CN105245184A - 具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源利用技术领域，特别涉及一种具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，包括顶面敞口的箱体、集热板、铜管、集管和光伏电池，集热板设置于箱体内，集热板和箱体的底部之间的空腔形成空气流道，集热板的靠近箱体的底部的一侧设置有铜管，铜管的两端分别与集管连通，其中一根集管的一端伸出于箱体之外形成进水口，另一根集管的一端伸出于箱体之外形成出水口，集热板的远离箱体的底部的一侧设置有光伏电池，箱体的顶面敞口处覆盖有全波段高透过率材料膜，通过将玻璃盖板替换为全波段高透过率材料膜，并在集热板背面增设空气流道，可实现系统在白天进行太阳能发电和集热制取热水或热空气，在夜间进行辐射制冷制取冷水或冷空气。

Description

具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，特别涉及一种具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置。

背景技术

目前，太阳能光伏电池组件的光电转换效率仍然较低，且随着温度的升高，光伏电池的光电转换效率也会下降，从而无法做到对太阳能的充分利用。

近年来，太阳能光伏光热综合利用（PV/T）技术因其良好的太阳能光伏光热综合利用效率而受到广泛的关注和研究。PV/T系统有效提高了单位面积的光伏光热综合利用效率；另一方面，温度较低的传热工质流经集热板带走热量，降低了集热板和光伏电池的温度，从而提高了光电效率，同时传热工质吸收的热能也可以加以利用，从而可以更大的提高太阳能的利用率。目前PV/T系统的传热工质主要有空气和水两种。现有技术中，太阳能光伏光热综合利用装置的顶面敞口处设置为玻璃盖板。

国内外学者对辐射制冷技术的研究开始于20世纪70年代。所谓辐射制冷是指地面上的物体通过“大气窗口”之一的8μm~13μm波段与温度很低的外太空进行辐射换热从而达到一定的制冷效果的被动制冷方式。辐射制冷具有零耗能、零污染、无运动部件等优点，对建筑物空调降温节能和环境保护具有积极意义。

虽然太阳能光伏光热综合利用技术已经比较成熟，但是由于受到昼夜更迭的影响，PV/T系统在夜间处于闲置状态，这大大降低了其使用效率；另一方面，辐射制冷也存在功率不够大导致装置成本较高，且辐射制冷装置在白天很难实现制冷效果等缺陷，由于PV/T系统和辐射制冷装置常布置于面积有限的建筑物屋顶，这也大大降低了屋顶单位面积的利用效率。

有鉴于此，确有必要提供一种具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其能够结合PV/T系统和辐射制冷装置各自的优点，从而弥补PV/T系统和辐射制冷装置各自的局限性，可实现在白天进行太阳能发电和集热制取热水或热空气，在夜间进行辐射制冷制取冷水或冷空气。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其能够结合PV/T系统和辐射制冷装置各自的优点，从而弥补PV/T系统和辐射制冷装置各自的局限性，可实现在白天进行太阳能发电和集热制取热水或热空气，在夜间进行辐射制冷制取冷水或冷空气。

为了实现上述目的，本发明所采用如下技术方案：

具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，包括顶面敞口的箱体、集热板、铜管、集管和光伏电池，所述集热板设置于所述箱体内，所述集热板和所述箱体的底部之间的空腔形成空气流道，所述空气流道的两端分别设置为进风口和出风口，所述进风口和所述出风口均设置于所述箱体的侧壁上，所述集热板的靠近所述箱体的底部的一侧设置有铜管，所述铜管的两端分别与集管连通，其中一根所述集管的一端伸出于所述箱体之外形成进水口，另一根所述集管的一端伸出于所述箱体之外形成出水口，所述集热板的远离所述箱体的底部的一侧设置有光伏电池，所述箱体的顶面敞口处覆盖有全波段高透过率材料膜。

作为本发明具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置的一种改进，所述全波段高透过率材料膜设置为聚乙烯薄膜，其在0～25μm波段内的透过率大于80%，其在0.2μm~3μm的太阳辐射波段和8μm~13μm的大气窗口波段内的透过率均为85～90%。

作为本发明具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置的一种改进，所述集热板为层压有黑色TPT层的阳极氧化铝板，其在0.2μm～25μm波段内的吸收率和发射率均大于85%。

作为本发明具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置的一种改进，所述黑色TPT层包括内层PVDF层、PET中间层和外层PVDF保护层。外层PVDF保护层具有良好的抗环境侵蚀能力，PET中间层具有良好的绝缘性能，内层PVDF层具有良好的粘接性能。

作为本发明具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置的一种改进，所述光伏电池由透明TPT材料封装，并且所述光伏电池通过EVA胶粘接在所述集热板上。

作为本发明具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置的一种改进，所述透明TPT材料包括内层PVDF层、PET中间层和外层PVDF保护层。

作为本发明具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置的一种改进，所述透明TPT材料在0.2μm～3μm的太阳辐射波段内的透过率大于85%，在8μm～13μm的大气窗口波段内的发射率大于80%。

作为本发明具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置的一种改进，所述光伏电池为单晶硅光伏电池或多晶硅光伏电池或非晶硅光伏电池。

作为本发明具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置的一种改进，所述箱体的内侧底面和内侧壁均设置有保温层。

作为本发明具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置的一种改进，所述集热板平行于所述箱体的底部设置，所述铜管通过焊接均布于所述集热板的靠近所述箱体的底部的一侧，所述光伏电池均布于所述集热板的远离所述箱体的底部的一侧，所述铜管设置为若干根。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

第一，通过增设全波段高透过率材料膜，其在0.2μm~3μm的太阳辐射波段和8μm~13μm的大气窗口波段内的透过率达到85%～90%，这样既能在白天使大部分太阳辐射透过全波段高透过率材料膜投射到光伏电池和集热板上，又能在夜间使光伏电池和集热板辐射的热量有效地透过全波段高透过率材料膜散发到大气层和外太空中。此外，全波段高透过率材料膜的存在还能有效地减少集热板与外界环境间的对流换热。

第二，集热板正面（远离箱体的底部的一面）层压有黑色TPT，其在0.2μm~25μm波段内的吸收率和发射率均大于85%，这种特性使得在白天绝大部分投射到集热板上的太阳辐射被吸收而转换成热能，而在夜间利用其高发射率向大气层和外太空辐射热量进行制冷；黑色TPT表面的部分面积层压有光伏电池，光伏电池由透明TPT封装，其中透明TPT在0.2μm~3μm的太阳辐射波段内的透过率大于85%，在8μm~13μm的大气窗口波段内的发射率大于80%，这种特性使得在白天绝大部分太阳辐射可以透过透明TPT后投射到光伏电池上被吸收而转换成电能和热能，而在夜间利用其在8μm~13μm的大气窗口波段内的高发射率向外太空辐射热量进行制冷。

第三，集热板背面（靠近箱体的底部的一面）焊接有铜管，在白天制取热水模式时，循环水通过其中（铜管）带走集热板吸收的太阳辐射热能后被加热，进入保温水箱；在夜间制取冷水模式时，循环水通过其中（铜管）并向集热板传递热量后被冷却，进入保温水箱。

第四，在集热板和箱体底部及侧面的保温材料之间的空腔形成空气流道，在白天制取热空气模式时，冷空气从进风口进入空气流道吸收集热板吸收的太阳辐射热能后被加热，成为热空气后从出风口流出，用于房间供暖或物品干燥等；在夜间制取冷空气模式时，热空气从进风口进入空气流道向集热板传递热量后被冷却，成为冷空气后从出风口流出，用于房间供冷或蔬果保鲜等。

综上所述，本发明通过将玻璃盖板替换为全波段高透过率材料膜，并在集热板背面增设空气流道，使得本发明既能在白天进行光伏发电的同时制取热水或热空气，又能在夜间制取冷水或冷空气，有效地解决了传统的PV/T系统只能在白天发电和制热而在夜间闲置、辐射制冷装置只能在夜间进行制冷而在白天闲置的局限性，克服了昼夜更迭和季节变化对装置利用率的影响，拓宽了太阳能集热技术和辐射制冷技术的应用领域，具有极大的推广价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的局部放大图。

图3为图1的横截面剖视图。

其中：

1-进水口；

2-出水口；

3-进风口；

4-出风口；

5-铜管；

6-集管；

7-箱体；

8-全波段高透过率材料膜；

9-集热板；

10-光伏电池；

11-空气流道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例1

如图1至3所示，本发明提供的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，包括顶面敞口的箱体7，箱体7的内侧底面和内侧壁均为保温材料；箱体7内的中部位置设有平行于箱体7的底面的集热板9，集热板9为层压有黑色TPT层的阳极氧化铝板，其在0.2μm～25μm波段内的吸收率和发射率均大于85%，该黑色TPT层包括内层PVDF层、PET中间层和外层PVDF保护层。本实施例中，黑色TPT层层压在集热板9的正面（远离箱体1的底部的一面）；集热板9的靠近箱体7的底部的一侧和箱体1之间的空腔形成空气流道11，空气流道11的一端为进风口3，另一端为出风口4，进风口3和出风口4分别设置于箱体7的侧壁上；集热板9的靠近箱体7的底部的一侧上均布排列焊接有一组铜管5，每根铜管5的两端分别连通着集管6，两根集管6中，其中一根集管6的一端伸出于箱体7之外形成进水口1，另一根集管6的一端伸出于箱体7之外形成出水口2；集热板9的远离箱体7的底部的一侧层压有均匀排布的光伏电池10，本实施例中，光伏电池10层压在黑色TPT层上，光伏电池10为单晶硅光伏电池，光伏电池10由透明TPT封装并通过EVA胶与集热板9粘接；集热板9上方的箱体的顶面敞口处设有全波段高透过率材料膜8。

本实施例中，全波段高透过率材料膜8设置为聚乙烯薄膜，其在0～25μm波段内的透过率大于80%，其在0.2μm~3μm的太阳辐射波段和8μm~13μm的大气窗口波段内的透过率均为85～90%。透明TPT材料包括内层PVDF层、PET中间层和外层PVDF保护层。并且透明TPT材料在0.2μm～3μm的太阳辐射波段内的透过率大于85%，在8μm～13μm的大气窗口波段内的发射率大于80%。

在白天制取热水模式时，进风口3和出风口4关闭，进水口1和出水口2开通，保温水箱中的冷水由进水口1流入，经集热板9背面（靠近箱体1的底部的一面）的铜管5带走集热板9所吸收的由太阳辐射能转化成的热量，再由出水口2流入保温水箱内，完成一个循环。与此同时，光伏电池10吸收部分太阳辐射进行光伏发电并输出电能。

在白天制取热空气模式时，进水口1和出水口2关闭，进风口3和出风口4开通，冷空气由进风口3进入空气流道11，在空气流道11内吸收集热板9带走集热板9所吸收的由太阳辐射能转化成的热量后变成热空气，然后由出风口4流出，得到的热空气可用于房间供暖或物品的干燥等。与此同时，光伏电池10吸收部分太阳辐射进行光伏发电并输出电能。

在夜间制取冷水模式时，进风口3和出风口4关闭，进水口1和出水口2开通，保温水箱中的热水由进水口1流入，经集热板9背面的铜管5将热量传递给集热板9后冷却，再由出水口2流入保温水箱内，完成一个循环；集热板9和光伏电池10通过辐射制冷的方式将热量辐射至大气层和外太空。

在夜间制取冷空气模式时，进水口1和出水口2关闭，进风口3和出风口4开通，热空气由进风口3进入空气流道11，在空气流道11内将热量传递给集热板9后变成冷空气，被冷却后的空气由出风口4流出，得到的冷空气可用于房间供冷或蔬果保鲜等；集热板9和光伏电池10通过辐射制冷的方式将热量辐射至大气层和外太空。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中的伏电池10为多晶硅光伏电池，其余同实施例1，这里不再赘述。

实施例3

与实施例1不同的是，本实施例中的伏电池10为非晶硅光伏电池，其余同实施例1，这里不再赘述。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：包括顶面敞口的箱体、集热板、铜管、集管和光伏电池，所述集热板设置于所述箱体内，所述集热板和所述箱体的底部之间的空腔形成空气流道，所述空气流道的两端分别设置为进风口和出风口，所述进风口和所述出风口均设置于所述箱体的侧壁上，所述集热板的靠近所述箱体的底部的一侧设置有铜管，所述铜管的两端分别与集管连通，其中一根所述集管的一端伸出于所述箱体之外形成进水口，另一根所述集管的一端伸出于所述箱体之外形成出水口，所述集热板的远离所述箱体的底部的一侧设置有光伏电池，所述箱体的顶面敞口处覆盖有全波段高透过率材料膜。

2.根据权利要求1所述的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述全波段高透过率材料膜设置为聚乙烯薄膜，其在0～25μm波段内的透过率大于80%，其在0.2μm~3μm的太阳辐射波段和8μm~13μm的大气窗口波段内的透过率均为85～90%。

3.根据权利要求1所述的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述集热板为层压有黑色TPT层的阳极氧化铝板，其在0.2μm～25μm波段内的吸收率和发射率均大于85%。

4.根据权利要求3所述的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述黑色TPT层包括内层PVDF层、PET中间层和外层PVDF保护层。

5.根据权利要求1所述的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述光伏电池由透明TPT材料封装，并且所述光伏电池通过EVA胶粘接在所述集热板上。

6.根据权利要求5所述的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述透明TPT材料包括内层PVDF层、PET中间层和外层PVDF保护层。

7.根据权利要求5所述的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述透明TPT材料在0.2μm～3μm的太阳辐射波段内的透过率大于85%，在8μm～13μm的大气窗口波段内的发射率大于80%。

8.根据权利要求1所述的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述光伏电池为单晶硅光伏电池或多晶硅光伏电池或非晶硅光伏电池。

9.根据权利要求1所述的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述箱体的内侧底面和内侧壁均设置有保温层。

10.根据权利要求1所述的具有夜间辐射制冷功能的平板型光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述集热板平行于所述箱体的底部设置，所述铜管通过焊接均布于所述集热板的靠近所述箱体的底部的一侧，所述光伏电池均布于所述集热板的远离所述箱体的底部的一侧，所述铜管设置为若干根。