CN104935239A - 一种新型太阳能光伏光热一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型太阳能光伏光热一体化装置，包括外框保温层、底座保温层、玻璃盖板，以及位于由所述外框保温层、底座保温层、玻璃盖板构成的密封空间内的太阳能电池片、水冷通道、空气通道以及集热板；集热板固定在外框保温层上，所述太阳能电池片固定在集热板上，所述水冷通道位于相邻的两个太阳能电池片之间、且设在集热板上，所述空气通道位于所述集热板下部；所述水冷通道为截面呈三角形的通道，所述水冷通道的两个侧壁喷涂有光线选择性吸收涂层。本发明采用冷却水和空气进行同时换热，所得到的热水和热空气来供给生活用水、家庭取暖和温室；同时更好的保证了太阳能电池片的工作温度，对热量充分的吸收，实现能量效益的最大化。
Description
技术领域
本发明属于太阳能开发利用领域，尤其是一种新型太阳能光伏光热一体化装置。
背景技术
近年来，随着科技的进步和对能源需求的日益提高，人们对太阳能的利用技术的发展提出了更高的要求。目前，对太阳能的开发利用主要集中于光伏发电、太阳能集热以及两者的综合利用方面，其中，太阳能光伏光热技术备受瞩目。
太阳能光伏光热(Photovoltaic-thermal,简称PV/T)技术是可以同时产生高品质电能和低品质热能的技术，既可以达到提高光伏电池发电效率的效果，又能将电池冷却过程中流体所带走的热量加以有效利用。
太阳能光伏光热一体化装置主要由光电模块和与之紧密接触的集热器构成，光电模块通过聚光装置实现光电转换，以供电厂或者家庭使用；集热器通过媒介将光电池进行光电转换时所产生的热量及时带走，降低太阳能电池的工作温度避免过热引起光电转换效率下降，不仅能够满足居民用电和用热水的需求，还可以提高太阳能的综合利用效率。
聚光装置和集热器作为PV/T装置的核心部件，其性能不仅影响到整个装置的工作效率同时关乎着整个系统经济成本。所以，近几年来，为改善工作性能，研究人员针对其工作原理设计出了多种优化的内部结构型式。例如，专利申请号201120070039.2，专利名称为“高倍聚光太阳能光伏光热复合发电系统”、专利申请号201210359867.7，专利名称为“太阳能光伏光热一体化装置”、专利申请号201210090573.9，专利名称为“太阳能光伏光热复合热管真空管”所公开的各种结构中，均是通过使用高倍太阳能聚光器和热管技术，提高对光热的吸收效率，同时对所得到的电能、热水及热空气进行分配利用，在一定程度上改善了系统的性能。
但是，鉴于该装置的工作特性，如果直接把传统的光伏光热组件结合在一起,不仅成本昂贵，无法发挥各自的优势，而且会造成装置所吸收的部分太阳能的浪费。因此，如何对电池热量以及不能被电池进行光电转化的部分波长的太阳光的进一步充分利用，应该引起足够的考虑和重视。
发明内容
为了更好地解决太阳能电池板温度过高的问题，并在保证光电转换高效率的同时，实现光热利用的充分程度；本发明提供了一种新型太阳能光伏光热一体化装置。
本发明的技术方案如下：
一种新型太阳能光伏光热一体化装置，包括外框保温层、底座保温层、玻璃盖板，以及位于由所述外框保温层、底座保温层、玻璃盖板构成的密封空间内的太阳能电池片、水冷通道、空气通道以及集热板；集热板固定在外框保温层上，所述太阳能电池片固定在集热板上，所述水冷通道位于相邻的两个太阳能电池片之间、且设在集热板上，所述空气通道位于所述集热板下部；所述水冷通道为截面呈三角形的通道，所述水冷通道的两个侧壁喷涂有光线选择性吸收涂层。
优选地，所述空气通道为相连通的两层，且所述空气通道内设有翅片，所述翅片上设有百叶窗结构。
优选地，所述光线选择性吸收涂层为多层渐变铝氮铝Al-N/Al。
优选地，所述集热板与太阳能电池片、水冷通道、空气通道及百叶窗翅片之间均通过绝缘透明导热聚合物EVA热压紧密连接。
优选地，所述翅片上的百叶窗结构的开窗角度为27°。
本发明所述的太阳能光伏光热一体化装置，在工作时，太阳光线透过玻璃盖板后，其中一部分直接照射到电池片上，另一部分则照射到水冷通道的外壁面上；由于水冷通道的两个侧面上有光线选择性吸收涂层，在投射到外壁面上的太阳光中，不能被反射的光线则被水冷通道所吸收，能够被反射到太阳能电池片上的光线用于光伏发电。因此，太阳能电池片接收的太阳能由经玻璃盖板直接照射到其上的太阳光和经水冷通道侧壁反射的太阳光两部分构成，而太阳能电池片通过光生伏特效应将其中一部分转化为电能，剩余的则被其吸收转化为热量，热量进一步向太阳能电池片下部的集热板进行热量传递；集热板所吸收的热量以及水冷通道壁面所吸收的热量被水冷通道内的冷却水以及空气通道中的空气吸收，从而产出热水和热空气，通过相关的收集装置以供家庭生活或者温室花房等场所使用。
本发明的的技术创新在于：
(1)将反射面设置成平面，并利用反射面构成截面为三角形的水冷通道，并在两个反射面镀上光线选择性吸收涂层，使结构得到优化，不仅提高了对太阳光的吸收率，使不能被反射到太阳能电池片上的光线加以吸收利用，而且还能吸收太阳能电池片自身产生的热量，降低太阳能电池片工作温度，提高光电转换效率。
(2)采用双层空气通道，并在空气通道内设置具有百叶窗结构的翅片，不仅可以增大换热表面积，而且提高了冷却空气的扰动程度，从而极大的提高了集热效率。
该装置在热利用方面采用了空气和水两种介质，通过流量的调节，能够满足一些特殊领域对热水和热空气的同时需要。
附图说明
图1为本发明所述的新型太阳能光伏光热一体化装置的结构图。
图2为翅片的结构图。
图中：1-玻璃盖板，2-集热板，3-外框保温层，4-底座保温层，5-翅片，6-太阳能电池片，7-水冷通道，8-空气通道。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的新型太阳能光伏光热一体化装置，包括外框保温层3、底座保温层4、玻璃盖板1，以及位于由所述外框保温层3、底座保温层4、玻璃盖板1构成的密封空间内的太阳能电池片6、水冷通道7、空气通道8以及集热板2；集热板2固定在外框保温层3上，所述太阳能电池片6固定在集热板2上，所述水冷通道7位于相邻的两个太阳能电池片6之间、且设在集热板2上，所述空气通道8位于所述集热板2下部；所述水冷通道7为截面呈三角形的通道，所述水冷通道7的两个侧壁喷涂有光线选择性吸收涂层。
在本发明中，所述保温层3和4材料采用酚醛泡沫保温棉，结构被分成两部分，即外框保温层3和底框保温层4，二者通过铝合金边框固定，将其分开目的是便于上述各种部件的安装。所述玻璃盖板1为镀膜高透超白钢化玻璃。所述三角形的水冷通道7的材料采用不锈金属铝，并在其两个侧面上通过磁控溅射工艺喷涂有多层渐变铝氮铝Al-N/Al选择性涂层，提高了对太阳光的吸收率。所述集热板2和每块太阳能电池片6和三角形水冷通道7均通过绝缘透明导热聚合物EVA热压进行紧密联接。
太阳光线经过玻璃盖板1一部分直接投射到太阳能电池片6上，一部分照射到三角形的水冷通道7的外壁上，部分光线被反射到太阳能电池片6上，不能够被反射到太阳能电池片上的光线被水冷通道7所吸收；在三角形水冷通道7中的冷却水通过对流换热的方式将吸收的太阳能以及集热板2的部分热量带走，以充分利用太阳能；
所述翅片5也采用不锈金属铝，翅片5和集热板2之间采用导热效果好且导热均匀的强粘性导热硅胶连接。将所述空气通道8为相连通的两层，冷却空气由上层进入空气通道8，与集热板2进行换热，经加热后的热空气再由下层空气通道8流出，进行二次换热，使换热进行的更加充分；翅片5的百叶窗结构的开窗角度采用27°，如图2所示，在不同的工况条件下，此角度的换热效果为最佳。
由上述的集热部件，即水冷通道7和空气通道8，所得到的热水和热空气通过收集组件和附件来供给生活用水、家庭取暖和温室提供需要。由于本发明采用冷却水和空气进行同时换热，更好的保证了太阳能电池片6合适的工作温度，同时对热量也进行了充分的吸收，实现能量效益的最大化；该装置所采用的水冷通道7和翅片5结构简单，易于制造，经济成本不高，因此，相对于其它装置更加易于推广使用。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种新型太阳能光伏光热一体化装置，其特征在于，包括外框保温层(3)、底座保温层(4)、玻璃盖板(1)，以及位于由所述外框保温层(3)、底座保温层(4)、玻璃盖板(1)构成的密封空间内的太阳能电池片(6)、水冷通道(7)、空气通道(8)以及集热板(2)；集热板(2)固定在外框保温层(3)上，所述太阳能电池片(6)固定在集热板(2)上，所述水冷通道(7)位于相邻的两个太阳能电池片(6)之间、且设在集热板(2)上，所述空气通道(8)位于所述集热板(2)下部；所述水冷通道(7)为截面呈三角形的通道，所述水冷通道(7)的两个侧壁喷涂有光线选择性吸收涂层。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热一体化装置，其特征在于，所述空气通道(8)为相连通的两层，且所述空气通道(8)内设有翅片(5)，所述翅片(5)上设有百叶窗结构。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热一体化装置，其特征在于，所述光线选择性吸收涂层为多层渐变铝氮铝Al-N/Al。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热一体化装置，其特征在于，所述集热板(2)与太阳能电池片(6)、水冷通道(7)、空气通道(8)及百叶窗翅片(5)之间均通过绝缘透明导热聚合物EVA热压紧密连接。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热一体化装置，其特征在于，所述翅片(5)上的百叶窗结构的开窗角度为27°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150923 |