CN103398474A - 一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统，属于太阳能利用领域。本发明包括集热器、光热保温桶组件和光伏热电控制电路，集热器中的玻璃盖板、EVA填充层、背板、第一传热板、热电芯片、第二传热板、绝热材料层通过铝合金边框层压固定；光热保温桶组件包括第一水泵、第二水泵、第一级保温桶、水位兼温度传感器、温控装置、电磁阀、第二级保温桶和辅助加热装置，第二级保温桶内部设置有辅助加热装置；集热器中的太阳能电池片与热电芯片并联后连接至控制器，控制器分别与蓄电池、逆变器相连接，逆变器与负载相连。本发明在光伏光热利用的同时，利用电池背板与集热管之间的温差进一步发电，提高了太阳能利用效率。

Description

一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统

技术领域

本发明涉及太阳能综合利用技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统。

背景技术

随着化石能源的日益匮乏，新能源、可再生能源的发展日益得到人们的重视。太阳能取之不尽用之不竭，太阳能光伏发电成为各国重点发展的新能源技术领域。普通太阳能光伏电池发电的原理是太阳光透过盖板和EVA照射到光伏电池上，光伏电池吸收透过的太阳光能后，不到20%转换出电能，其余转换成热量，被电池组件吸收，最后散失在空气中。如果不能加以利用，一方面造成较大的浪费，另一方面热量被光伏组件吸收会使电池板温度升高，降低发电效率的同时缩短了电池组件的寿命。

目前，一般用户需要同时利用太阳能来发电和产生热水，则安装两套系统：太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。两套系统需要的成本较高，在安装面积受限的情况下不一定能满足用户的需求。此外，现有的太阳能光伏发电系统只在于光伏光热的转换，集热器自身存在的温差没有直接利用；且保温桶只是一级，当水温上升到一定值后，如果热水不能及时排走，集热效果会大幅度降低，甚至不但不能降温，还起升温作用，集热器的温度比一般光伏组件的温度还要高出很多，过高的温度不仅浪费热量，降低光电转换效率，且缩短光伏组件的寿命。

通过专利检索，现有技术中已有相关的技术方案公开。如中国专利申请号：201010582721.X，申请日：2010年12月6日，发明创造名称为：太阳能综合利用装置，该申请案包括：光伏发电组件，所述光伏发电组件接收太阳辐射，并将太阳能转变为电能；温差发电组件，所述温差发电组件设置于所述光伏发电组件的背光侧，用于将来自光伏发电组件的热能转变为电能，其中，所述温差发电组件包括热端和位于热端相反侧的冷端，所述热端与所述光伏发电组件的所述背光侧接触；冷却装置，所述冷却装置设置于所述温差发电组件的一侧，与所述温差发电组件的冷端接触，其中，所述冷却装置包含流体介质，并且，所述冷却装置通过循环所述流体介质来冷却所述温差发电组件的冷端，同时产生热流体介质以供利用。该申请案按虽然综合利用了温差发电技术，但是其太阳能的综合利用效率仍较低，有待进一步改进，尤其是该申请案中的冷却装置设计不尽合理，导致太阳能利用效率较低，具体说明如下：1）装置中未填充发泡绝热材料，导致光热利用不充分；2）温差发电部分没有稳压电路与防反充二极管，有可能导致对外界对温差发电器件反充电，致其损坏；3）温差发电只是与蓄电池连接，没有与外路直接连接，使用不便。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中太阳能综合利用率较低的不足，提供了一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统，采用本发明的技术方案，能够在光伏发电、制造生活用热量的同时，利用集热器内部的温差发电，提高对高品位电能的转换。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统，包括集热器、光热保温桶组件和光伏热电控制电路，其中：

所述的集热器包括铝合金边框、玻璃盖板、EVA填充层、太阳能电池片、背板、第一传热板、第二传热板、热电芯片、集热管道、绝热材料层、背封板和接线盒，所述的玻璃盖板的下方铺设有EVA填充层，该EVA填充层内设置有太阳能电池片，上述的太阳能电池片与光伏热电控制电路相连接，所述的背板位于EVA填充层的下方；所述的第一传热板与背板的底部之间设置有导热胶层，所述的第一传热板和第二传热板之间铺设有热电芯片，该热电芯片的高温面与第一传热板之间设置有导热胶层，该热电芯片的低温面与第二传热板之间也设置有导热胶层，上述热电芯片的汇流总线通过稳压芯片、防反冲二极管连接至光伏热电控制电路，所述的第二传热板下方设置有绝热材料层，该绝热材料层的顶部铺设有集热管道，所述的集热管道与第二传热板的底面之间设置有导热胶层，且集热管道与第二传热板之间通过不锈钢焊丝加固焊接，所述的接线盒位于绝热材料层内部；上述的玻璃盖板、EVA填充层、背板、第一传热板、热电芯片、第二传热板、绝热材料层通过铝合金边框层压固定，且绝热材料层的底面通过背封板固定；上述的集热管道包括第一扁形管、第二扁形管、第三扁形管、第四扁形管、第一回转头、第二回转头、第三回转头、第一固紧杆、第二固紧杆、第三固紧杆、连接管和外接水管，其中：所述的第一回转头的两端分别与第一扁形管、第二扁形管相连通，该第一扁形管、第二扁形管位于第一回转头的一侧，且相互平行，上述的第一扁形管、第二扁形管之间通过第一固紧杆固定；所述的第三回转头的两端分别与第三扁形管、第四扁形管相连通，该第三扁形管、第四扁形管位于第三回转头的一侧，且相互平行，上述的第三扁形管、第四扁形管之间通过第二固紧杆固定；所述的第二扁形管、第三扁形管通过第二回转头相连通，该第二扁形管、第三扁形管之间通过第三固紧杆固定；所述的第一扁形管和第四扁形管的长度为112cm，所述的第二扁形管和第三扁形管的长度为90cm，所述的第一回转头、第二回转头、第三回转头的长度为15cm；所述的第一扁形管、第四扁形管的开口端均通过连接管与外接水管相连通，该连接管为方形管，该外接水管为圆形管，上述连接管的边长大于外接水管的直径；

所述的光热保温桶组件包括第一水泵、第二水泵、第一级保温桶、水位兼温度传感器、温控装置、电磁阀、第二级保温桶和辅助加热装置，其中：所述的第一扁形管开口端连接的外接水管连接至第一级保温桶的顶部，所述的第四扁形管开口端连接的外接水管通过第一水泵连接至第一级保温桶的底部，该第一级保温桶的顶部通过电磁阀连接至自来水管道，该第一级保温桶侧壁设置有水位兼温度传感器，该第一级保温桶底部的出水口通过第二水泵连接至第二级保温桶的顶部，上述的电磁阀、水位兼温度传感器、第二水泵分别与温控装置相连；所述的第二级保温桶内部设置有辅助加热装置，且底部设置有出水阀门；

所述的光伏热电控制电路包括控制器、蓄电池、逆变器和负载，其中：所述的太阳能电池片与热电芯片并联后连接至控制器，所述的控制器分别与蓄电池、逆变器相连接，该逆变器与负载相连，上述的蓄电池通过控制器对逆变器放电，逆变器对负载供电。

更进一步地说，所述的第一扁形管、第二扁形管、第三扁形管、第四扁形管的截面尺寸为1.2cm×2.4cm，所述的连接管的截面尺寸为2.4cm×2.4cm，所述的外接水管的直径为2cm。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

（1）本发明的一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统，包括集热器、光热保温桶组件和光伏热电控制电路，不仅光伏光热综合利用，还增加了热电综合利用功能，热电芯片排在两层传热板之间，并通过稳压芯片、防反冲二极管连接至光伏热电控制电路，在太阳能电池发电、制造热水的同时，利用电池背板与集热管道之间的温差进一步发电，增加了对高品味电能的转换；

（2）本发明的一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统，其集热器能够大大提高光伏-光热-热电综合利用效率，集热管道与第二传热板之间、第二传热板与热电芯片之间、热电芯片与第一传热板之间的导热性良好，且热接触更为均匀；同时，集热管道周围的空间由绝热材料层包覆，外部再由背板贴封，能够阻止热量向外界的散发，从而充分利用热量，提高太阳能的利用效率；

（3）本发明的一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统，其光热保温桶组件包括第一级保温桶和第二级保温桶，当第一级保温桶的水温上升到一定值后，自动排水到第二级保温桶，并自动向第一级保温桶注入自来水，这样不仅维持了太阳能光伏组件的温度不至于太高，延长了光伏组件的使用寿命，保持了高的光电转换效率，还维持了温差发电的稳定工作，提高了热电利用效率；对于第二级保温桶，在阴雨天与冬季，可利用辅助加热装置来制造热水。

附图说明

图1为本发明的一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统的结构示意图；

图2为本发明中集热器的横截面结构示意图；

图3为本发明中集热管道的结构示意图；

图4为本发明中第一扁形管与外接水管的连接结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、铝合金边框；2、玻璃盖板；3、EVA填充层；4、太阳能电池片；5、背板；61、第一传热板；62、第二传热板；7、热电芯片；81、第一扁形管；82、第二扁形管；83、第三扁形管；84、第四扁形管；85、第一回转头；86、第二回转头；87、第三回转头；9、绝热材料层；10、背封板；11、连接管；12、外接水管；13、接线盒；141、第一固紧杆；142、第二固紧杆；143、第三固紧杆；15、集热器；161、第一水泵；162、第二水泵；17、第一级保温桶；18、水位兼温度传感器；19、温控装置；20、电磁阀；21、第二级保温桶；22、辅助加热装置；23、控制器；24、蓄电池；25、逆变器；26、负载。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1、图2、图3和图4，本实施例的一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统，包括集热器15、光热保温桶组件和光伏热电控制电路。如图2所示，本实施例中的集热器15包括铝合金边框1、玻璃盖板2、EVA填充层3、太阳能电池片4、背板5、第一传热板61、第二传热板62、热电芯片7、集热管道、绝热材料层9、背封板10和接线盒13，所述的玻璃盖板2的下方铺设有EVA填充层3，该EVA填充层3内设置有太阳能电池片4，上述的太阳能电池片4与光伏热电控制电路相连接，所述的背板5位于EVA填充层3的下方；所述的第一传热板61与背板5的底部之间设置有导热胶层，所述的第一传热板61和第二传热板62之间铺设有热电芯片7，该热电芯片7的高温面与第一传热板61之间设置有导热胶层，该热电芯片7的低温面与第二传热板62之间也设置有导热胶层，上述热电芯片7的汇流总线通过稳压芯片、防反冲二极管连接至光伏热电控制电路，所述的第二传热板62下方设置有绝热材料层9，该绝热材料层9的顶部铺设有集热管道，所述的集热管道与第二传热板62的底面之间设置有导热胶层，且集热管道与第二传热板62之间通过不锈钢焊丝加固焊接，所述的接线盒13位于绝热材料层9内部；上述的玻璃盖板2、EVA填充层3、背板5、第一传热板61、热电芯片7、第二传热板62、绝热材料层9通过铝合金边框1层压固定，且绝热材料层9的底面通过背封板10固定。本实施例中的导热胶层均采用强粘性导热硅胶STARS-922，导热效果好且均匀。

如图3所示，本实施例中的集热管道包括第一扁形管81、第二扁形管82、第三扁形管83、第四扁形管84、第一回转头85、第二回转头86、第三回转头87、第一固紧杆141、第二固紧杆142、第三固紧杆143、连接管11和外接水管12，其中：所述的第一回转头85的两端分别与第一扁形管81、第二扁形管82相连通，该第一扁形管81、第二扁形管82位于第一回转头85的一侧，且相互平行，上述的第一扁形管81、第二扁形管82之间通过第一固紧杆141固定；所述的第三回转头87的两端分别与第三扁形管83、第四扁形管84相连通，该第三扁形管83、第四扁形管84位于第三回转头87的一侧，且相互平行，上述的第三扁形管83、第四扁形管84之间通过第二固紧杆142固定；所述的第二扁形管82、第三扁形管83通过第二回转头86相连通，该第二扁形管82、第三扁形管83之间通过第三固紧杆143固定，本实施例中的第一固紧杆141、第二固紧杆142、第三固紧杆143用于充分固定集热管道，防止长期使用过程中集热管道变形而影响传热效率。为获得最佳的传热效率，本实施例中的第一扁形管81和第四扁形管84的长度为112cm，所述的第二扁形管82和第三扁形管83的长度为90cm，所述的第一回转头85、第二回转头86、第三回转头87的长度为15cm；所述的第一扁形管81、第四扁形管84的开口端均通过连接管11与外接水管12相连通，外接水管12用于与普通家用水管相接，该连接管11为方形管，该外接水管12为圆形管，上述连接管11的边长大于外接水管12的直径（如图4所示），具体在本实施中：第一扁形管81、第二扁形管82、第三扁形管83、第四扁形管84的截面尺寸为1.2cm×2.4cm，所述的连接管11的截面尺寸为2.4cm×2.4cm，所述的外接水管12的直径为2cm。

如图1所示，本实施例中的光热保温桶组件包括第一水泵161、第二水泵162、第一级保温桶17、水位兼温度传感器18、温控装置19、电磁阀20、第二级保温桶21和辅助加热装置22，其中：所述的第一扁形管81开口端连接的外接水管12连接至第一级保温桶17的顶部，所述的第四扁形管84开口端连接的外接水管12通过第一水泵161连接至第一级保温桶17的底部，该第一级保温桶17的顶部通过电磁阀20连接至自来水管道，该第一级保温桶17侧壁设置有水位兼温度传感器18，该第一级保温桶17底部的出水口通过第二水泵162连接至第二级保温桶21的顶部，上述的电磁阀20、水位兼温度传感器18、第二水泵162分别与温控装置19相连；所述的第二级保温桶21内部设置有辅助加热装置22，且底部设置有出水阀门。本实施例中的光伏热电控制电路包括控制器23、蓄电池24、逆变器25和负载26，其中：所述的太阳能电池片4与热电芯片7并联后连接至控制器23，所述的控制器23分别与蓄电池24、逆变器25相连接，该逆变器25与负载26相连，上述的蓄电池24通过控制器23对逆变器25放电，逆变器25对负载26供电。

使用时，本实施例中的集热器15吸收太阳光能量，其中大部分（80%~85%）转换为热量，热量被集热管道中的水所吸收，水由第一水泵161作为动力，与第一级保温桶17里的水进行强制循环，在不断的循环过程中水温得到提高并得到保温，当第一级保温桶17的水温达到一定值后，由温控装置19启动第二水泵162，把第一级保温桶17内的热水排向第二级保温桶21，排水后，温控装置19启动电磁阀20向第一级保温桶17内加水，这样不仅维持了光伏组件的温度不至于太高，保持了高的光电转换效率，还维持了温差发电的稳定工作。第二级保温桶21内配置有辅助加热装置22，在阴雨天集热器15不能满足工作条件或冬天集热温度较低时，由辅助加热装置22进行加热。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统，其特征在于：包括集热器（15）、光热保温桶组件和光伏热电控制电路，其中：

所述的集热器（15）包括铝合金边框（1）、玻璃盖板（2）、EVA填充层（3）、太阳能电池片（4）、背板（5）、第一传热板（61）、第二传热板（62）、热电芯片（7）、集热管道、绝热材料层（9）、背封板（10）和接线盒（13），所述的玻璃盖板（2）的下方铺设有EVA填充层（3），该EVA填充层（3）内设置有太阳能电池片（4），上述的太阳能电池片（4）与光伏热电控制电路相连接，所述的背板（5）位于EVA填充层（3）的下方；所述的第一传热板（61）与背板（5）的底部之间设置有导热胶层，所述的第一传热板（61）和第二传热板（62）之间铺设有热电芯片（7），该热电芯片（7）的高温面与第一传热板（61）之间设置有导热胶层，该热电芯片（7）的低温面与第二传热板（62）之间也设置有导热胶层，上述热电芯片（7）的汇流总线通过稳压芯片、防反冲二极管连接至光伏热电控制电路，所述的第二传热板（62）下方设置有绝热材料层（9），该绝热材料层（9）的顶部铺设有集热管道，所述的集热管道与第二传热板（62）的底面之间设置有导热胶层，且集热管道与第二传热板（62）之间通过不锈钢焊丝加固焊接，所述的接线盒（13）位于绝热材料层（9）内部；上述的玻璃盖板（2）、EVA填充层（3）、背板（5）、第一传热板（61）、热电芯片（7）、第二传热板（62）、绝热材料层（9）通过铝合金边框（1）层压固定，且绝热材料层（9）的底面通过背封板（10）固定；

上述的集热管道包括第一扁形管（81）、第二扁形管（82）、第三扁形管（83）、第四扁形管（84）、第一回转头（85）、第二回转头（86）、第三回转头（87）、第一固紧杆（141）、第二固紧杆（142）、第三固紧杆（143）、连接管（11）和外接水管（12），其中：所述的第一回转头（85）的两端分别与第一扁形管（81）、第二扁形管（82）相连通，该第一扁形管（81）、第二扁形管（82）位于第一回转头（85）的一侧，且相互平行，上述的第一扁形管（81）、第二扁形管（82）之间通过第一固紧杆（141）固定；所述的第三回转头（87）的两端分别与第三扁形管（83）、第四扁形管（84）相连通，该第三扁形管（83）、第四扁形管（84）位于第三回转头（87）的一侧，且相互平行，上述的第三扁形管（83）、第四扁形管（84）之间通过第二固紧杆（142）固定；所述的第二扁形管（82）、第三扁形管（83）通过第二回转头（86）相连通，该第二扁形管（82）、第三扁形管（83）之间通过第三固紧杆（143）固定；所述的第一扁形管（81）和第四扁形管（84）的长度为112cm，所述的第二扁形管（82）和第三扁形管（83）的长度为90cm，所述的第一回转头（85）、第二回转头（86）、第三回转头（87）的长度为15cm；所述的第一扁形管（81）、第四扁形管（84）的开口端均通过连接管（11）与外接水管（12）相连通，该连接管（11）为方形管，该外接水管（12）为圆形管，上述连接管（11）的边长大于外接水管（12）的直径；

所述的光热保温桶组件包括第一水泵（161）、第二水泵（162）、第一级保温桶（17）、水位兼温度传感器（18）、温控装置（19）、电磁阀（20）、第二级保温桶（21）和辅助加热装置（22），其中：所述的第一扁形管（81）开口端连接的外接水管（12）连接至第一级保温桶（17）的顶部，所述的第四扁形管（84）开口端连接的外接水管（12）通过第一水泵（161）连接至第一级保温桶（17）的底部，该第一级保温桶（17）的顶部通过电磁阀（20）连接至自来水管道，该第一级保温桶（17）侧壁设置有水位兼温度传感器（18），该第一级保温桶（17）底部的出水口通过第二水泵（162）连接至第二级保温桶（21）的顶部，上述的电磁阀（20）、水位兼温度传感器（18）、第二水泵（162）分别与温控装置（19）相连；所述的第二级保温桶（21）内部设置有辅助加热装置（22），且底部设置有出水阀门；

所述的光伏热电控制电路包括控制器（23）、蓄电池（24）、逆变器（25）和负载（26），其中：所述的太阳能电池片（4）与热电芯片（7）并联后连接至控制器（23），所述的控制器（23）分别与蓄电池（24）、逆变器（25）相连接，该逆变器（25）与负载（26）相连，上述的蓄电池（24）通过控制器（23）对逆变器（25）放电，逆变器（25）对负载（26）供电。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏-光热-热电综合利用系统，其特征在于：所述的第一扁形管（81）、第二扁形管（82）、第三扁形管（83）、第四扁形管（84）的截面尺寸为1.2cm×2.4cm，所述的连接管（11）的截面尺寸为2.4cm×2.4cm，所述的外接水管（12）的直径为2cm。

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