是一种能够运送热流体(水或空气)的太阳能光热光电集成收集器结构系统。该系统既能够充当独立的太阳能集成式光热光电收集器的支撑结构单元，又可以作为与建筑连接的外墙贴装系统。此项发明的主要特征是将模块化太阳能收集器支撑框架变成流体采暖管道和建筑集成贴装系统。该设计使得太阳能光热光电收集器的低成本制造和建筑物集成安装成为可能，并且能够同时产生电能和热水热气。通过使用高分子聚合物，消除各种分离的热力传输系统、结构框架、和建筑连接单元，以及免去收集器表面下的传统外墙材料，来达到节省系统总成本的目的。
本发明的高性能模块化太阳能光热光电集成收集器的主要的应用范围包括：
(1)各种商业、公共、工业和民用建筑的围护结构表层；
(2)各种特定环境建筑(如停车场、公园等)的日照区域；
(3)各种临时建筑(如展览厅、运动场等)的外墙结构；
(4)农村建筑(尤其是缺煤少电但日照好的地区)。
产品可以在世界各国使用，尤其是日照时间长和能耗高的地区(如美国和欧洲大部分地区)或没有足够不可再生能源资源和必要能源基础设施的地方(如非洲大部分地区，地中海岛国和中国中西部农村)。
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)

1.一种太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，其包括光热光电收集板，第一固定框架，第二固定框架，分别固定在光热光电收集板的两侧，所述第一固定框架包括第一中空密闭管道部以及用于安装固定的第一上轮缘和第一下轮缘，所述第二固定框架包括第二中空密闭管道部以及用于安装固定的第二上轮缘和第二下轮缘；所述第一中空密闭管道部和第二中空密闭管道部之间连接有导流吸热板；所述导流吸热板上面安装光电板；所述第一下轮缘和所述第二下轮缘用于与建筑物固定。
2.如权利要求1所述的太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，所述第一固定框架和第一上轮缘以及第一下轮缘可以是一体挤压成型。
3.如权利要求1所述的太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，所述第二固定框架和第二上轮缘以及第二下轮缘也可以是一体挤压成型。
4.如权利要求1所述的太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，当系统安装时，所述第一上轮缘与所述第二上轮缘相配合固接。
5.如权利要求4所述的太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，在所述第一上轮缘与第二上轮缘之间设置环境密封垫。
6.如权利要求1所述的太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，所述光热收集板上面可以是太阳能光电转换板如太阳能光伏组件或者为普通低铁高透玻璃。
7.如权利要求1所述的太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，所述收集器是利用屋顶紧固螺钉将第一下轮缘和第二下轮缘固定在建筑物上而与建筑物固定结合。
8.如权利要求1所述的太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，所述收集器还包括圆形管道凸口和凹口自锁连接件，分别安装在第一固定框架和第二固定框架的两端尾部。
9.如权利要求8所述的太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，在系统安装过程中，一个收集器上所述固定凸口连接件插入相邻的另一个收集器的凹口固定连接件中，从而形成密闭自锁的个防水封条。
10.如权利要求8所述的太阳能光热光电集成收集器，其特征在于，所述凸口和凹口连接件是采用耐热的半刚性橡胶材料如EPDM铸造而成的。
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