CN102607206A - 太阳能光伏光热复合热管真空管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏光热复合热管真空管，包括玻璃管、光伏组件和吸热板，所述吸热板为平板，吸热板与一弯折状或曲面钢板的凹面端焊接后形成一热管；所述吸热板焊接有铜板的表面喷涂有选择性太阳吸收涂层Al-N/Al，另一表面与光伏组件通过绝缘透明聚合物EVA层压后紧密联接；所述热管的冷凝端与玻璃管一端进行金属封接，玻璃管另一端封闭，所述玻璃管与所述热管之间抽真空；所述热管的工作介质选择沸点为50-70℃、凝固点＜0℃的物质。本发明可以在热水供应过剩时利用光伏面的光伏电池发电，然后利用热管对光伏电池进行冷却，并产生热水，而在热水供应不足时将集热管光热面翻转过来，直接利用光热产生热水，实现光伏发电与热水的有效调节。

Description

太阳能光伏光热复合热管真空管

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏光热复合热管真空管。

背景技术

太阳能作为一种可再生的清洁能源，其开发利用潜力十分巨大。在目前太阳能的成熟利用方式中主要有热水利用和光伏发电利用；太阳能热水的利用率较高，达到60％-85％左右，而光伏利用的效率却比较低，仅有6％-18％转化为电能，超过80％的太阳能均以热能的形式散失掉了，并且对于晶硅光伏电池来说，其发电效率与温度呈现负线性关系，随着电池温度的升高，发电效率降低，若能将光伏与光热结合起来，充分发挥两者的优势，将光伏一次转化后产生的大部分热进行热回收，不仅可以提高光伏电池的效率，降低成本，而且还可以获得生活热水，实现热电联产。

目前，对光伏电池的冷却仍在研究之中，传统的对光伏电池板的冷却有自然风冷、强制风冷和加散热片等，采用强制风冷不仅要消耗风机的电能，也会增加风机的成本；加散热片的冷却方式由于自然对流较弱，冷却效果不是很理想。近几年来也发展有采用热电联供的水冷却系统的冷却方式，在光伏电池板的背面布置管道冷却，虽然效果有改善，但系统增加了泵等动力装置，控制也比较复杂，成本明显增加，综合效果不一定会有明显的提高。

热管有“热超导体”之称，通过热管内的相变流体在蒸发段吸收热量后传到冷凝端后放出相变潜热，相变流体在重力作用下又重新回到蒸发段，无需外部驱动力，具有启动速度快，集热效率高，热损失下等优势，若能将热管真空管与光伏组件结合起来，采用热管对光伏组件进行冷却，将具有良好的光电与光热双重效果，一方面，热管是非动力部件，无需消耗电能来驱动其传热，另一方面，热管具有高导热特性，能够迅速地将热量导出，降低电池板的温度。

公告号为201758374U，其公告日为2011年3月9日，名称为《一种一体式太阳能光伏光热板》的中国发明专利，其技术方案是将光伏组件与平板集热器结合，光伏与玻璃层压贴合，并且电池组件未与吸热板接触，吸热板对组件的冷却效果较差，并且由于光伏组件对太阳光线的遮挡，直接入射到吸热板上的太阳光线也较少，光热效果比较差。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种太阳能光伏光热复合热管真空管，是一种能将太阳能转化成电能的同时，有效合理地利用产生的热量，实现热电联供的光伏光热热管真空管。本发明利用光伏电池吸收太阳能产生电能，同时通过热管的高效导热及流动回收太阳能电池产生的热量用于热水供应，在同一热管内实现热电集成的高效利用。

为了解决上述技术问题，本发明太阳能光伏光热复合热管真空管予以实现的一个技术方案是：包括玻璃管、光伏组件和吸热板，所述吸热板为平板，还包括一弯折状或曲面铜板，所述吸热板的宽度大于所述铜板宽度上的投影，所述吸热板与所述铜板的凹面端焊接后形成一热管；所述吸热板焊接有铜板的表面上通过磁控溅射工艺喷涂有选择性太阳吸收涂层Al-N/Al，所述光伏组件分布在所述吸热板的另一表面，每片光伏电池片与所述吸热板之间均通过一层绝缘透明聚合物EVA层压后紧密联接；所述热管和所述光伏组件均设置在所述玻璃管内，所述热管通过弹性支撑片及其连接件与所述玻璃管固定；所述玻璃管的一端封闭，其另一端与所述热管的冷凝端采用金属封接，所述热管的冷凝端从封接处伸出玻璃管，所述玻璃管与所述热管之间为真空腔；所述热管的工作介质选择沸点为50-70℃、凝固点＜0℃的物质。

本发明太阳能光伏光热复合热管真空管，其中，所述光伏组件的各光伏电池片之间的空隙处喷涂有选择性太阳吸收涂层Al-N/Al。

光伏组件中的光伏电池片之间为串联，所述光伏组件的正负极导出线采用能耐受100℃以上的高温绝缘材料包裹，并从金属封接处伸出玻璃管。

所述热管的横截面形状为半圆形、矩形和方形中的一种。

所述热管的工作介质选用汽化潜热尽量大的物质，优选为丙酮、甲醇和乙醇中的一种，最优选为丙酮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)太阳能光伏光热复合热管真空管将光伏发电与高效热管相结合，实现了能量的合理利用，提高了太阳能的综合利用效率。

(2)复合热管中光伏电池片与吸收板通过一层绝缘透明聚合物EVA层压成形，结合紧密，有效地降低了电池与吸热板之间的传热热阻。

(3)复合热管中的吸热板一面层压光伏电池，其背面涂吸收涂层，可以实现季节的交替使用，在夏季辐射较强时，可以将电池组件朝上先利用电池进行发电，同时利用电池以及电池与电池之间的涂层产生的热量实现热水供应，而在冬季辐射较弱时可以将热管翻转过来，电池组件朝下，吸收涂层朝上，直接利用吸收涂层吸收热量实现热水供应，从而可以有效地避免热水器夏季热水过剩的问题。

(4)复合热管采用丙酮作工质，其蒸发温度为56.5℃，理论上讲，工质的蒸发温度越低，对电池的冷却效果会越好，但通过冷凝端加热的热水温度过低则不满足生活热水要求，需要额外的加热装置，因此，本发明复合热管兼顾了两方面的因素，一方面可以使电池温度维持在合适的范围内，另一方面直接提供满足条件的热水，而不需要另外对其进行加热。

(5)本发明复合热管应用范围非常广泛，不仅能应用于热管集热器中，而且也能应用于槽式聚光等聚光系统中。

附图说明

图1是本发明光伏光热联用复合热管真空管的结构示意图；

图2是图1中的A-A剖视放大示意图。

图中：1-玻璃管，2-吸热板，24-热管，3-光伏电池片，4-铜板，5、7-选择性太阳吸收涂层Al-N/Al，6-弹性支撑片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

本发明太阳能光伏光热复合热管由玻璃真空管和位于玻璃真空管内的铜质热管组成，两者焊接形成一封闭体。其结构是：包括玻璃管1、光伏组件和吸热板2，所述吸热板2为平板，还包括一弯折状或曲面铜板4，所述吸热板2的宽度大于所述铜板4宽度上的投影，所述吸热板2与所述铜板4的凹面端焊接后形成一热管24，热管24包括蒸发段和冷凝段，热管在管内段为半圆形，以便与吸热板2更多接触，二者焊接成一体；所述吸热板2焊接有铜板4的表面上通过磁控溅射工艺喷涂有选择性太阳吸收涂层Al-N/Al7，也即吸热板背面选择性吸收涂层；所述光伏组件分布在所述吸热板2的另一表面，同时为了最大限度地利用太阳能，也可以在吸收板与光伏组件的那一表面的电池片与电池片之间的空隙处喷涂选择性吸收涂层，所述光伏组件的各光伏电池片3之间的空隙处喷涂有选择性太阳吸收涂层Al-N/Al5，也即吸热板正面选择性吸收涂层，以充分利用太阳能。所述光伏组件中的光伏电池片之间为串联，所述光伏组件的正负极导出线采用能耐受100℃以上的高温绝缘材料包裹(在热管与封接件处焊接一小铜套于热管上，导出线通过热管出口的铜套导出，并进行密封)并从金属封接处伸出玻璃管1，管内抽成真空，。每片光伏电池片3与所述吸热板2之间均通过一层绝缘透明聚合物EVA层压后紧密联接，而非采用容易引起电池片脱落的粘结的方法，这样一方面增加光伏组件的稳固程度，另一方面光伏组件通过与吸热板紧密结合，减少了光伏组件与吸热板之间的传热热阻；所述热管24和所述光伏组件均设置在所述玻璃管1内，在热管24的下部安有弹性支撑片6，所述热管24通过弹性支撑片6及其连接件与所述玻璃管1固定，通过微小的螺丝型固定件将弹性支撑片6与吸热板2联接起来，弹性支撑片6伸张在玻璃壁上，起辅助支撑和定位热管位置的作用。所述玻璃管1的一端封闭，其另一端与所述热管24的冷凝端采用金属封接，热管冷凝端伸出管外，所述热管24的横截面形状可以为半圆形、矩形和方形中的一种，所述热管24的冷凝端从封接处伸出玻璃管1，所述玻璃管1与所述热管24之间为真空腔；所述热管的工作介质选择沸点在50-70℃范围内、凝固点＜0℃、汽化潜热尽量大的一类物质，如选用丙酮、甲醇和乙醇中的一种，优选丙酮作为工作介质，要把电池片产生的热量导出，又不能使电池片温度过高，影响其效率，因此热管内的相变流体的相变温度不能过高，也不能过低，过低的相变温度的工作流体通过热管的冷凝端与水换热后水温达不到供生活热水的要求，而丙酮的沸点为：56.5℃，能够维持光伏片在合理的温度内，并且在热管冷凝端与水换热后能够达到生活热水的温度要求。

本发明太阳能光伏光热复合热管的工作原理如下：

太阳光线透过玻璃管1后投射到光伏光热复合热管的光伏电池片3上，光伏电池片3将太阳辐射能中的部分能量转换成电能后输出，余下的大部分辐射能在光伏组件上转化成热能，导致光伏电池片3温度的升高。光伏电池片3与吸热板2通过绝缘透明聚合物EVA层压后紧密联接成一体，热管24焊接在吸热板2的背面，光伏电池片3所产生的热能传递到吸热板2上，并通过热管24的蒸发段将吸热板2上的热量转移到冷凝段，冷凝段通过插入水中等方式将其冷却，热管24内的工作流体冷凝后又回到蒸发段，继续吸收热量，从而不段地将管内热量携带给管外流体，供外界使用。热管24与玻璃管1之间抽真空，形成真空层，以减少热量的散失，真空层内还可以放置有吸气剂以更好地保证真空度。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种太阳能光伏光热复合热管真空管，包括玻璃管(1)、光伏组件和吸热板(2)，其特征在于，

所述吸热板(2)为平板，还包括一弯折状或曲面状铜板(4)，所述吸热板(2)的宽度大于所述铜板(4)宽度上的投影，所述吸热板(2)与所述铜板(4)的凹面端焊接后形成一热管(24)；

所述吸热板(2)焊接有铜板(4)的表面上通过磁控溅射工艺喷涂有选择性太阳吸收涂层Al-N/Al(7)，所述光伏组件分布在所述吸热板(2)的另一表面，每片光伏电池片(3)与所述吸热板(2)之间均通过一层绝缘透明聚合物EVA层压后紧密联接；

所述热管(24)和所述光伏组件均设置在所述玻璃管(1)内，所述热管(24)通过弹性支撑片(6)及其连接件与所述玻璃管(1)固定；

所述玻璃管(1)的一端封闭，其另一端与所述热管(24)的冷凝端采用金属封接，所述热管(24)的冷凝端从封接处伸出玻璃管(1)，所述玻璃管(1)与所述热管(24)之间为真空腔；

所述热管的工作介质选择沸点在50-70℃范围内、凝固点＜0℃的物质。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热复合热管真空管，其特征在于，所述光伏组件的各光伏电池片(3)之间的空隙处喷涂有选择性太阳吸收涂层(Al-N/Al)(5)。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏光热复合热管真空管，其特征在于，所述光伏组件中的光伏电池片(3)之间为串联，所述光伏组件的正负极导出线采用能耐受100℃以上的高温绝缘材料包裹，并从金属封接处伸出玻璃管(1)。

4.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热复合热管真空管，其特征在于，所述热管(24)的横截面形状为半圆形、矩形和方形中的一种。

5.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热复合热管真空管，其特征在于，所述热管(24)的工作介质选用汽化潜热尽量大的物质。

6.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热复合热管真空管，其特征在于，所述热管的工作介质为丙酮、甲醇和乙醇中的一种。

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