CN102589159A - 真空管光伏光热复合抛物面聚光器 - Google Patents

真空管光伏光热复合抛物面聚光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及真空管光伏光热复合抛物面聚光器。该聚光器包括真空管，所述真空管的管体内沿轴向设有薄铝板，薄铝板的底面焊接连接着冷却管；薄铝板的顶面沿轴向串联或并联均布设有两块以上的光伏电池，且对称位于冷却管两侧；所述真空管的管体外部沿轴向两侧分别设有抛物面聚光镜，每块抛物面聚光镜的底边与薄铝板的平行，两片抛物面聚光镜相对应，两片抛物面聚光镜和真空管的横截面呈U形；所述真空管的管体两端分别连接着波纹管，每端波纹管的外端连接着法兰盘，光伏电池的导线延伸至法兰盘外。在同等聚光条件下，本发明进一步提高了光伏光热综合利用的效率；本发明能同时产生电力和热水，不需要跟踪，充分达到节能、高效和易于安装和使用的目的。

Description

真空管光伏光热复合抛物面聚光器
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，确切地说涉及真空管型复合深槽抛物面低倍聚焦下的光伏光热集热器。
背景技术
首先，自从上世纪70年代复合抛物面型聚光器CPC出现以后，很多学者对其进行了研究。它是一种依据边缘光线原理设计的低聚光比非成像聚光器，可将接受半角范围内的入射光线按理想聚光比收集到吸收体上。尤其是在低倍聚光比的情况下，复合抛物面型聚光器不需要任何追踪太阳轨迹，即可接受较大角度范围内的入射光，具有很好的实际应用价值。Rönnelid M. and Karlsson B 的研究表明，在低纬度地区，一个固定安装的接受半角为35°的CPC，即几何聚光比为1.75的CPC, 可以接受每年太阳辐照的85%。 而对于高纬度地区而言，一个接受半角为23.5°的固定安装的CPC,即几何聚光比为2.5的CPC,可接受到每年太阳辐照的75%。该聚光器不仅在保证一定效率的前提下可以提高系统的出口温度或者降低电池用量，而且不需要跟踪装置，可以大大节约系统的初投入和运动部件的维修费用。由此，低倍聚光的复合抛物面聚光器可广泛应用于建筑采光、热水、供暖、太阳能光催化废水处理、太阳能光伏发电等领域。
其次，光伏光热综合利用是现在太阳能利用的一个大趋势。单一的光伏发电效率一般在15%左右，而光热光伏综合利用的效率可以达到50%以上，大大提高了太阳能的利用效率。尤其是在低倍聚光条件下，不仅可以保证一定的太阳能光伏光热转换效率，而且可以得到温度较高的热水，可以满足更多应用领域的要求。
再次，真空管集热器在中国的市场占有量占世界的90%，普遍应用于太阳能热水、采暖等领域。其优点在于减少了热损，提高了热效率，同时对于高纬度地区而言，可以防止集热器出现结冰问题。尤其是太阳能热发电的兴起，太阳能中高温真空集热管的技术得到了很大的提高。但是将真空管与光伏光热集成化还很少见，尤其是再集合CPC聚光技术，更是市场上没有出现的。目前大部分的光伏光热一体化应用，基本都是以平板的形式出现。香港城市大学的周天泰教授对当今的PV/T技术做了综述性的归纳。但是无论哪一种PV/T应用和改进，都是基本基于平板型进行，并且都需要相应的保温材料和装置。然而真空管集热器由于真空的原因，可以大量减少热损，提高了集热器的效率，尤其是在聚光的情况下，可以保证一定效率的前提下，提高集热器的出口温度，具有明显的优势。
发明内容
为了进一步提高现阶段PVT的效率，减少热损以及降低电池用量，本发明提供了一种新结构的真空管光伏光热复合抛物面聚光器。
本发明的具体技术方案如下：
真空管光伏光热复合抛物面聚光器包括真空管，所述真空管的管体内沿轴向设有薄铝板，薄铝板的底面焊接连接着冷却管；所述薄铝板的顶面沿轴向串联或并联均布设有光伏电池，所述光伏电池对称位于冷却管两侧；所述真空管的管体外部沿轴向两侧分别设有抛物面聚光镜，每块抛物面聚光镜的底边与薄铝板平行，两片抛物面聚光镜相对应，两片抛物面聚光镜和真空管的横截面呈U形；所述真空管的管体两端分别连接着波纹管，每端波纹管的外端连接着法兰盘，所述光伏电池的导线延伸至法兰盘外。
所述真空管的管体为单层玻璃管。
所述每块光伏电池的顶面和底面分别设有透明复合氟塑料膜，底面的复合氟塑料膜与薄铝板之间由粘贴材料层压连接。
所述薄铝板顶面未被光伏电池覆盖的部分设有选择性吸收涂层。
所述光伏电池的导线上套设有套管，且通过套管引至法兰盘外。
所述粘贴材料为聚乙烯-醋酸乙烯酯。
所述选择性吸收涂层的材料为太阳能热利用中常见的高吸收率低反射率材料。
与真空管的管体两端对应的冷却管两端分别套装有支撑架8。
本发明与现有技术相比的有益技术效果体现在以下方面：
1.采用一种带有复合抛物面聚光镜与光伏光热相结合的方式，低倍聚焦，不需要任何跟踪装置，可节约大量的跟踪费用和后续运动部件的维护成本；
2.采用的是真空管光伏光热一体化技术，与现在的平板光伏光热利用完全不同。它是将真空管与光伏光热集成在同一个模块上，结构上具有很大的创新；
3.由于真空管的真空技术，光伏光热周围都是真空环境，大大减少了热损，提高了系统效率，并且由于不需要任何保温装置，进一步节约了材料成本；
4.光伏电池采用串并联形式，最终的导线进出口聚在真空管的一侧，采取绝缘材料与金属套管封装技术通过一侧的法兰引出；
5.真空管为单层玻璃，与目前较多的双层真空管相比而言，光线透过率更高。
附图说明
图1 为本发明整体结构示意图。
图2为图1A-A面的截面图。
图3为真空管光伏光热吸收体的侧视图。
图4 为真空管光伏光热吸收体的俯视图。
上图中序号：抛物面聚光镜1、真空管2、薄铝板3、冷却管4、光伏电池5、法兰盘6、波纹管7、支撑架8、导线9。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例：
参见图1和图2，真空管光伏光热复合抛物面聚光器包括真空管2。真空管2的管体为单层玻璃管，增加了光线的透过率。真空管2的管体内沿轴向设有薄铝板3，薄铝板3的底面焊接连接着冷却管4。薄铝板3的顶面沿轴向串联或并联均布设有两块光伏电池5，两块光伏电池5对称位于冷却管4的两侧；每块光伏电池5的顶面和底面分别设有透明复合氟塑料膜，底面的复合氟塑料膜与薄铝板3之间由粘贴材料通过真空压机层压连接；粘贴材料为聚乙烯-醋酸乙烯酯（Ethyl Vinyl Acetate)。薄铝板3顶面未被光伏电池5覆盖的部分设有选择性吸收涂层，选择性吸收涂层的材料为太阳能热利用中常见的高吸收率低反射率材料。真空管2的管体外部沿轴向两侧分别固定安装有抛物面聚光镜1，每片抛物面聚光镜1的底边与薄铝板3的平行，两片抛物面聚光镜相对应，两片抛物面聚光镜1和真空管2的横截面呈U形，两片抛物面聚光镜1与真空管2形成聚光形态。参见图3和图4，真空管2的管体两端分别连接着波纹管7，每端波纹管7的外端连接着法兰盘6，光伏电池的导线9上套设有套管，通过套管将导线9引至法兰盘6外，且采用绝缘密封材料封装。与真空管2的管体两端对应的冷却管4两端分别套装有支撑架8，作用在于保持真空管2和冷却管4之间定位。
本发明的工作原理是这样的，太阳光经过抛物面聚光镜1反射，大部分透过真空管2的管体玻璃被光伏电池5吸收，而剩余的部分被选择性吸收涂层吸收转化成热能，合并由光伏电池产生的热能一起，通过薄铝板3传递给冷却管4，在得到电力的同时得到相应的热水。本发明中由于真空管2内是真空状态，所以整个装置不需要保温材料，同时还可以大大减少热损失，达到真正的高效，环保和易安装的目的。

Claims (8)

1.真空管光伏光热复合抛物面聚光器，包括真空管，所述真空管的管体内沿轴向设有薄铝板，薄铝板的底面焊接连接着冷却管，其特征在于：所述薄铝板的顶面沿轴向串联或并联均布设有光伏电池，所述光伏电池对称位于冷却管两侧；所述真空管的管体外部沿轴向两侧分别设有抛物面聚光镜，每块抛物面聚光镜的底边与薄铝板平行，两片抛物面聚光镜相对应，两片抛物面聚光镜和真空管的横截面呈U形；所述真空管的管体两端分别连接着波纹管，每端波纹管的外端连接着法兰盘，所述光伏电池的导线延伸至法兰盘外。
2..根据权利要求1所述的真空管光伏光热复合抛物面聚光器，其特征在于：所述真空管的管体为单层玻璃管。
3.根据权利要求1所述的真空管光伏光热复合抛物面聚光器，其特征在于：所述每块光伏电池的顶面和底面分别设有透明复合氟塑料膜，底面的复合氟塑料膜与薄铝板之间由粘贴材料层压连接。
4.根据权利要求1所述的真空管光伏光热复合抛物面聚光器，其特征在于：所述薄铝板顶面未被光伏电池覆盖的部分设有选择性吸收涂层。
5.根据权利要求1所述的真空管光伏光热复合抛物面聚光器，其特征在于：所述光伏电池的导线上套设有套管，且通过套管引至法兰盘外。
6.根据权利要求3所述的真空管光伏光热复合抛物面聚光器，其特征在于：所述粘贴材料为聚乙烯-醋酸乙烯酯。
7.根据权利要求4所述的真空管光伏光热复合抛物面聚光器，其特征在于：所述选择性吸收涂层的材料为太阳能热利用中常见的高吸收率低反射率材料。
8.根据权利要求1所述的真空管光伏光热复合抛物面聚光器，其特征在于：与真空管的管体两端对应的冷却管两端分别套装有支撑架8。
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