CN103062913A - 平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器 - Google Patents

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郭超
孙炜
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Abstract

本发明涉及平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器。包括箱体、均布的铜管、进水管、出水管和玻璃盖板，玻璃盖板和铜管之间的腔体内设有吸热板，铜管和吸热板接触，玻璃盖板和吸热板之间形成空气夹层；与玻璃盖板相邻的吸热板顶面上均布设有光伏电池，吸热板底面上均布设有微小流阻块；吸热板底面下方的箱体宽度方向两侧壁分别设有进风口和出风口，吸热板底面下方的箱体内形成贯通的空气流道。本发明的平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器可以实现太阳能的分频利用，同时产生电能和热能，大大提高太阳能的利用效率；可以根据季节和环境要求选择热水或热空气模式，实现全年的光热充分利用，同时降低光伏板温度，提高光电转换效率。

Description

平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器
技术领域
本发明属于太阳能光伏光热综合利用技术领域，具体涉及一种平板型太阳能光伏光热复合集热器。
背景技术
太阳能光伏利用和光热利用是太阳能利用的两个重要方面。目前太阳能光伏组件的光电转换效率仍较低，且电池吸收太阳辐照后温度升高也会导致光电转换效率下降，当电池温度每上升1℃，其光电转换效率将下降3～5‰。近年来，太阳能光伏光热综合利用（PV/T）系统，因其良好的太阳能综合利用效率受到广泛关注。一方面，PV/T系统提高了单位面积的光电光热综合利用效率；另一方面，通过传热工质冷却，降低光伏板温度，提高了光电效率。目前PV/T系统的传热工质主要有空气和水两种。在国内，光伏热水集热器、光伏空气集热器以及空气和热水结合的双功能集热器均有较多应用，如光伏驱动太阳能空气集热器（CN102322695A），整板性管板式光伏热水模块（CN101740650A），平板热管太阳能光伏光热复合集热器及其制作工艺（CN102646742），多功能平板集热器（CN201155869）等。
太阳能空气集热器主要应用于冬季建筑采暖，全年其他时间无法实现太阳能有效利用。太阳能热水集热器主要用于春夏秋制热水，冬季利用率不高，且容易出现结冰现象。因此单一的热水PV/T模块和空气PV/T模块均不能实现全年的太阳能有效利用，有必要对其进行结构改造。现有的双功能集热器可以提供热水和房间取暖需求，但在主动式循环中仍需要外部提供电能，用于驱动水泵或者风机。同时，现有的太阳能空气集热器主要通过增加扰流板或换热翅片的方式，强化流道中空气与吸热板间换热，但扰流板或翅片的设置会增大风阻和风机能耗，同时也增大了金属消耗量，提高集热器制造成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以全年充分利用太阳能，使光伏电池高效工作，并同时输出热水或热空气的平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器。
平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器包括由四块边框板11和底板12组成的集热器箱体，四块边框板11和底板12的内侧面均设有保温材料层10；集热器箱体内沿长度方向均布排列设有铜管5，铜管5的一端连通着进水管6，另一端连通着出水管7，进水管6的进水口伸至集热器箱体长度方向一侧壁外部，出水管7的出水口伸至集热器箱体长度方向另一侧壁外部；集热器箱体顶部设有玻璃盖板1，其特征在于：所述玻璃盖板1和铜管5之间的集热器箱体内设有吸热板2，铜管5和吸热板2接触，玻璃盖板1和吸热板2之间形成空气夹层14，与玻璃盖板1相邻的吸热板2顶面上均布设有光伏电池3，吸热板2底面上均布设有微小流阻块4；吸热板2底面下方的集热器箱体宽度方向一侧壁上设有进风口8，相对应的集热器箱体宽度方向另一侧壁上设有出风口9，吸热板2底面下方的集热器箱体内形成贯通的空气流道13。
所述的微小流阻块4的高度不超过空气流道13高度的1/10。
 所述铜管5和吸热板2焊接连接。
微小流阻块4为小立方块或角钢状块。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明的平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器可以实现太阳能的分频利用，同时产生电能和热能，大大提高太阳能的利用效率；
（2）本发明的平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器可以根据季节和环境要求选择热水或热空气模式，实现全年的光热充分利用，同时降低光伏板温度，提高光电转换效率；
（3）本发明的吸热板背面粘合有微小流阻块，相比金属翅片，在提高吸热板与空气间换热系数的同时，可以大大减少金属消耗，对流道阻力影响较小，在热水工作模式下，也不会因为翅片的散热降低热水集热效率。
附图说明
 图1为本发明去掉玻璃盖板的结构示意图。
 图2为集热器正面截面及局部剖视图。
  图3为集热器背面截面及局部剖视图。
上图中序号：玻璃盖板1、吸热板2、光伏电池3、微小流阻块4、铜管5、进水管6、出水管7、进风口8、出风口9、保温材料层10、边框板11、底板12、空气流道13、空气夹层14。
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。
参见图1，平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器包括由四块边框板11和底板12组成的集热器箱体，四块边框板11和底板12的内侧面均设有保温材料层10。集热器箱体内沿长度方向均布排列设有铜管5，铜管5的一端连通着进水管6，另一端连通着出水管7，进水管6的进水口伸至集热器箱体长度方向一侧壁外部，出水管7的出水口伸至集热器箱体长度方向另一侧壁外部；集热器箱体顶部安装有玻璃盖板1。参见图2，玻璃盖板1和铜管5之间的集热器箱体内安装有吸热板2，且铜管5和吸热板2焊接连接；玻璃盖板1和吸热板2之间形成空气夹层14，空气夹层14为密封空间，其中的空气处于滞止状态，减少吸热板2与玻璃盖板1间对流热损失，保证光热性能；与玻璃盖板1相邻的吸热板2顶面上均布安装有光伏电池3，吸热板2底面上均布安装有微小流阻块4，见图3，微小流阻块为小立方块或角钢状块，高度不超过空气流道13高度的1/10。吸热板2底面下方的集热器箱体宽度方向一侧壁上设有进风口8，相对应的集热器箱体宽度方向另一侧壁上设有出风口9，吸热板2底面下方的集热器箱体内形成贯通的空气流道13。
与现有带翅片的空气集热器不同，微小流阻块4并非用于增加换热面积，而是破坏靠近吸热板壁面的层流边界层，从而达到提高空气与吸热板2间的对流换热系数的目的，同样可以提高空气出口温度和集热器热效率。因此微小阻流块4不是必须采用金属材料，采用其他非金属材料一样可以达到破坏层流边界层的目的。
本发明集热器接收太阳辐照后，其中10%～15%的能量由光伏电池层吸收转换为电能，其余的85%～90%的能量以热量的形式由吸热板2吸收。吸热板热量由水或者空气带走的同时，光伏电池3的工作温度也得以降低，从而达到提高光电转换效率的目的。
当本发明集热器工作于热水集热模式时，集热器进风口8和出风口9由带有保温层的堵头密封，水由进水管6流入铜管5，吸收吸热板2热量后，经出水管7流入下一级集热器或储热水箱。
当本发明集热器工作于热空气集热模式时，封闭进水管6的进水口和出水管7的出水口，进风口8和出风口9与外部风管相连，空气由进风口8进入集热器后，与带微小流阻块4的吸热板2换热后，经出风口9送出。

Claims (4)

1.平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器，包括由四块边框板（11）和底板（12）组成的集热器箱体，四块边框板（11）和底板（12）的内侧面均设有保温材料层（10）；集热器箱体内沿长度方向均布排列设有铜管（5），铜管（5）的一端连通着进水管（6），另一端连通着出水管（7），进水管（6）的进水口伸至集热器箱体长度方向一侧壁外部，出水管（7）的出水口伸至集热器箱体长度方向另一侧壁外部；集热器箱体顶部设有玻璃盖板（1），其特征在于：所述玻璃盖板（1）和铜管（5）之间的集热器箱体内设有吸热板（2），铜管（5）和吸热板（2）接触，玻璃盖板（1）和吸热板（2）之间形成空气夹层（14），与玻璃盖板（1）相邻的吸热板（2）顶面上均布设有光伏电池（3），吸热板（2）底面上均布设有微小流阻块（4）；吸热板（2）底面下方的集热器箱体宽度方向一侧壁上设有进风口（8），相对应的集热器箱体宽度方向另一侧壁上设有出风口（9），吸热板（2）底面下方的集热器箱体内形成贯通的空气流道（13）。
2.根据权利要求1所述的平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器，其特征在于：所述的微小流阻块（4）的高度不超过空气流道（13）高度的1/10。
3.根据权利要求1和2所述的平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器，其特征在于：所述铜管（5）和吸热板（2）焊接连接。
4.根据权利要求1所述的平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器，其特征在于：微小流阻块（4）为小立方块或角钢状块。
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