CN103353181B - 一种相变蓄热式光伏光热集热器及其制备方法 - Google Patents

一种相变蓄热式光伏光热集热器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相变蓄热式光伏光热集热器及其制备方法，包括由上至下设置的光伏组件、定型相变材料层、保温层和支撑背板，所述光伏组件包括由上至下设置的前置玻璃盖板、光伏电池芯片和后置玻璃盖板，所述换热管盘曲位于定型相变材料层内，并与后置玻璃盖板接触。本发明相对于现有的传统技术，可以进一步降低光伏组件温度，提高其效率，提高太阳能利用系统的整体效率。

Description

一种相变蓄热式光伏光热集热器及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能集热器领域，尤其涉及一种用于降低光伏组件温度并收集热量制取热水的太阳能集热器。
背景技术
光伏电池效率随光伏组件的温度降低而升高。为光伏组件安装PV/T集热器可以降低电池板温度，提高电效率，同时收集利用未能转化为电能的能量，提高整个太阳能利用系统的效率，缩短投资回收期。目前常见的PV/T集热器为管板式集热器。当前的管板式集热器多采用一块吸收板附着于电池板后，换热管紧贴于吸收板，并在换热管的管距内填充保温材料的形式。这种形式的集热器由于换热管与吸收板为线接触或小面积的面接触，其接触面积小，换热效果较差，导致电池板温度高，电池板电效率低，同时热量利用效果不佳。此外，传统管板式集热器热量导出效果对冷却水流速的依赖较大，流量波动时可能造成光伏组件效率下降，输出电压不稳。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种相变蓄热式光伏光热集热器及其制备方法，可以进一步降低光伏组件温度，提高其效率，提高太阳能利用系统的整体效率。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种相变蓄热式光伏光热集热器，包括由上至下设置的光伏组件、定型相变材料层、保温层和支撑背板，所述光伏组件包括由上至下设置的前置玻璃盖板、光伏电池芯片和后置玻璃盖板，所述换热管盘曲位于定型相变材料层内，并与后置玻璃盖板接触。
本发明通过取消传统管板式集热器的吸收板，将换热管直接与光伏组件背面接触，且在换热管的管距内填充定型相变材料层，通过定型相变材料层的相变过程强化导热，并暂时储存热量，以降低电池板温度，在换热管中通入冷却水以导出热量，获得热水，同时将定型相变材料层温度维持在较低水平。由于相变材料对能量的缓存作用，水的流量可操作范围大，短时间内的小流量波动对系统运行不会造成明显影响。
更进一步的，所述换热管的截面为圆形或方形；所述换热管盘曲成螺旋盘管或蛇形管，可以有效的增加换热管接触面积，增加换热效果。
更进一步的，所述换热管管圈间距不变或者沿着水流方向减小，进一步强化水出口附近区域换热，降低其温度。
更进一步的，所述定型相变材料层可以采用现有的各种定型相变材料制作而成，本发明中，给出一种具体的优化方案为：所述定型相变材料层包括质量百分比62-80％熔点40-50℃范围内的石蜡、质量百分比6-7％的高密度聚乙烯、质量百分比6-7％的苯乙烯嵌段共聚物和质量百分比7-25％的膨胀石墨粉末。
一种相变蓄热式光伏光热集热器的制备方法，其特征在于，步骤如下：
a、选用质量百分比：熔点40-50℃的石蜡为62-80％，高密度聚乙烯为6-7％，苯乙烯嵌段共聚物为6-7％，膨胀石墨粉末为7-25％；
b、加热石蜡到100℃融化，按比例加入高密度聚乙烯和苯乙烯嵌段共聚物，升温至130-140℃，并搅拌至三者为均一混合物，接着在三者的均一混合物中按比例加入膨胀石墨粉末，搅拌至均匀，形成均匀的熔融混合物；
c、将均匀的熔融混合物填充至盘曲的换热管的管距间，制成定型相变材料层，压实冷却；
d、自上而下依次将光伏组件、定型相变材料层、保温层和支撑背板放置在槽钢的凹槽内，并加以固定。
有益效果：本发明相比传统管板式集热器，取消传统管板式集热器的吸收板，将换热管直接与光伏组件背面接触，且在换热管的管距内填充定型相变材料，形成定型相变材料层，可以进一步降低光伏组件温度，提高其效率，同时获得热水，提高太阳能利用系统的整体效率。相比肋片和热管等强化传热方式的集热器，具有质量轻、集热器制作简单、金属耗量低、投资小等特点。由于相变材料层对热能量的缓存作用，水的流量可操作范围大，短时间内的小流量波动对系统运行不会造成明显影响。
附图说明
附图1为本发明换热管盘曲成螺旋盘管时的局部剖视图。
附图2为本发明换热管盘曲成蛇形管时的局部剖视图。
附图3为换热管为圆管时的本发明结构示意图。
附图4为换热管为方管时的本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图3、附图4所示，一种相变蓄热式光伏光热集热器，包括由上至下设置的光伏组件1、定型相变材料层2、保温层5和支撑背板6，所述光伏组件包括由上至下设置的前置玻璃盖板1-1、光伏电池芯片1-2和后置玻璃盖板1-3，所述换热管3盘曲位于定型相变材料层2内，并与后置玻璃盖板1-3接触，所述换热管3盘曲成螺旋盘管或蛇形管。
如附图1、附图2所示，所述换热管3的截面为圆形或方形，换热管3若为圆管，外径8-20mm，壁厚0.8－3mm；若为方管，长边为8-20mm,短边为4-15mm，壁厚1mm-3mm，材料为铜或钢。换热管3盘曲形式采用螺旋盘管或蛇形管等形式，换热管3管圈间距不变或沿水流方向减小，对于换热管3管圈间距沿水流方向减小的情况：冷却水入口7侧换热管分布较稀疏，管间距为4－8倍管径，冷却水出口8侧换热管分布密集，管间距为1－4倍管径，中间过渡方式不限。所述换热管3管圈间距不变或者沿着水流方向减小，可以进一步强化水出口附近区域换热，降低其温度。
定型相变材料层2可以采用现有的各种定型相变材料制作，本发明中，给出一种具体的优化方案为：所述的定型相变材料层2包括质量百分比62-80％熔点40-50℃范围内石蜡、质量百分比6-7％的高密度聚乙烯、质量百分比6-7％的苯乙烯嵌段共聚物和质量百分比7-25％的膨胀石墨粉末。经验证，该配比的定型相变材料制作出的定型相变材料层2具有更加优越的缓存热量的能力和导热能力。
制备一种相变蓄热式光伏光热集热器的方法，步骤如下：
a、选用质量百分比：熔点40-50℃范围内的石蜡为62-80％，高密度聚乙烯为6-7％，苯乙烯嵌段共聚物为6-7％，膨胀石墨粉末为7-25％；
b、加热石蜡到100℃融化，按比例加入高密度聚乙烯和苯乙烯嵌段共聚物，升温至130-140℃，并搅拌至三者为均一混合物，接着在三者的均一混合物中按比例加入膨胀石墨粉末，搅拌至均匀，形成均匀的熔融混合物；
c、将均匀的熔融混合物填充至盘曲的换热管3的管距间，制成定型相变材料层2，压实冷却；
d、自上而下依次将光伏组件1、定型相变材料层2、保温层5和支撑背板6放置在槽钢的凹槽内，并加以固定。
实施例一：熔点40-50℃范围内的石蜡、高密度聚乙烯、苯乙烯嵌段共聚物、膨胀石墨粉末质量百分比分别为62％、6％、6％、7％。采用烧杯作为容器在油浴锅中将一定比例石蜡熔化并加热至100℃，按比例加入高密度聚乙烯和苯乙烯嵌段共聚物，升温至130℃，用桨式搅拌器以110r/min的速度搅拌；半小时后(具体时间以高密度聚乙烯、苯乙烯嵌段共聚物与石蜡均匀混合为准)加入粒度为40到60目的膨胀石墨粉末，保持温度及搅拌速度；一小时后将熔融态混合物填充至换热管3管距间，压实后冷却成定型相变材料层2，且定型相变材料层2上表面与换热管3相切。定型相变材料层2上表面用EVA热熔胶或其他粘合剂与光伏组件1后置玻璃盖板1-3下表面粘合。定型相变材料层2下表面与保温层5相接触，保温层5材料为高膨胀性聚氨酯，保温层5下部为支撑背板6。
实施例二：熔点40-50℃范围内的石蜡、高密度聚乙烯、苯乙烯嵌段共聚物、膨胀石墨粉末质量百分比分别为78.9％、6.6％、6.6％、7.9％。采用烧杯作为容器在油浴锅中将一定比例石蜡熔化并加热至100℃，按比例加入高密度聚乙烯和苯乙烯嵌段共聚物，升温至132℃，用桨式搅拌器以110r/min的速度搅拌；半小时后(具体时间以高密度聚乙烯、苯乙烯嵌段共聚物与石蜡均匀混合为准)加入粒度为40到60目的膨胀石墨粉末，保持温度及搅拌速度；一小时后将熔融态混合物填充至换热管3管距间，压实后冷却成定型相变材料层2，且定型相变材料层2上表面与换热管3相切。定型相变材料层2上表面用EVA热熔胶或其他粘合剂与光伏组件1后置玻璃盖板1-3下表面粘合。定型相变材料层2下表面与保温层5相接触，保温层5材料为高膨胀性聚氨酯，保温层5下部为支撑背板6。
实施例三：熔点40-50℃范围内的石蜡、高密度聚乙烯、苯乙烯嵌段共聚物、膨胀石墨粉末质量百分比分别为80％、7％、7％、25％。采用烧杯作为容器在油浴锅中将一定比例石蜡熔化并加热至100℃，按比例加入高密度聚乙烯和苯乙烯嵌段共聚物，升温至140℃，用桨式搅拌器以110r/min的速度搅拌；半小时后(具体时间以高密度聚乙烯、苯乙烯嵌段共聚物与石蜡均匀混合为准)加入粒度为40到60目的膨胀石墨粉末，保持温度及搅拌速度；一小时后将熔融态混合物填充至换热管3管距间，压实后冷却成定型相变材料层2，且定型相变材料层2上表面与换热管3相切。定型相变材料层2上表面用EVA热熔胶或其他粘合剂与光伏组件1后置玻璃盖板1-3下表面粘合。定型相变材料层2下表面与保温层5相接触，保温层5材料为高膨胀性聚氨酯，保温层5下部为支撑背板6。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种相变蓄热式光伏光热集热器，其特征在于：包括由上至下设置的光伏组件(1)、定型相变材料层(2)、保温层(5)和支撑背板(6)，所述光伏组件(1)包括由上至下设置的前置玻璃盖板(1-1)、光伏电池芯片(1-2)和后置玻璃盖板(1-3)，换热管(3)盘曲于定型相变材料层(2)内，并与后置玻璃盖板(1-3)接触。
2.根据权利要求1所述的一种相变蓄热式光伏光热集热器，其特征在于：所述换热管(3)的截面为圆形或方形。
3.根据权利要求1所述的一种相变蓄热式光伏光热集热器，其特征在于：所述换热管(3)盘曲成螺旋盘管或蛇形管。
4.根据权利要求1所述的一种相变蓄热式光伏光热集热器，其特征在于：所述换热管(3)管圈间距不变或者沿着水流方向减小。
5.根据权利要求1所述的一种相变蓄热式光伏光热集热器，其特征在于：所述定型相变材料层(2)包括质量百分比62-80％熔点40-50℃范围内的石蜡、质量百分比6-7％的高密度聚乙烯、质量百分比6-7％的苯乙烯嵌段共聚物和质量百分比7-25％的膨胀石墨粉末。
6.基于权利要求1所述的一种相变蓄热式光伏光热集热器的制备方法，其特征在于，步骤如下：
a、选用质量百分比：熔点40-50℃范围内的石蜡为62-80％，高密度聚乙烯为6-7％，苯乙烯嵌段共聚物为6-7％，膨胀石墨粉末为7-25％；
b、加热石蜡到100℃融化，按比例加入高密度聚乙烯和苯乙烯嵌段共聚物，升温至130-140℃，并搅拌至三者为均一混合物，接着在三者的均一混合物中按比例加入膨胀石墨粉末，搅拌至均匀，形成均匀的熔融混合物；
c、将均匀的熔融混合物填充至盘曲的换热管(3)的管距间，制成定型相变材料层(2)，压实冷却；
d、自上而下依次将光伏组件(1)、定型相变材料层(2)、保温层(5)和支撑背板(6)放置在槽钢的凹槽内，并加以固定。
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