CN105484396A - 一种染料敏化太阳能电池小型孤网型幕墙系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种染料敏化太阳能电池小型孤网型幕墙系统，包括：将吸收的光能转换为电能的染料敏化太阳能电池组件；带有最大功率追踪点功能的太阳能控制器，所述太阳能控制器配置为追踪到所述染料敏化太阳能电池组件的最大功率点并以所述最大功率点输出电能；存储所述太阳能控制器输出的电能的储能单元；由所述太阳能控制器或所述储能单元供电的负载。本发明的系统不受安装朝向、入射光强度及角度以及是否有遮挡影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池孤网式幕墙发电系统，特别涉及一种利用染料敏化太阳能电池组件，在多种光线条件下都能够独立运行的小型孤网型太阳能电池发电系统。
背景技术
染料敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池，利用低成本的纳米二氧化钛和光敏染料为主要原料，模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用，将太阳能转化为电能。与传统太阳能电池相比，其最大的优势在于其制作工艺简单、原材料丰富，不需昂贵的设备和高洁净度的厂房设施，同时制作过程环保无污染。
太阳能电池孤网式发电系统是一种能够独立运行的太阳能电池发电系统，将之安装在屋顶或者幕墙上，利用太阳能电池将光能转换为电能以满足不同情况下的使用需求。系统完整的包括了电能采集、传导、储存以及负载，可以在一定条件下独立运行，不受电网等因素的影响，将采集到的太阳能供给负载使用。
但是，太阳能电池孤网式发电系统安装中，出于对太阳能电池发电效率的影响的考虑，对太阳能电池组件的安装朝向要求比较高，比如说必须安装在正南方向或者以一定的倾角安装在正南方向，而染料敏化太阳能电池工作时对光线的入射角度及强度的适应性更强，也可以在弱光下工作，这就拓宽了染料敏化太阳能电池系统在使用方面的限制，使之可以在更多的条件下使用，比如说在日照较弱的地方或者朝向不是偏向正南的地方，以及有光线遮挡的地方。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种不受安装朝向、入射光强度及角度以及是否有遮挡影响的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统。
为了解决上述技术问题，本发明的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统包括：将吸收的光能转换为电能的染料敏化太阳能电池组件；带有最大功率追踪点功能的太阳能控制器，所述太阳能控制器配置为追踪到所述染料敏化太阳能电池组件的最大功率点并以所述最大功率点输出电能；存储所述太阳能控制器输出的电能的储能单元；由所述太阳能控制器或所述储能单元供电的负载。
根据本发明，该幕墙系统由染料敏化太阳能电池幕墙组件、带有MPPT追踪功能的太阳能控制器、储能单元以及负载组成。染料敏化太阳能电池幕墙组件将吸收的光能转换为电能，经过带有MPPT功能的太阳能控制器后追踪到太阳能电池的最大功率点、并以最大功率点输出向储能电池充电。该储能电池将在需要时向负载供电，进而完成光伏电能的产生、存储与使用。
本发明采用的是染料敏化太阳能电池作为光电转换组件，与硅太阳能电池相比，在较弱的光线下有更高的光电转换效率，更加适合于弱光条件或者光照条件不好的情况下使用。那么用在光伏幕墙发电系统之中后，便可以克服一些幕墙安装朝向以及光照条件等一些对于光伏系统运行不利因素的影响，尽可能多的利用光能转化为电能。
又，在本发明中，所述染料敏化太阳能电池组件包括单玻染料敏化太阳能电池组件，或者双玻染料敏化太阳能电池组件。
又，在本发明中，所述染料敏化太阳能电池组件包括单面含有太阳能电池的组件，或者双面含有太阳能电池的组件。
又，在本发明中，所述储能单元为储能电池，包括锂电池、胶体铅酸电池、或纳硫电池。
又，在本发明中，所述染料敏化太阳能电池组件安装在室外，或者安装在室内。
又，在本发明中，所述染料敏化太阳能电池组件作为窗安装在墙体之内，或者作为幕墙安装在墙体之上。
又，在本发明中，所述染料敏化太阳能电池组件安装在室外时安装在任意朝向，且安装在阳光无遮挡的地方或安装在阳光有遮挡的地方。
根据本发明，染料敏化太阳能电池组件安装在室外时既可以安装在朝向正南方向，也可以安装在其他任意朝向；既可以安装在阳光无遮挡的地方，也可以安装在阳光有遮挡的地方。
又，在本发明中，所述负载包括灯。
根据本发明，该负载可以使灯，尤其是节能灯，但也可以是其他类型负载，例如各类电子产品等。
根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目的、特征和优点。
附图说明
图1为根据本发明一实施形态的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统的结构示意图；
图2为图1所示染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统中的染料敏化太阳能电池组件的示意性结构剖面图；
图3为图1所示染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统中的太阳能控制器的结构示意图；
图4为2所示染料敏化太阳能电池组件的染料敏化太阳能电池安装示意图；
符号说明
11、染料敏化太阳能电池组件；12、太阳能控制器；
13、光伏幕墙；14、蓄电池；15、节能灯；
1101、太阳能电池边框；1102、太阳能电池边框密封胶；
1103、太阳能电池面板；1104、太阳能电池填充材料；
1105、太阳能电池背板；1106、染料敏化太阳能电池单元；
1107、太阳能电池汇流带；1108、太阳能电池引线；
1201、太阳能控制器显示屏；1202、模式调节按钮；
1203、太阳能电池正极输入；1204、太阳能电池负极输入；
1205、蓄电池正极输出；1206、蓄电池负极输出；
1207、负载正极输出；1208、负载负极输出；
1301、幕墙安装边框；1302、组件间密封胶。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统包括：将吸收的光能转换为电能的染料敏化太阳能电池组件；带有最大功率追踪点功能的太阳能控制器，所述太阳能控制器配置为追踪到所述染料敏化太阳能电池组件的最大功率点并以所述最大功率点输出电能；存储所述太阳能控制器输出的电能的储能单元；由所述太阳能控制器或所述储能单元供电的负载。
太阳能电池组件是太阳能发电系统中最重要的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或在蓄电池中存储备用，或直接带动负载工作。它应具有使用寿命长、机械抗压外力、光电转换效率高、可靠性高等特点。太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
出于对染料敏化太阳能电池的特性、发电性能及安全性的考虑，目前染料敏化太阳电池单元并不能够直使用。在室外的大规模应用中，还必须将若干单体电池串、并联连接和采用一定的方式封装成组件，既满足系统对电压电流的需求，也能满足安全性能的要求。
目前，染料敏化太阳能电池组件是由染料敏化太阳能电池单元、超白布纹钢化玻璃、EVA胶、透明TPT背板、接线盒以及铝合金边框组成，目前染料敏化太阳能电池组件主要是采用成熟的层压方法制备，组件中不同的部分有着不同的功能：
1）钢化玻璃：其作用为保护发电主体（电池片），透光率的选用是有要求的：
a）透光率必须高（一般91%以上）；
b）超白钢化处理。
2）EVA：用来粘结固定钢化玻璃和电池单元与背板等，EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，EVA的老化发黄，透光率，都影响组件的发电质量安全性和寿命。EVA本身的质量外，层压工艺影响也是非常大的，如EVA胶黏度不达标，EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够，都会引起EVA提早老化，影响组件寿命。
3）染料敏化太阳能电池单元：主要作用就是发电，光电转换效率高、老化性能好、结构安全的电池单元比较适合发电系统。尤其是其弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，相应的延长了每天电池的有效工作时间。
4）背板：作用是密封、绝缘、防水（一般都用TPT、TPE等），它的材质必须耐老化，它直接影响着组件的寿命。
5）铝合金边框：保护层压件，起一定的密封、支撑作用
6）接线盒：保护整个发电系统，起到电流中转站的作用。如果组件短路，接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统，接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同。
7）硅胶：密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处。目前也有使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，我国国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。
太阳能控制器是控制太阳能电池输出与存储的重要器件，其中最大功率追踪点（MPPT）的算法对于更好的发挥利用太阳能电池组件产生的电能也起着至关重要的作用。对于染料敏化太阳能电池发电系统来讲，染料敏化太阳能电池有着自己特有的发电特性，所以，对于此系统中的太阳能控制器，既可以采用具有传统算法的太阳能控制器，也可以采用根据染料敏化太阳能电池组件发电特性而重新编辑MPPT算法的太阳能控制器。
在本发明中，采用了染料敏化太阳能电池组件，将其以光伏幕墙的形式安装在建筑之上，在安装地点的选择以及朝向方面，并没有根据一般太阳能电池的特点对朝向有着过高的要求，而是根据建筑物的实际情况、并不过多的考虑朝向及光照情况而建成了一个孤网型太阳能电池发电系统。系统中利用了传统的太阳能控制器以及储能单元，可以将太阳能产生的电力供给负载使用。
为让本发明之上述与其它目的、特征和优点变得更明显易懂，现将配合参照附图详加说明于下。须注意的是，所述实施例仅为举例说明本发明，而非限定本发明之精神与范围，本领域技术人员可进行修改而得等效实施例。
实施例1
准备染料敏化太阳能电池组件11，电池组件由45片染料敏化太阳能电池单元串联而成的双玻组件，组件单元的标准参数如下：
开路电压（Uoc）：31V；
工作电压（Um）：23V；
短路电流（Isc）；1.4A；
工作电流（Im）：1.1A；
最大输出功率（Pmax）：27W；
工作温度：-40℃~+85℃；
功率偏差：±3%。
如图2所示，该染料敏化太阳能电池组件11包括染料敏化太阳能电池单元1106、超白布纹钢化玻璃1106、EVA1102、透明TPT背板1105、接线盒以及铝合金边框1101等组成。
将染料敏化太阳能电池组件11以幕墙玻璃形式安装在建筑物外立面中，如图3所示，将染料敏化太阳能电池组件11安装在幕墙安装边框1301，且相邻组件通过组件间密封胶1302密封。然后将组件以两串三并的形式连入太阳能控制器12，太阳能控制器12控制着太阳能电池对蓄电池14的输出以及蓄电池14对负载15的供电输出。在本实施例中，蓄电池14可为胶体铅酸电池。即、本实施例的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统中电能储存在200Ah的胶体铅酸电池中。
如图3所示，该太阳能控制器12可包括1201、太阳能控制器显示屏；1202、模式调节按钮；1203、太阳能电池正极输入；1204、太阳能电池负极输入；1205、蓄电池正极输出；1206、蓄电池负极输出；1207、负载正极输出；1208、负载负极输出。
本实施例中负载15选择的是两盏32w的节能灯，每日根据实际运行情况，可以设置两盏灯天黑之后开启3小时，天亮后开启3小时，每天共计运行6小时这样的运行模式，基本上可以满足室内正常的照明需求。
在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。
Claims (8)
1.一种染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统，其特征在于，包括：
将吸收的光能转换为电能的染料敏化太阳能电池组件；
带有最大功率追踪点功能的太阳能控制器，所述太阳能控制器配置为追踪到所述染料敏化太阳能电池组件的最大功率点并以所述最大功率点输出电能；
存储所述太阳能控制器输出的电能的储能单元；
由所述太阳能控制器或所述储能单元供电的负载。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池组件包括单玻染料敏化太阳能电池组件，或者双玻染料敏化太阳能电池组件。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池组件包括单面含有太阳能电池的组件，或者双面含有太阳能电池的组件。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池组件安装在室外，或者安装在室内。
5.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统，其特征在于，所述储能单元为储能电池，包括锂电池、胶体铅酸电池、或纳硫电池。
6.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池组件作为窗安装在墙体之内，或者作为幕墙安装在墙体之上。
7.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池组件安装在室外时安装在任意朝向，且安装在阳光无遮挡的地方或安装在阳光有遮挡的地方。
8.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池孤网型幕墙系统，其特征在于，所述负载包括灯。
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