CN107388602A - 一种光伏光热一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏光热一体化装置,包括光伏模块、温控箱、预热水储水箱和太阳能热水器;其中,光伏模块包括光伏电池和水流通道,水流通道的进水口与外界自来水管路连通,水流通道的出水口连通温控箱,温控箱通过虹吸管与预热水储水箱连通;预热水储水箱底部设有冷水进口和冷水出口,预热水储水箱冷水出口通过出水管路与太阳能热水器连通,预热水储水箱冷水入口连通外界自来水管路;太阳能热水器底部安装有热水出水管道。本发明光伏光热一体化装置利用自来水冷却光伏电池,一方面提高了光伏电池的发电效率,另一方面也有效回收利用了光伏电池的热能,将升温的冷却水储存,使用时通入太阳能热水器,利用了废热,减少了加热时间,实现了节能。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏光热一体化装置,属于新能源技术领域。
背景技术
太阳能利用技术一般分为两种:太阳能集热技术和太阳能发电技术。太阳能集热技术可实现太阳辐射的高效吸收,通过流体将热量收集起来,进一步实现供热或做功。而太阳能发电技术则是将太阳辐射转化为电能的技术。其中,已经成熟并正在逐步步入商业应用的是太阳能光伏发电技术。
目前,太阳能光伏发电发展受限制的主要因素是太阳能电池发电效率低,太阳能发电成本高。光伏标准条件下硅电池的转换效率约为12%~17%,而实际应用中,太阳能电池的发电效率要低很多,仅有10%~15%。然而实验室中硅太阳能电池的最大效率可以高达31%左右,产生这种现象的原因是太阳能电池的发电效率与温度有着密切的关系,温度每上升1℃,太阳能电池的最大输出功率降低0.3%~0.5%。
为了克服这些缺点,光伏光热一体化系统应运而生。通过这一技术,太阳能可以在同一装置内同时转化为电能和热能。太阳能电池将一部分的太阳能辐射转化为电能,而另外未转化的辐射使得电池内部产生了大量的废热,将电池内产生的废热导出加以利用,大大提高了太阳能电池的效率,而且有效地利用了热能。
目前,光伏光热一体化系统多采用电子控制装置,成本较高,系统复杂,需要专业人员调试维护。因此一种利用纯机械自动控温的光伏光热一体化装置的开发很有必要。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏光热一体化装置,该装置在利用太阳能产生电能和生活热水的同时,还有效回收利用了光伏电池产生的废热,一方面提高了能量利用效率,另一方面也使光伏电池能够保持高的发电效率。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:
一种光伏光热一体化装置,包括光伏模块、温控箱、预热水储水箱和太阳能热水器;其中,光伏模块纵向上依次由玻璃盖板、光伏电池、水流通道、保温层和铝合金底板组成,水流通道的进水口通过进水管路与外界自来水管路连通,进水管道上设有第一浮球阀,水流通道的出水口连通温控箱,第一浮球阀的浮球位于温控箱内,温控箱底部固定安装有多个密封的膨胀气囊,温控箱内还设有虹吸管,虹吸管的入口低于水流通道的出水口,虹吸管的出口从预热水储水箱顶部伸入预热水储水箱中,预热水储水箱与温控箱还通过旁通管连通;预热水储水箱底部设有冷水进口和冷水出口,预热水储水箱冷水出口通过出水管路与太阳能热水器连通,出水管路上设有第二浮球阀,第二浮球阀的浮球位于太阳能热水器中,预热水储水箱冷水入口连通外界自来水管路;太阳能热水器底部安装有热水出水管道,热水出水管道上设有热水出水闸阀。
其中,所述光伏模块中的玻璃盖板与光伏电池之间留有空气层。
其中,所述温控箱呈凸字型。
其中,所述膨胀气囊由支撑件内肋片铜管和硅胶气球组成,内肋片铜管为两端开口的通管结构,内肋片铜管底部固定在换热箱底板上,内肋片铜管顶端与硅胶气球固定连接,且内肋片铜管与硅胶气球相互连通形成密封空间。
其中,所述膨胀气囊内填充有空气或乙醇溶液。
其中,所述预热水储水箱外包裹有水箱保温层。
其中,所述光伏模块的保温层和铝合金底板同时也构成了温控箱的底部结构。
与现有技术相比,本发明技术方案具有的有益效果为:
本发明光伏光热一体化装置通过在光伏电池下方设置水流通道,利用自来水冷却高温的光伏电池,大大提高了光伏电池的发电效率,使得太阳能发电的实用性有明显提高;并且将冷却光伏电池的预热水存入储水箱中,使用时通入太阳能热水器,在有效利用光伏发电过程中产生废热同时,也减少了太阳能热水器加热水的时间,从而提高了太阳能的利用效率。
附图说明
图1为本发明光伏光热一体化装置的结构示意图;
图2为本发明光伏光热一体化装置局部结构示意图;
图3为本发明光伏光热一体化装置中膨胀气囊的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明,但是本发明要求保护的范围并不局限于此。
如图1~2所示,本发明光伏光热一体化装置,包括光伏模块1、温控箱8、预热水储水箱12和太阳能热水器15;其中,光伏模块1纵向上依次由玻璃盖板2、光伏电池3、水流通道4、保温层5和铝合金底板6组成,光伏模块1中的玻璃盖板2与光伏电池3之间留有空气层,光伏模块1的保温层5和铝合金底板6同时也构成了温控箱8的底部结构;水流通道4的进水口通过进水管路与外界自来水管路连通,进水管道上设有第一浮球阀7,水流通道4的出水口连通温控箱8,第一浮球阀7的浮球位于温控箱8内,温控箱8底部固定安装有多个密封的膨胀气囊9,膨胀气囊9内填充有空气或乙醇溶液,利用气囊11在温度变化时体积显著变化的(膨胀系数大)特点,解决了液体温度变化时体积变化不显著,无法借以实现温度变化来控制液位的问题,温控箱8内还设有虹吸管10,虹吸管10的入口低于水流通道4的出水口,预热水储水箱12位于温控箱8的下方,虹吸管10的出口从预热水储水箱12顶部伸入预热水储水箱12中,预热水储水箱12还通过旁通管11与温控箱8连通;预热水储水箱12底部设有冷水进口和冷水出口,预热水储水箱12外还包裹有水箱保温层13,预热水储水箱12冷水出口通过出水管路与太阳能热水器15连通,出水管路上设有第二浮球阀16,第二浮球阀16的浮球位于太阳能热水器15中,预热水储水箱12冷水入口通过冷水入水管路连通外界自来水管路,冷水入水管路上设有冷水进水闸阀14;太阳能热水器15底部安装有热水出水管道,热水出水管道上设有热水出水闸阀17。
本发明光伏光热一体化装置中温控箱8呈凸字型,凸字型结构能够使箱体内顶部的液位随着温度变化更为明显,从而使液位控制更为有效。
如图3所示,本发明光伏光热一体化装置中膨胀气囊9由支撑件内肋片铜管91和硅胶气球92组成,内肋片铜管91为两端开口的通管结构,内肋片铜管91底部固定在温控箱8底部,内肋片铜管91顶端与硅胶气球92固定连接,且内肋片铜管91与硅胶气球92相互连通形成密封空间。通过内肋片铜管91的及时换热,可有效使得热水对膨胀气囊9内的空气或者乙醇溶液进行加热或冷却,增加传热速度,促进其热涨冷缩过程的快速有效性。
本发明光伏光热一体化装置工作流程如下:
当用户需要使用热水时,打开闸阀17,太阳能热水器15中的热水从热水出水管道中流出,从而太阳能热水器15中的液位下降,当液位下降至太阳能热水器15水箱中的d位置时,第二浮球阀16开启,自来水通过预热水储水箱12进入太阳能热水器15中,当太阳能热水器15中液位上升至c位置时,第二浮球阀16关闭,停止往太阳能热水器15中注水。
光伏电池3将一部分太阳辐射转化为电能,另一部分转化为自身内能(热能)。自来水从水流通道4穿过能够冷却光伏电池3,带走光伏电池3产生的热量,温控箱8中的液面不断升高,当液面到达凸字型容器上端时,横截面变小,液面升高速度变快,直到液面到达箱体中的a点位置,关闭第一浮球阀7,停止往温控箱8中进水。
冷却水在水流通道4中吸收光伏电池3产生的热量,使温控箱8中的水温度不断升高,水温升高后导致膨胀气囊9中的气体受热膨胀,从而使温控箱8中液面继续升高,当膨胀气囊9的膨胀体积刚好使得液位上升漫过虹吸管10的弯曲部分时,发生虹吸作用,虹吸作用使温控箱8中的冷却水流出至预热水储水箱12中,直到温控箱8中的液面下降至虹吸管10的入口高度,即液面到达箱体中的b点位置,此时第一浮球阀7开启,自来水重新通过水流通道进入温控箱8中,直到温控箱8中液面再次到达箱体中的a点位置,第一浮球阀7关闭,停止进水;此时,温度较低的自来水一方面重新冷却光伏电池3,同时也使膨胀气囊9缓慢收缩;温控箱8顶部与预热水储水箱12顶部通过旁通管11连接,用以平衡气压,使预热水可以顺利流下。采用虹吸管10更新水流通道4里的冷却水,利用虹吸作用使得冷却水无需外力自动流入预热水储水箱12,省去了动力装置与控制装置,提高了装置可靠性和经济性。
预热水储水箱12底部一侧连通自来水入口,底部另一侧与太阳能热水器15的顶部通过管路连通,可利用自来水水压把预热水储水箱12中的水压入太阳能热水器15中,由于进出口均设在预热水储水箱12的底部,使得预热水储水箱12内的空气不会进入太阳能热水器15中。
本发明光伏光热一体化装置中太阳能热水器15为非封闭箱体,光伏模板1的水流通道4、温控箱8和预热水储水箱12均为封闭箱体。
本发明光伏光热一体化装置使用纯机械控制装置代替了常见的电子控制装置,可靠性高,简单经济,有效减少了故障发生率,同时避免了电子元件带来的用电安全问题;另外,利用自来水冷却光伏电池,一方面提高了光伏电池的发电效率,另一方面也有效回收利用了光伏电池的热能,将升温的冷却水储存,使用时通入太阳能热水器,利用了废热,减少了加热时间,实现了节能。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种光伏光热一体化装置,其特征在于:包括光伏模块、温控箱、预热水储水箱和太阳能热水器;其中,光伏模块纵向上依次由玻璃盖板、光伏电池、水流通道、保温层和铝合金底板组成,水流通道的进水口通过进水管路与外界自来水管路连通,进水管道上设有第一浮球阀,水流通道的出水口连通温控箱,第一浮球阀的浮球位于温控箱内,温控箱底部固定安装有多个密封的膨胀气囊,温控箱内还设有虹吸管,虹吸管的入口低于水流通道的出水口,虹吸管的出口从预热水储水箱顶部伸入预热水储水箱中,预热水储水箱与温控箱还通过旁通管连通;预热水储水箱底部设有冷水进口和冷水出口,预热水储水箱冷水出口通过出水管路与太阳能热水器连通,出水管路上设有第二浮球阀,第二浮球阀的浮球位于太阳能热水器中,预热水储水箱冷水入口连通外界自来水管路;太阳能热水器底部安装有热水出水管道,热水出水管道上设有热水出水闸阀。
2.根据权利要求1所述的光伏光热一体化装置,其特征在于:所述光伏模块中的玻璃盖板与光伏电池之间留有空气层。
3.根据权利要求1所述的光伏光热一体化装置,其特征在于:所述温控箱呈凸字型。
4.根据权利要求1所述的光伏光热一体化装置,其特征在于:所述膨胀气囊由支撑件内肋片铜管和硅胶气球组成,内肋片铜管为两端开口的通管结构,内肋片铜管底部固定在换热箱底板上,内肋片铜管顶端与硅胶气球固定连接,且内肋片铜管与硅胶气球相互连通形成密封空间。
5.根据权利要求4所述的光伏光热一体化装置,其特征在于:所述膨胀气囊内填充有空气或乙醇溶液。
6.根据权利要求1所述的光伏光热一体化装置,其特征在于:所述预热水储水箱外包裹有水箱保温层。
7.根据权利要求1所述的光伏光热一体化装置,其特征在于:所述光伏模块的保温层和铝合金底板同时也构成了温控箱的底部结构。
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