CN107425809A - 一种复合型光伏光热一体化系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合型光伏光热一体化系统的控制方法,属于太阳能发电应用领域和自动控制领域。太阳能控制器分别与光伏光热一体化构件、蓄电池及逆变器相连接；所述温控器分别与风阀、水泵和K型热电偶相连接；所述风机通过风道与风阀与光伏光热一体化构件相连接；所述储热水箱通过水流道、水泵与光伏光热一体化构件相连接；K型热电偶K1检测复合型光伏光热一体化构件的当前温度T1；K型热电偶K2检测储热水箱内热水的当前温度T2，温控器分别与K型热电偶K1和K型热电偶K2连接；主要利用温控器对K型热电偶的实时温度反馈控制水泵和风阀的打开与关闭，实现水和空气两种介质对光伏光热一体化构件冷却，可解决现有光伏产品无法全季节应用的问题。
Description
技术领域
本发明属于太阳能发电应用领域和自动控制领域，具体涉及到一种复合型光伏光热一体化系统的控制方法，可同时利用水和空气对光伏光热一体化构件进行冷却，实现全年均可使用。
背景技术
随着太阳能电池制备研究的深入和相关光伏政策的支撑，太阳能产品的研发与应用得到了广泛推广。但是，太阳能电池由于自身的温度效应缺陷导致实际光伏板的输出远小于标称容量值，故而对太阳能电池的散热研究显得尤为必要。而光伏光热一体化系统以其废热再利用已经出现就迅速获得世界各国科学家的青睐。
然后，现如今市售太阳能空气集热器的结霜问题以及太阳能水冷集热器的结垢问题和防冻问题普遍存在，而且越来越影响到了太阳能集热器的推广使用。因此，本发明所涉及的一种复合型光伏光热一体化系统针对上述问题给出了可行性解决方案。此外，本发明也给出了该复合型光伏光热一体化系统的控制方法，可实现该系统的全季节无限制使用，且该系统供电可由光伏光热一体化构件提供，无需额外电源，节约能耗。
发明内容
本发明针对现有太阳能产品的上述不足，提供了一种复合型光伏光热一体化系统及控制方法，主要利用温控器对K型热电偶的实时温度反馈控制水泵和风阀的打开与关闭，实现水和空气两种介质对光伏光热一体化构件冷却，可解决现有光伏产品无法全季节应用的问题。
为了解决传统光伏板的散热和光热产品结霜与结垢且无法全年正常应用等问题，本发明采用的技术方案为如下。
一种复合型光伏光热一体化系统，其特征在于，该系统包括复合型光伏光热一体化构件、太阳能控制器、蓄电池、逆变器、温控器、风阀、风机、水泵、储热水箱和K型热电偶；所述太阳能控制器分别与光伏光热一体化构件、蓄电池及逆变器相连接；所述温控器分别与风阀、水泵和K型热电偶相连接；所述风机通过风道与风阀与光伏光热一体化构件相连接；所述储热水箱通过水流道、水泵与光伏光热一体化构件相连接；K型热电偶K1检测复合型光伏光热一体化构件的当前温度T1；K型热电偶K2检测储热水箱内热水的当前温度T2，温控器分别与K型热电偶K1和K型热电偶K2连接；
复合型光伏光热一体化构件包括钢化玻璃、EVA胶、光伏电池和金属型材；所述钢化玻璃下方与EVA胶上方相贴合；所述EVA胶下方与金属型材上方相贴合；所述光伏电池包覆封装在EVA胶内部；所述金属型材内设有散热的空腔流道，空腔流道有两层，其中一层为通水流道，与水流道连通，另一层为通风流道，与风道连通；将光伏光热一体化构件产生的热能传导存储在流体介质内。
上述控制系统的控制方法，其特征在于，温度控制器接收K型热电偶K1和K2的当前温度值T1和T2，并判断复合型光伏光热一体化构件的当前温度T1与储热水箱内热水温度T2的温差是否大于等于预设温差；若大于等，则判定光伏光热一体化构件的当前温度过高，进而控制循环泵打开，储热水箱内冷水开始经循环泵给复合型光伏光热一体化构件进行冷却；若小，则判定光伏光热一体化构件的当前温度过低，进而控制循环泵关闭；同时温度控制器也判断储热水箱内热水的温度T2是否大于预设水温；若大于等于，则判定储热水箱内热水温度过高，进而控制风阀打开，风机通过风道给复合型光伏光热一体化构件通风冷却；若小于，则判定储热水箱内热水温度过低，进而控制风阀关闭，风机不运行。本发明所述控制方法可以实现通过实时温度反馈控制空气和水两种介质同时对光伏光热一体化构件进行冷却，增加单位面积光伏光热一体化构件的电能输出，同时可将光伏光热一体化构件产生的热量储存在流体介质水中，实现太阳能的高效利用，节约能源。
本发明所述的温控器可通过K型热电偶的实时温度反馈，既可以控制风阀与风机的打开和关闭，又可以控制水泵的打开与关闭。
本发明所述的温控器的供电可由光伏光热一体化构件提供，不需要额外电能。
本发明所述钢化玻璃透过率>90％，且一面制绒，厚度可为3mm-5mm，优选为3.2mm。
本发明所述的太阳能电池单元可以是光伏组件为单晶硅组件、多晶硅组件、非晶硅组件、薄膜硅组件、铜铟镓硒组件、砷化镓组件、碲化镉组件、有机太阳能组件等太阳能光伏领域市售产品中的一种均可，优选采用多片串联。
本发明所述的EVA胶的上胶温度为120℃-180℃，优选为140℃。
本发明所述的金属型材为采用模铸法制作成型的部件，内设空腔流道有两层，其中通水流道在上层，为纵横排列的管道结构，通风流道在下层，为阵列式束风管道，且在金属型材的对角线两端分别设有流水和通气的进出口。
本发明所述的金属型材材质可为铝合金或者塑料板或者铝型材或者钢材或者断桥铝，优选为断桥铝。
本发明所述的金属型材厚度可为10mm-50mm，优选为20mm。
本发明所述的流道的横横截剖面(垂直流体流动方向)形状为矩形或圆形，优选为切圆角的正方形。
本发明所述的温控器可采用PID算法或者模糊控制算法等进行控制，优选为PID算法，具有实时温度显示和故障报警功能。
本发明所述的K型热电偶的测量精度为A级及以上，优选为±0.5℃及以下。
附图说明
图1为本发明所述的复合型光伏光热一体化系统的结构示意图；
图2为本发明所述的复合型光伏光热一体化系统的控制流程示意图；
图3为本发明所述的复合型光伏光热一体化构件的正剖面示意图；
图4为本发明所述的复合型光伏光热一体化构件的产品效果图；
图5为本发明所述的复合型光伏光热一体化构件的另一种产品效果图。
图中标记：1-光伏光热一体化构件，2-太阳能控制器，3-蓄电池，4-逆变器，5-温控器，6-水泵，7-风阀，8-风机，9-储热水箱，10-K型热电偶，11-钢化玻璃，12-EVA胶，13-光伏电池，14-金属型材，15-散热流道，16-保温层，17-金属边框。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地说明，但不仅限于以下实施例。
实施例1
如附图1所示，本发明所述的一种复合型光伏光热一体化系统，该系统包括复合型光伏光热一体化构件1、太阳能控制器2、蓄电池3、逆变器4、温控器5、风阀6、风机7、水泵8、储热水箱9和K型热电偶10；所述太阳能控制器2与光伏光热一体化构件1和蓄电池3及逆变器4相连接；所述温控器5与风阀6、水泵8和K型热电偶10相连接；所述风机7通过风道与风阀6与光伏光热一体化构件1相连接；所述储热水箱9通过水流道与水泵8与光伏光热一体化构件1相连接。
如附图2所示，本发明所述的一种复合型光伏光热一体化系统的控制方法为通过K型热电偶10的实时温度反馈控制空气和水两种介质同时对光伏光热一体化构件1进行冷却；所述的K型热电偶10分别检测复合型光伏光热一体化构件的当前温度T1和储热水箱内热水的当前温度T2；所述的温控器5接收K型热电偶10的当前温度值T1和T2,并判断光伏光热一体化构件1的当前温度T1与储热水箱9内热水温度T2的温差是否大于等于预设温差5℃；若大于等于5℃，则判定光伏光热一体化构件1的当前温度过高，进而控制循环水泵8打开，储热水箱9内冷水开始经循环泵8给光伏光热一体化构件1进行冷却；若小于5℃，则判定光伏光热一体化构件1的当前温度过低，进而控制循环水泵8关闭；所述的温控器5同时判断储热水箱9内热水的温度是否大于预设水温45℃；若大于等于45℃，则判定储热水箱9内热水温度过高，进而控制风阀6打开，风机7通过风道给光伏光热一体化构件1通风冷却；若小于45℃，则判定储热水箱9内热水温度过低，进而控制风阀6关闭，风机7不运行。
如附图3所示，本发明所述的复合型光伏光热一体化构件1包括钢化玻璃11、EVA胶12、光伏电池13和金属型材14；所述钢化玻璃11下方与EVA胶12上方相贴合；所述EVA胶12下方与金属型材14上方相贴合；所述光伏电池13包覆封装在EVA胶12内部；所述金属型材14内设散热流道15，将光伏光热一体化构件1产生的热能传导存储在流体介质内。
Claims (10)
1.一种复合型光伏光热一体化系统，其特征在于，该系统包括复合型光伏光热一体化构件、太阳能控制器、蓄电池、逆变器、温控器、风阀、风机、水泵、储热水箱和K型热电偶；所述太阳能控制器分别与光伏光热一体化构件、蓄电池及逆变器相连接；所述温控器分别与风阀、水泵和K型热电偶相连接；所述风机通过风道与风阀与光伏光热一体化构件相连接；所述储热水箱通过水流道、水泵与光伏光热一体化构件相连接；K型热电偶K1检测复合型光伏光热一体化构件的当前温度T1；K型热电偶K2检测储热水箱内热水的当前温度T2，温控器分别与K型热电偶K1和K型热电偶K2连接；
复合型光伏光热一体化构件包括钢化玻璃、EVA胶、光伏电池和金属型材；所述钢化玻璃下方与EVA胶上方相贴合；所述EVA胶下方与金属型材上方相贴合；所述光伏电池包覆封装在EVA胶内部；所述金属型材内设有散热的空腔流道，空腔流道有两层，其中一层为通水流道，与水流道连通，另一层为通风流道，与风道连通；将光伏光热一体化构件产生的热能传导存储在流体介质内。
2.按照权利要求1所述的一种复合型光伏光热一体化系统，其特征在于，复合型光伏光热一体化构件钢化玻璃透过率>90％，且一面制绒，厚度为3mm-5mm。
3.按照权利要求1所述的一种复合型光伏光热一体化系统，其特征在于，太阳能电池单元是光伏组件为单晶硅组件、多晶硅组件、非晶硅组件、薄膜硅组件、铜铟镓硒组件、砷化镓组件、碲化镉组件、有机太阳能组件等太阳能光伏领域市售产品中的一种，采用多片串联。
4.按照权利要求1所述的一种复合型光伏光热一体化系统，其特征在于，EVA胶的上胶温度为120℃-180℃，优选为140℃。
5.按照权利要求1所述的一种复合型光伏光热一体化系统，其特征在于，复合型光伏光热一体化构件的金属型材为采用模铸法制作成型的部件，内设空腔流道有两层，其中通水流道在上层，为纵横排列的管道结构，通风流道在下层，为阵列式束风管道，且在金属型材的对角线两端分别设有流水和通气的进出口。
6.按照权利要求1所述的一种复合型光伏光热一体化系统，其特征在于，复合型光伏光热一体化构件的金属型材材质为铝合金或者塑料板或者铝型材或者钢材或者断桥铝；金属型材厚度为10mm-50mm，优选为20mm。
7.按照权利要求1所述的一种复合型光伏光热一体化系统，其特征在于，复合型光伏光热一体化构件的金属型材的流道垂直流体流动方向的横截剖面形状为矩形或圆形，优选为切圆角的正方形。
8.权利要求1-7任一项所述的一体化系统得控制方法，其特征在于，温度控制器接收K型热电偶K1和K2的当前温度值T1和T2，并判断复合型光伏光热一体化构件的当前温度T1与储热水箱内热水温度T2的温差是否大于等于预设温差；若大于等，则判定光伏光热一体化构件的当前温度过高，进而控制循环泵打开，储热水箱内冷水开始经循环泵给复合型光伏光热一体化构件进行冷却；若小，则判定光伏光热一体化构件的当前温度过低，进而控制循环泵关闭；同时温度控制器也判断储热水箱内热水的温度T2是否大于预设水温；若大于等于，则判定储热水箱内热水温度过高，进而控制风阀打开，风机通过风道给复合型光伏光热一体化构件通风冷却；若小于，则判定储热水箱内热水温度过低，进而控制风阀关闭，风机不运行。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于，温控器(5)通过K型热电偶(10)的实时温度反馈，既可以控制风阀(6)与风机(7)的打开和关闭，又可以控制水泵(8)的打开与关闭。
10.按照权利要求8的方法，其特征在于，温控器采用PID算法或者模糊控制算法等进行控制，优选为PID算法，具有实时温度显示和故障报警功能。
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