CN104390377B - 一种环路热管型光伏光热一体墙 - Google Patents

一种环路热管型光伏光热一体墙 Download PDF

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Abstract

本发明是一种环路热管型光伏光热一体墙。包括水泵、水箱、环路热管光伏光热模块等，环路热管光伏光热模块包括太阳电池、环路热管等，环路热管包括蒸发器、平板式热交换器、液体补偿器等，蒸发器的中空腔体是蒸汽腔，太阳电池覆盖在蒸发器的外侧，玻璃盖板装在太阳电池和蒸发器外侧，玻璃盖板与太阳电池之间是空气通道，保温层包围在太阳电池和蒸发器的整体四周，蒸汽腔与集气管相通，与蒸发器连通的液体补偿器与集液管相通，集气管通过蒸汽管与平板式热交换器连接，集液管通过液体管与平板式热交换器连接，平板式热交换器通过热水管与水箱连接，平板式热交换器通过冷水管与水泵连接。本发明有效降低光伏电池的温度，提高光电效率，又能利用余热。

Description

一种环路热管型光伏光热一体墙
技术领域
本发明属于建筑节能及新能源技术领域，涉及到一种新型的环路热管型光伏光热模块及其与之相配套的光伏光热一体墙，属于环路热管型光伏光热一体墙的创新技术。
背景技术
随着我国人口不断增长和人们生活水平不断提高，资源短缺、能源价格上涨、环境污染等问题日趋严重。不断增长的能源需求对我国提出两个严峻挑战：气候变化和能源安全。我国政府正在积极采取行动应对这些挑战。太阳能作为一种重要的可持续能源，储量无限，清洁无污染，寻求建筑技术应用过程中节能降耗、有效利用太阳能的方法，对实现我国节能减排的目标具有十分重要的意义。
太阳能光伏电池是一种利用光的伏特效应，将太阳辐射直接转换成电能的光电元件。理论研究表明单晶硅太阳能光伏电池在0oC时的最大理论转换效率有30%；而在实际应用中，标准条件下硅电池转换效率约为12-17%。可以看出照射到电池表面上的大部分太阳能未能转换为有用能量，相当部分能量转化成为热能，使电池温度升高，导致电池效率下降。为尽可能使电池效率保持在较高水平，在电池背面敷设流体通道带走热量以降低电池温度，在电力输出的同时提供生活热水（水冷却型）或供暖（空气冷却型）。这种利用太阳能发电同时制备热水或供暖的系统即为太阳能光伏光热系统。近十年来，随着太阳电池和集热器效率的提高，将太阳能光伏光热系统应用到建筑上，在此基础上发展了光伏光热建筑一体化系统。
环路热管是一种高效的两相传热装置，它由蒸发器、液体补偿器、冷凝器组成，通过气液传输管路连接成回路。环路热管利用蒸发器内的毛细芯产生的毛细力驱动回路运行，利用工质相变过程来传递热量。环路热管具有气液管路分离、蒸发器和补偿器一体化的结构特点，因此能够在小温差、长距离的情况下传递大量的热量。环路热管能够合理的组织蒸发与冷凝换热过程，再加上其优良的传热性能和结构特性，环路热管已成为热控制系统中一种先进的具有广阔发展前景的技术。因此，将环路热管应用到光伏光热系统中，不仅可以控制光伏板表面温度，提高光电效率，同时还可以提高系统传热能力。
发明内容
基于环路热管传热性能的优越性以及光伏光热系统与建筑一体化的特点，本发明的目的是提供一种环路热管型光伏光热一体墙。本发明不仅可以有效的降低光伏电池的温度，提高光电效率，又能够有效的利用余热，获得热水。本发明有潜力发展成为一种高效利用太阳能及自然界能量的低碳系统，并在建筑中获得广泛的应用。
本发明的技术方案是：本发明的环路热管型光伏光热一体墙, 包括有水泵、水箱、冷水管、热水管及环路热管光伏光热模块，其中环路热管光伏光热模块包括有保温层、太阳电池、玻璃盖板、环路热管，环路热管包括有蒸发器、集气管、集液管、蒸汽管、液体管、平板式热交换器、液体补偿器，其中蒸发器的中空腔体是蒸汽腔，太阳电池覆盖在蒸发器的外侧，玻璃盖板装设在太阳电池和蒸发器的外侧，玻璃盖板与太阳电池之间是空气通道，保温层包围在太阳电池和蒸发器的整体四周外侧，但玻璃盖板外露，且蒸汽腔与集气管相通，与蒸发器连通的液体补偿器与集液管相通，集气管通过蒸汽管与平板式热交换器连接，集液管通过液体管与平板式热交换器连接，平板式热交换器通过热水管与水箱连接，平板式热交换器通过冷水管与水泵连接。
本发明的环路热管型光伏光热一体墙由环路热管光伏光热模块、水泵、水箱及连接管道组成。其中，铺设到普通建筑墙体外表面或取代普通建筑外墙的光伏光热模块用来吸收太阳辐射，并将其中的一部分转化为电能，剩余的能量就被转化为热，这些热被紧贴在光伏组件背面的环路热管蒸发器中的流体带走，使其温度上升，蒸发形成气体。在蒸汽密度作用下，气体携带热量被传递至平板式热交换器处。在水泵作用下，强迫平板式热交换器中水循环，并储存在水箱中。这样既有效的降低了光伏电池的温度，提高了光电效率，又有效的利用了余热，获得了热水。本发明与传统的光伏光热建筑一体化系统相比，具有如下优点：
1）本发明具有光伏光热建筑一体化系统的优点，如有效利用建筑外表面，无需额外用地或加建其他设施；节约外饰材料，外观更美观；缓解电力需求；降低夏季空调负荷，改善室内热环境等；
2）本发明具有环路热管的传热强、热阻低、效率高、能耗小、传输距离长、结构灵活、应用面广等特点。
附图说明
图1 是本发明环路热管型光伏光热一体墙的布局示意图。
图中：1——保温层；2——蒸发器；3——毛细芯；4——蒸汽腔；5——太阳电池；6——空气通道；7——玻璃盖板；8——集气管；9——集液管；10——蒸汽管；11——液体管；12——平板式热交换器；13——冷水管；14——水泵；15——热水管；16——水箱；17——液体补偿器；18——小孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。附图1为本发明的布局示意图，本发明的环路热管型光伏光热一体墙,包括有水泵14、水箱16、冷水管13、热水管15及环路热管光伏光热模块，其中环路热管光伏光热模块包括有保温层1、太阳电池5、玻璃盖板7、环路热管，其中环路热管包括有蒸发器2、集气管8、集液管9、蒸汽管10、液体管11、平板式热交换器12、液体补偿器17，其中蒸发器2的中空腔体是蒸汽腔4，太阳电池5覆盖在蒸发器2的外侧，玻璃盖板7装设在太阳电池5和蒸发器2的外侧，玻璃盖板7与太阳电池5之间是空气通道6，保温层1包围在太阳电池5和蒸发器2的整体四周外侧，但玻璃盖板7外露，且蒸汽腔4与集气管8相通，与蒸发器2连通的液体补偿器17与集液管9相通，集气管8通过蒸汽管10与平板式热交换器12连接，集液管9通过液体管11与平板式热交换器12连接，平板式热交换器12通过热水管15与水箱16连接，平板式热交换器12通过冷水管13与水泵14连接。蒸发器2内还装设毛细芯3，毛细芯3是蒸发器2的一部分。
本实施例中，上述太阳电池5与蒸发器2固定连接。
本实施例中，上述液体补偿器17设置在蒸发器2的上部。本实施例中，上述液体补偿器17的底部有小孔18，液体补偿器17通过底部所有的小孔18与蒸发器2的上部相通。
本实施例中，上述保温层1是聚苯乙烯泡沫材料。保温层1的材料还可以为其它类型的材料，只要有保温效果就可以。
本实施例中，上述玻璃盖板7是真空玻璃盖板。另外，玻璃盖板7也可以为其它类型的玻璃盖板，例如单层玻璃盖板等等。
本实施例中，上述蒸发器2的横截面为圆形或方形。
本发明的工作原理是：当太阳辐射透过真空玻璃盖板7和空气通道6，照射到太阳电池5时，一部分热量转换成为电能，剩余部分就会转变成热量，传递到环路热管的蒸发器2，使毛细芯3中的液态工质蒸发，通过蒸汽腔4到达集气管8处，然后通过蒸汽管10进一步输送到平板式热交换器12处冷凝，同时将热量传递给冷水管13中的冷水，使其温度上升，这样在水泵14的作用下，热水管15中的热水就可输送并储存在水箱16里，供用户使用。而冷凝后的液态工质流经液管11和集液管9，再通过液体补偿器17进入毛细芯3中，以备再一次循环。需要注意的是，液体补偿器17的底部开有小孔18，这样液态工质可以缓慢地滴入毛细芯3，保证其中工质蒸发和冷凝的平衡。

Claims (3)

1.一种环路热管型光伏光热一体墙，其特征在于包括有水泵（14）、水箱（16）、冷水管（13）、热水管（15）及环路热管光伏光热模块，其中环路热管光伏光热模块包括有保温层（1）、太阳电池（5）、玻璃盖板（7）、环路热管，环路热管包括有蒸发器（2）、集气管（8）、集液管（9）、蒸汽管（10）、液体管（11）、平板式热交换器（12）、液体补偿器（17），其中蒸发器（2）的中空腔体是蒸汽腔（4），太阳电池（5）覆盖在蒸发器（2）的外侧，玻璃盖板（7）装设在太阳电池（5）和蒸发器（2）的外侧，玻璃盖板（7）与太阳电池（5）之间是空气通道（6），保温层（1）包围在太阳电池（5）和蒸发器（2）的整体四周外侧，但玻璃盖板（7）外露，且蒸汽腔（4）与集气管（8）相通，与蒸发器（2）连通的液体补偿器（17）与集液管（9）相通，集气管（8）通过蒸汽管（10）与平板式热交换器（12）连接，集液管（9）通过液体管（11）与平板式热交换器（12）连接，平板式热交换器（12）通过热水管（15）与水箱（16）连接，平板式热交换器（12）通过冷水管（13）与水泵（14）连接，上述液体补偿器（17）设置在蒸发器（2）的上部，上述液体补偿器（17）的底部有小孔（18），液体补偿器（17）通过底部所有的小孔（18）与蒸发器（2）的上部相通。
2.根据权利要求1所述的环路热管型光伏光热一体墙，其特征在于上述太阳电池（5）与蒸发器（2）固定连接。
3.根据权利要求1至2任一项所述的环路热管型光伏光热一体墙，其特征在于上述蒸发器（2）的横截面形状为圆形或方形。
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