CN109282505B - 一种保温隔热太阳能光伏一体板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保温隔热太阳能光伏一体板，一体板包括铝合金边框，以及在铝合金边框内由外到内依次设置的太阳能光伏层、匀光层、热交换层、反光层、保温层和底层。本发明的优点在于通过太阳能光伏层将大部分太阳能转化为电能收集起来，再通过匀光层将透过太阳能光伏层的光线再此均匀分开后照射到热交换层上，使得热交换层上的集热管均匀受热，避免部分集热管无法受热的问题，使整个热交换层的温度尽可能保持一致，降低相邻集热管之间的热传递，有利于提高热交换效率。通过先后两个结构层对太阳能的吸收利用，加上反光层的作用，使得太阳光线的利用效率最大化；并且，加上保温层的作用，使得一体板的整体保温、隔热性能达到最优。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用、建筑材料技术领域，具体涉及一种保温隔热太阳能光伏一体板。
背景技术
目前，能源问题是当今社会最为关注的环保话题，而建筑能耗在能源消耗中占有很大比例，尤其在发达国家，空调采暖的能耗占建筑能耗50％以上。而就我国目前的状况来说，建筑能耗正在呈几何数字增长达到态势发展。因此，减少建筑与外界的热量交换是降低建筑能耗总量的重要内容。同时合理的开发利用建筑所接受的太阳能也是一种构建绿色建筑的积极措施。
太阳能电池板一般由双层透光玻璃和电池片(发光主体)等组成，电池片一般都是均匀排列的，且相邻电池片之间必然存在空隙，使用时，光线大部分会照射到电池片上，进行光电转换，也有小部分的光线会透过空隙，找到内层的板体或者墙体。这会导致两个问题：(1)太阳能的吸收利用效率低，造成能量损失；(2)光线穿过表层进入到板体内层，造成墙体发热，最终导致室内温度偏高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保温隔热太阳能光伏一体板，其解决了传统太阳能光伏板。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种保温隔热太阳能光伏一体板，所述一体板包括铝合金边框，以及在铝合金边框内由外到内依次设置的太阳能光伏层、匀光层、热交换层、反光层、保温层和底层；
其中，所述匀光层由透光板制成，且在透光板的底面上开有若干个圆弧槽，所述圆弧槽一一对应设置在太阳能光伏层中相邻电池片之间的空隙下方；所述热交换层由并排铺设的集热管组成，每根集热管均贯穿整个一体板设置，且在每根集热管的其中一端头处设有管路接头，在铺设时，相邻一体板中的集热管通过管路接头相互连通，且集热管内灌入有热循环介质；
所述匀光层与热交换层之间留有一定的间隙，形成光分散空腔。
进一步改进在于，所述透光板的折射率为所述圆弧槽所对应的圆心角为90°，且相邻圆弧槽之间的距离h1为所述光分散空腔的上下宽度h2的2倍。
进一步改进在于，所述透光板为透光率大于96％的有机玻璃制成。
进一步改进在于，所述集热管的制作材料为Cu-Ag合金，且含量分别为：Cu为98wt％，Ag为2wt％。
进一步改进在于，所述反光层为0.1mm至2mm厚的喷涂层。
进一步改进在于，所述反光层的制作原料包括反光剂30％、水性色精20％、活性稀释剂12％、松香树脂10％、过氯乙烯树脂8％、醋酸乙烯乳液6％、纳米氢氧化镁6％、光引发剂4％和消泡剂4％。
进一步改进在于，所述保温层为TDD真空绝热保温板。
进一步改进在于，所述底层为带孔不锈钢结构。
本发明的有益效果在于：通过太阳能光伏层将大部分太阳能转化为电能收集起来，再通过匀光层将透过太阳能光伏层的光线再此均匀分开后照射到热交换层上，使得热交换层上的集热管均匀受热，避免部分集热管无法受热的问题，使整个热交换层的温度尽可能保持一致，降低相邻集热管之间的热传递，有利于提高热交换效率。通过先后两个结构层对太阳能的吸收利用，加上反光层的作用，使得太阳光线的利用效率最大化；并且，加上保温层的作用，使得一体板的整体保温、隔热性能达到最优。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为集热管及管路接头的结构示意图；
图3为从电池片之间的空隙透过的太阳光线经匀光层分光的路线示意图；
图中：1-铝合金边框，2-太阳能光伏层，3-匀光层，31-圆弧槽，4-热交换层，41-管路接头，5-反光层，6-保温层，7-底层，8-光分散空腔。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
结合图1和图2所示，一种保温隔热太阳能光伏一体板，一体板包括铝合金边框1，以及在铝合金边框1内由外到内依次设置的太阳能光伏层2、匀光层3、热交换层4、反光层5、保温层6和底层7。
其中，匀光层3由透光板制成，且在透光板的底面上开有若干个圆弧槽31，圆弧槽31一一对应设置在太阳能光伏层2中相邻电池片之间的空隙下方；热交换层4由并排铺设的集热管组成，每根集热管均贯穿整个一体板设置，且在每根集热管的其中一端头处设有管路接头41，在铺设时，相邻一体板中的集热管通过管路接头41相互连通，且集热管内灌入有热循环介质。
匀光层3与热交换层4之间留有一定的间隙，形成光分散空腔8。
透光板为透光率大于96％的有机玻璃制成，透光板的折射率为
圆弧槽31所对应的圆心角为90°，且相邻圆弧槽31之间的距离h1为光分散空腔8上下宽度h2的2倍。
另外，集热管的制作材料为Cu-Ag合金，且含量分别为：Cu为98wt％，Ag为2wt％；反光层5为0.1mm至2mm厚的喷涂层，其制作原料包括反光剂30％、水性色精20％、活性稀释剂12％、松香树脂10％、过氯乙烯树脂8％、醋酸乙烯乳液6％、纳米氢氧化镁6％、光引发剂4％和消泡剂4％；保温层6为TDD真空绝热保温板；底层7为带孔不锈钢结构。
在使用时，将一体板通过底层7在外墙或者建筑屋顶铺设，并且同一排上的相邻一体板之间通过管路接头41连接成一整体，让内部集热管连通，然后在集热管内通热循环介质。太阳光线照射在太阳能光伏层2的表面，大部分光线照射在电池片上，小部分的光线会照射到电池片之间的空隙。由于电池片存在一定的厚度，所以只有其中垂直或接近垂直的光线能透过空隙。
结合图3所示，以透过光线中的垂直光线为例，光线进入到匀光层外表面，由于是垂直照射，故不会发生偏转，原路径照射到圆弧槽31处。光从玻璃中传播到空气中(非垂直照射)，会发生折射，且入射角小于折射角，所以平行光线经过圆弧槽31后会发生散射现象，光照面积变大。由于玻璃的折射率为
所以将圆弧槽31设置成1/4圆弧的结构(即圆弧槽31所对应的圆心角为90°)，这样所有经过圆弧的光线，均能从玻璃中照射出来，不会发生全反射的现象。以最左边的光线为例，逆向计算，其与圆弧面交点切线的夹角为45°(折射角)，根据公式：折射率
计算出入射角α为90°，即最左边光线折射角为90°，此时恰好达到临界值，当光线与圆弧面交点切线的夹角小于45°时，则无法折射出来。
光分散空腔8的设计是由于圆弧槽31之间的距离受电池片的限制，所以要想热交换层4上所有的集热管均能照射到光线，且能均匀受光，则必须将热交换层4与圆弧槽31之间留有一定的距离。若设圆弧槽对应的圆半径为R，根据图3所示，实现均匀受光，则经过左侧圆弧槽31中的最右侧光线与经过右侧圆弧槽31的最左侧光线恰好结合，此时相邻圆弧槽31之间的连线、经过左侧圆弧槽31中的最右侧光线、经过右侧圆弧槽31的最左侧光线，这三条线始终保持形成个等腰直角三角形，才能实现均匀分光。此时，可计算得出相邻圆弧槽31之间的距离h1为光分散空腔8上下宽度h2的2倍。
光线经过太阳能光伏层2，大部分太阳能转换为电能收集起来，再经过热交换层4，剩下的太阳能中绝大多数又转换为热能，被带有利用。只有极少数的光会接着渗透，照射在反光层5表面，光线经反光层5反射回热交换层4，进一步转换利用。再加上保温层6的隔热保温作用，热量几乎不会传递到一体板的内部，所以保温隔热效果上佳。并且，太阳能的利用效率能达到最优。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种保温隔热太阳能光伏一体板，其特征在于：所述一体板包括铝合金边框(1)，以及在铝合金边框(1)内由外到内依次设置的太阳能光伏层(2)、匀光层(3)、热交换层(4)、反光层(5)、保温层(6)和底层(7)；
其中，所述匀光层(3)由透光板制成，且在透光板的底面上开有若干个圆弧槽(31)，所述圆弧槽(31)一一对应设置在太阳能光伏层(2)中相邻电池片之间的空隙下方；所述热交换层(4)由并排铺设的集热管组成，每根集热管均贯穿整个一体板设置，且在每根集热管的其中一端头处设有管路接头(41)，在铺设时，相邻一体板中的集热管通过管路接头(41)相互连通，且集热管内灌入有热循环介质；
所述匀光层(3)与热交换层(4)之间留有一定的间隙，形成光分散空腔(8)。
2.根据权利要求1所述的一种保温隔热太阳能光伏一体板，其特征在于：所述透光板的折射率为
所述圆弧槽(31)所对应的圆心角为90°，且相邻圆弧槽(31)之间的距离h1为所述光分散空腔(8)上下宽度h2的2倍。
3.根据权利要求1或2所述的一种保温隔热太阳能光伏一体板，其特征在于：所述透光板为透光率大于96％的有机玻璃制成。
4.根据权利要求1所述的一种保温隔热太阳能光伏一体板，其特征在于：所述集热管的制作材料为Cu-Ag合金，且含量分别为：Cu为98wt％，Ag为2wt％。
5.根据权利要求1所述的一种保温隔热太阳能光伏一体板，其特征在于：所述反光层(5)为0.1mm至2mm厚的喷涂层。
6.根据权利要求5所述的一种保温隔热太阳能光伏一体板，其特征在于：所述反光层(5)的制作原料包括反光剂30％、水性色精20％、活性稀释剂12％、松香树脂10％、过氯乙烯树脂8％、醋酸乙烯乳液6％、纳米氢氧化镁6％、光引发剂4％和消泡剂4％。
7.根据权利要求1所述的一种保温隔热太阳能光伏一体板，其特征在于：所述保温层(6)为TDD真空绝热保温板。
8.根据权利要求1所述的一种保温隔热太阳能光伏一体板，其特征在于：所述底层(7)为带孔不锈钢结构。
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