CN107181458A - 一种光伏光热一体化组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏光热一体化组件，包括：水透镜结构、透明盖板、EVA胶膜、太阳能电池片、TPT背板、吸热板和换热圆管，以及设置在周围的边框；其中，多片太阳能电池片阵列排布，各行或各列水透镜结构的聚光范围宽度大于等于太阳能电池片的尺寸。该光伏光热一体化组件在传统平板式水冷光伏光热一体化组件的基础上添加水透镜结构，利用水透镜的聚光作用和冷却作用，增大了太阳能电池表面的入射辐射强度并收集了一部分会逸散到空气中的热能，在实际应用中，大大提升了光伏光热一体化组件的综合利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电技术和太阳能光热利用技术，涉尤其及一种光伏光热一体化组件。
背景技术
光伏光热一体化组件是一个可以同时输出电能和热能的双生能组件，通常是根据半导体制成的太阳能电池与太阳能吸热板对太阳光谱波长不同的吸收范围，利用二者相结合的方法，使得太阳光谱在整个波长范围内可以得到最大程度的吸收，并通过能量回收装置来有效地利用太阳能。
在传统的光伏光热一体化组件结构中，因为太阳能电池片中的热能主要产生于背面，同时出于充分利用能量的目的，一般将吸热板和换热管都布置与太阳能电池片的背侧，在正面不加布置或通过安装双层玻璃等手段提供一定的保温功能。然而，这样不但会有一部分热能从光伏光热一体化组件的正面逸散到空气中，并且使太阳能电池片的温度升高很多，致使发电效率下降超过10%，阻碍组件整体综合利用效率的提升。
聚光型的光伏光热一体化组件是利用聚光的方式来减小太阳能电池的工作面积，进而降低了系统的成本。但是，不论槽式聚光方式、复合抛物面聚光方式、平面镜反射聚光方式还是菲涅尔透镜聚光方式，结构都较为复杂，附加耗材多而价格昂贵，尤其是透镜部分，在一定程度上限制了其应用前景。
为了解决现有光伏光热一体化组件中正面的热耗散和聚光组件的价格昂贵问题，有必要对现有光伏光热一体化组件结构进行改进以提升其综合利用效率和促进其推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种光伏光热一体化组件通过优化结构以提升组件在实际工作条件下的综合能量利用率。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种光伏光热一体化组件，包括：水透镜结构、透明盖板、太阳能电池片、密封层、基板、换热管和保温层；所述太阳能电池片，置于所述密封层中；所述密封层上方紧贴所述透明盖板，所述透明盖板上方是所述水透镜结构；所述密封层下方紧贴所述基板，所述基板下方紧贴所述换热管；所述保温层包覆所述基板背面和所述换热管。
作为本发明的优选方案，所述水透镜结构由具有支撑保护作用的透明外壳和位于所述透明外壳内的具有聚光与吸热作用的工质通路组成，采用具有聚光作用的形状，聚光范围大于所述太阳能电池片边长且小于所述太阳能电池片边长的2倍。
作为本发明的优选方案，所述水透镜结构的透明外壳截面呈透镜状或半圆形状。
作为本发明的优选方案，，所述水透镜结构的透明外壳采用透光率大于0.85的材料，厚度在3mm~20mm之间。
作为本发明的优选方案，所述水透镜结构的工质层流流动，采用透光率大于0.9的流体。
作为本发明的优选方案，所述光伏光热一体化组件包括多片所述太阳能电池片和多个所述水透镜结构，多片所述太阳能电池片阵列排布，每个所述水透镜结构位于每片所述太阳能电池片上；所述水透镜结构各行或各列通路的中轴线与下方所述太阳能电池片各行或各列的中轴线位于同一竖直面内。
作为本发明的优选方案，多片所述太阳能电池片串联连接，且多片所述太阳能电池片电池片的列与列之间或行与行之间并联有二极管。
作为本发明的优选方案，所述密封层由上下两层密封胶膜组成，所述两层密封胶膜分别紧贴所述太阳能电池片的上下两面。
作为本发明的优选方案，所述基板包括背板和/或吸热板。
作为本发明的优选方案，所述换热管的排布方式为直通路或蛇形。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的光伏光热一体化组件在传统平板式水冷光伏光热一体化组件的基础上添加水透镜结构，一方面通过水透镜结构的聚光作用，提升太阳能电池表面入射辐射的强度，有利于太阳能电池片光电转换效率的提升；另一方面截面为空心半圆形的水透镜结构中间通有层流流动的换热工质水，将太阳能电池片上表面的部分热量带走，既可以在一定程度上降低太阳能电池温度而利于提高太阳能电池片光电转换效率和延长太阳能电池片使用寿命，又可以将一部分会逸散到环境中的热能收集带走，提高了组件整体的能量综合利用率。本发明中采用的水透镜结构与其它聚光型光伏光热一体化组件中的附加耗材相比结构更加简单，造价相对低廉，有利于组件的市场推广。
附图说明
图1是本发明光伏光热一体化组件结构示意简图。
图2是实施例一中光伏光热一体化组件结构的示意图。
图3是实施例二中光伏光热一体化组件结构的示意图。
具体实施方式
本发明具体实施案例提供的组件中包括：水透镜结构103、太阳能电池片102、透明盖板101、密封层107、基板108、换热管106和保温层104，以及设置在周围的边框105。
密封层107由上下两层密封胶膜组成，两层胶膜材质可以相同也可以不同，紧贴太阳能电池片，支持和保护太阳能电池片102。
基板108包括背板1081和吸热板1082。背板1081由聚氟乙烯等传统光伏组件中背板的材质制成。吸热板1082由紫铜-蓝钛等传统光热组件中吸热板的材质制成。吸热板1082可以起到背板保护太阳能电池片102的作用，在实际应用中可以省去背板1081。
换热管106紧贴于基板108背面，可以是圆形或方形等截面形状，由紫铜等传统光热组件中换热管的材质制成。其中的换热工质可以与水透镜结构103中的工质相同也可以不同。
保温层104包覆基板108背面和换热管106，由聚氨酯硬泡等传统光热组件中保温层的材料制成。
太阳能电池片102为单晶硅、多晶硅或非晶硅太阳能电池片。
下面结合附图进一步说明本发明的优选实施方式，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。
实施例一
水透镜结构103外层起支撑保护作用的玻璃管路采用石英玻璃管，厚度为3.4mm，内径为205mm，截面为半圆，中轴线与太阳能电池片102各列中轴线重合，如附图2所示。
常规的太阳能电池组件通常由60（6×10）或72（6×12）片的125mm×125mm或156mm×156mm电池组成，本实例分析采用的是156mm×156mm多晶硅电池组成的6×10片组件，其中相邻列间距52mm，同一列中相邻太阳能电池片间距2mm。密封层107包括上层EVA（Polyethylene vinyl acetate，聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物）胶膜1071和下层EVA胶膜1072。透明盖板101采用单层钢化玻璃，厚度5mm。上层EVA胶膜1071和下层EVA胶膜1072是热熔粘接胶膜。背板1081是由多层高分子薄膜经碾压粘合起来的复合膜。本实例分析中吸热板1082由紫铜-蓝钛制成。本实例分析中换热管106位于各列太阳能电池片102正下方直通路排布，紧贴吸热板1082背面。因为紫铜的耐腐蚀性和导热性都远优于铝，目前的太阳能集热器中也大多都使用紫铜管，所以在本实例分析中的换热管106采用紫铜圆管，紫铜圆管内径有15mm、20mm、25mm和32mm四种公称尺寸，这里采用25mm作为附图2中紫铜圆管的内径，管壁厚度1mm。保温层104采用聚氨酯硬泡将组件背面与环境绝热。
在实际工作条件下，本发明光伏光热一体化组件由光跟踪器控制运动，太阳能电池片102上方的水透镜结构103中与下方的换热管106中均通有层流流动的换热介质水。输出的热水可以用于生活用热水。
需要说明的是，本实例分析中提及的结构和优选材料以及太阳能电池片102的数量仅作为示例性说明，在实际应用中，对结构和材料的选用以及太阳能电池片102的数量应不仅限于此。
作为优选方案，所述多片太阳能电池片102可采用串并联连接。进一步优选的，在所述多片太阳能电池片102的列与列之间可以并联二极管，用以抵抗多片太阳能电池片102的非均匀性。
实施例二
水透镜203外层起支撑保护作用的玻璃管路采用钢化玻璃管，厚度为5mm，内径为275mm，截面为半圆，中轴线与太阳能电池片202各行中轴线重合，如附图3所示。
密封层207包括上层EVA胶膜2071和下层EVA胶膜2072。基板208包括背板2081和吸热板2082。透明盖板201采用单层钢化玻璃，厚度5mm。上层EVA胶膜2071和下层EVA胶膜2072是热熔粘接胶膜。背板2081是由多层高分子薄膜经碾压粘合起来的复合膜。本实例分析中吸热板2082由紫铜-蓝钛制成。本实例分析中换热管206位于各行太阳能电池片202正下方直通路排布，紧贴吸热板2082背面。换热管206采用紫铜圆管，这里采用25mm作为附图2中紫铜圆管的内径，管壁厚度1mm。保温层204采用聚氨酯硬泡将组件背面与环境绝热。
在实际工作条件下，本发明光伏光热一体化组件由光跟踪器控制运动，太阳能电池片202上方的水透镜结构203中与下方的换热管206中均通有层流流动的换热介质水。输出的热水可以用于生活用热水。
需要说明的是，本实例分析中提及的密封层207和优选材料以及太阳能电池片202的数量仅作为示例性说明，在实际应用中，对密封层207和材料的选用以及太阳能电池片202的数量应不仅限于此。
作为优选方案，所述多片太阳能电池片202可采用串并联连接。进一步优选的，在所述多片太阳能电池片202的列与列之间可以并联二极管，用以抵抗多片太阳能电池片202的非均匀性。
上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.一种光伏光热一体化组件，其特征在于，包括：水透镜结构、透明盖板、太阳能电池片、密封层、基板、换热管和保温层；所述太阳能电池片，置于所述密封层中；所述密封层上方紧贴所述透明盖板，所述透明盖板上方是所述水透镜结构；所述密封层下方紧贴所述基板，所述基板下方紧贴所述换热管；所述保温层包覆所述基板背面和所述换热管。
2.根据权利要求1所述的光伏光热一体化组件，其特征在于，所述水透镜结构由具有支撑保护作用的透明外壳和位于所述透明外壳内的具有聚光与吸热作用的工质通路组成，采用具有聚光作用的形状，聚光范围大于所述太阳能电池片边长且小于所述太阳能电池片边长的2倍。
3.根据权利要求2所述的光伏光热一体化组件，其特征在于，所述水透镜结构的透明外壳截面呈透镜状或半圆形状。
4.根据权利要求2所述的光伏光热一体化组件，其特征在于，所述水透镜结构的透明外壳采用透光率大于0.85的材料，厚度在3mm~20mm之间。
5.根据权利要求2所述的光伏光热一体化组件，其特征在于，所述水透镜结构的工质层流流动，采用透光率大于0.9的流体。
6.根据权利要求1所述的光伏光热一体化组件，其特征在于，所述光伏光热一体化组件包括多片所述太阳能电池片和多个所述水透镜结构，多片所述太阳能电池片阵列排布，每个所述水透镜结构位于每片所述太阳能电池片上；所述水透镜结构各行或各列通路的中轴线与下方所述太阳能电池片各行或各列的中轴线位于同一竖直面内。
7.根据权利6所述的光伏光热一体化组件，其特征在于，多片所述太阳能电池片串联连接，且多片所述太阳能电池片电池片的列与列之间或行与行之间并联有二极管。
8.根据权利要求1所述的光伏光热一体化组件，其特征在于，所述密封层由上下两层密封胶膜组成，所述两层密封胶膜分别紧贴所述太阳能电池片的上下两面。
9.根据权利要求1所述的光伏光热一体化组件，其特征在于，所述基板包括背板和/或吸热板。
10.根据权利要求1所述的光伏光热一体化组件，其特征在于，所述换热管的排布方式为直通路或蛇形。
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