CN109631354A - 外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器 - Google Patents

外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器 Download PDF

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季杰
李照萌
袁伟琪
唐文学
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Abstract

本发明公开了一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，包括集热器外壳，设置于集热器外壳内的保温层，设置于保温层上表面的吸热板，所述吸热板的下方的保温层内设置有集热器板芯流道管，所述集热器板芯流道管紧贴吸热板的下表面，所述吸热板上方设置有碲化镉薄膜电池组件，所述碲化镉薄膜电池组件包括双层玻璃，设置于双层玻璃内的碲化镉薄膜电池以及用于导出电子的电子导出组件，所述吸热板与碲化镉薄膜电池组件之间具有空气层，避免了温度分布不均匀、热膨胀程度不一致、和激光焊接产生的应力对光伏电池的破坏，提高了系统的可靠性和持久性，采用了功率温度系数较低的碲化镉薄膜电池，在高温高辐照环境中的光电性能更加优异。

Description

外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器
技术领域
本发明涉及光伏领域，更具体地说，是涉及一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器。
背景技术
太阳能光伏光热综合利用技术(photovoltaic/thermal,PV/T)是将光伏电池与太阳能集热技术结合起来，在太阳能转化为电能的同时，由集热组件中的冷却介质带走电池的热量加以利用，同时产生电、热两种收益的技术。光伏光热综合利用技术实现了光伏组件和太阳能集热器的一体化，节省了材料、制作和安装成本，有效控制了光伏电池的工作温度，提升发电效率的同时，延长了光伏电池的使用寿命，并且可以采暖、得到洁净的生活热水，该技术还可以方便地实现建筑一体化，目前已经得到了十分广泛的应用，尤其是辐照强度比较大的区域。传统的太阳能光伏光热综合利用系统将光伏电池层压在吸热板上，吸热板背面通过激光焊接等方式固定铜管，通过水的流动实现换热，达到给电池降温并获得热水的功效。玻璃盖板位于集热器的开口处，光伏电池与玻璃盖板之间存在空气夹层，提高热阻以达到更好的储热效果。但这种设计存在许多问题，第一是边框阴影，由于光伏电池与吸热板位于集热器外壳的中部，在太阳光倾斜入射时侧边框的阴影会落在光伏电池上，产生遮挡，这会导致光伏性能的降低。第二是应力问题。电池上的应力会影响到光伏组件的电性能，同时也容易导致电池的变形和损坏。应力主要来自三个方面：一方面，光伏电池的温度变化和由于冷却流体流动的单向性导致的不均匀的温度分布都会引起电池的热应力；另一方面，电池与吸热板的热膨胀系数存在较大的差异，当温度变化时，电池和吸热板的膨胀程度不一致，在这种情况下，接触面出现了热应力；此外，为了实现良好的换热效果，吸热板下方的水管是通过激光点焊来与吸热板固定，在点焊过程中会造成吸热板的变形，由此引发电池的变形或损伤。第三是温度问题，即使有冷却水通过吸热板背面的板芯流管道进行换热，但光伏电池的温度依旧较高，影响光电性能。第四是目前光伏光热平板集热器常用的是多块硅电池排布组装，其美观性较差，影响推广使用。
目前有相关光伏光热集热器取消了玻璃盖板与光伏电池之间的空气层。如图5所示，现有的光伏光热集热器包括玻璃盖板-硅电池-吸热板封装组件10，板芯流管道20，保温层30，集热器外壳40。玻璃盖板-硅电池-吸热板封装组件10将玻璃盖板50，硅电池60，吸热板70三者通过辅助材料EVA和TPT层压到了一起。吸热板70背面是激光点焊的板芯流管道20。虽然边框阴影的问题得以缓解，电池温度有所下降，但这种结构无法避免电池60与吸热板70层压到一起而出现的热应力对电池可靠性的破坏，同时硅电池60的效率温度系数较高，影响光伏性能。
发明内容
为克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器。
为实现上述目的，本发明提供一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，包括集热器外壳，设置于集热器外壳内的保温层，设置于保温层上表面的吸热板，所述吸热板的下方的保温层内设置有集热器板芯流道管，所述集热器板芯流道管紧贴吸热板的下表面，所述吸热板上方设置有碲化镉薄膜电池组件，所述碲化镉薄膜电池组件包括双层玻璃，设置于双层玻璃内的碲化镉薄膜电池以及用于导出电子的电子导出组件，所述碲化镉薄膜电池组件装设在集热器外壳开口处，并将集热器板芯流道管、保温层、吸热板封装在集热器外壳的腔体内，所述吸热板与碲化镉薄膜电池组件之间具有空气层。
作为优选的，所述电子导出组件包括设置于碲化镉薄膜电池下表面的背接触层，设置于背接触层下表面的用于粘结背接触层与双层玻璃的粘接层，设置于碲化镉薄膜电池上表面的硫化镉薄膜，设置于硫化镉薄膜上表面的透明导电层。
作为优选的，所述集热器板芯流道管包括下集管，与下集管连通的至少两根支管，与支管另一端连通的上集管。
作为优选的，所述上集管、下集管和支管为铜、铝或不锈钢。
作为优选的，所述吸热板为表面涂有铜、铝或不锈钢的平板。
作为优选的，所述碲化镉薄膜电池组件设置于集热器外壳顶部的开口处。
作为优选的，所述碲化镉薄膜电池上具有用于透光的透光区域。
作为优选的，保温层为由聚氨酯制成的保温层。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明包括集热器外壳，设置于集热器外壳内的保温层，设置于保温层上表面的吸热板，所述吸热板的下方的保温层内设置有集热器板芯流道管，所述集热器板芯流道管紧贴吸热板的下表面，所述吸热板上方设置有碲化镉薄膜电池组件，所述碲化镉薄膜电池组件包括双层玻璃，设置于双层玻璃内的碲化镉薄膜电池以及用于导出电子的电子导出组件，所述吸热板与碲化镉薄膜电池组件之间具有空气层，本集热器将碲化镉薄膜电池与吸热板分隔开，避免了温度分布不均匀、热膨胀程度不一致、和激光焊接产生的应力对光伏电池的破坏，提高了系统的可靠性和持久性，采用了功率温度系数较低的碲化镉薄膜电池，在高温高辐照环境中的光电性能更加优异。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器的结构图；
图2是本发明实施例提供的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器的结构分解图；
图3是本发明实施例提供的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器的双层玻璃之间的结构图；
图4是本发明实施例提供的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器的集热器板芯流道管的结构图；
图5是现有的光伏光热集热器的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器。
请参考图1～图4，本发明提供一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，包括优选为矩形箱体形状的集热器外壳1，设置于集热器外壳1内的保温层3，设置于保温层3上表面的吸热板5，所述吸热板5的下方的保温层3内设置有集热器板芯流道管2，所述集热器板芯流道管2紧贴吸热板5的下表面，吸热板5与集热器板芯流道管2通过激光点焊实现连接和导热传热，所述吸热板5上方设置有碲化镉薄膜电池组件4，所述碲化镉薄膜电池组件4包括双层玻璃6，设置于双层玻璃6内的碲化镉薄膜电池7以及用于导出电子的电子导出组件12，所述吸热板5与碲化镉薄膜电池组件4之间具有空气层13，避免了温度分布，热膨胀和激光焊接产生的应力对光伏电池的破坏，整个结构易于加工，提高了系统的可靠性和持久性。所述碲化镉薄膜电池7具有较低的功率温度系数，能在高温环境，尤其是热带地区达到相对更优异的光伏性能。
所述电子导出组件12包括设置于碲化镉薄膜电池7下表面的背接触层10，设置于背接触层10下表面的用于粘结背接触层10与双层玻璃6的粘接层11，设置于碲化镉薄膜电池7上表面的硫化镉薄膜9，设置于硫化镉薄膜9上表面的透明导电层8，电子在内电场的驱动下进入硫化镉薄膜9，产生的电流由透明导电层8与背接触层10低能耗地导出，所述粘接层11为EVA，EVA具有较强的粘接性能。
双层玻璃6封装可以隔绝碲化镉薄膜电池7与空气的接触，防止被腐蚀或氧化，提高碲化镉薄膜电池组件4的可靠性。
所述集热器板芯流道管2包括下集管21，与下集管21连通的六根支管23，与支管23另一端连通的上集管22。当然，所述支管23也可以选择两根以上的任意数量。冷却水从下集管21的左端流入，经下集管21后水流向上进入各个支管23，最终汇入上集管22并从上集管22的右端流出。这种流动的方向是可以改变的，即，冷却水也可从分流集管的右端流入，向上经各个支管后汇入集流集管从其左端流出。
本实施例中，所述上集管22、下集管21和支管23为铜，所述吸热板5为表面涂有铜的平板，在其他实施例中，所述上集管22、下集管21和支管23也可以为铝或不锈钢，所述吸热板5的表面也可以涂铝或不锈钢。这些材料一方面导热性较好，有利于冷却水与吸热板5之间的换热，另一方面这些材料是工业生产中被广泛使用的金属，耐腐蚀，工艺成熟，有效提高集热器的经济学和实用性。
本实施例中，所述保温层3为由聚氨酯制成的保温层，所述保温层3也可以由玻璃棉或者酚醛树脂等其他保温材料制成。
所述碲化镉薄膜电池组件4设置于集热器外壳1顶部的开口处，有效避免了太阳光倾斜入射时侧边框的阴影遮挡对光伏电池工作的影响，并将集热器板芯流道管2、保温层3、吸热板5封装在集热器外壳1的腔体内。
所述碲化镉薄膜电池7上具有用于透光的透光区域，以得到需要的透光率。本实施例中，通过激光切割掉部分薄膜电池以得到需要的透光率，当然，也可以根据需求设计相关的图案进行图形切割，所切割出的图形部分为透光区域，或反之，即图案选用阴刻阳刻皆可。通过激光切割得到不同的图案以及得到需要的透光率，拥有更高的美观性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，包括集热器外壳(1)，设置于集热器外壳(1)内的保温层(3)，设置于保温层(3)上表面的吸热板(5)，所述吸热板(5)的下方的保温层(3)内设置有集热器板芯流道管(2)，所述集热器板芯流道管(2)紧贴吸热板(5)的下表面，其特征在于：所述吸热板(5)上方设置有碲化镉薄膜电池组件(4)，所述碲化镉薄膜电池组件(4)包括双层玻璃(6)，设置于双层玻璃(6)内的碲化镉薄膜电池(7)以及用于导出电子的电子导出组件(12)，所述碲化镉薄膜电池组件(4)装设在集热器外壳(1)开口处，并将集热器板芯流道管(2)、保温层(3)、吸热板(5)封装在集热器外壳(1)的腔体内，所述吸热板(5)与碲化镉薄膜电池组件(4)之间具有空气层(13)。
2.根据权利要求1所述的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，其特征在于：所述电子导出组件(12)包括设置于碲化镉薄膜电池(7)下表面的背接触层(10)，设置于背接触层(10)下表面的用于粘结背接触层(10)与双层玻璃(6)的粘接层(11)，设置于碲化镉薄膜电池(7)上表面的硫化镉薄膜(9)，设置于硫化镉薄膜(9)上表面的透明导电层(8)。
3.根据权利要求1所述的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，其特征在于：所述集热器板芯流道管(2)包括下集管(21)，与下集管(21)连通的至少两根支管(23)，与支管(23)另一端连通的上集管(22)。
4.根据权利要求3所述的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，其特征在于：所述上集管(22)、下集管(21)和支管(23)为铜、铝或不锈钢。
5.根据权利要求1所述的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，其特征在于：所述吸热板(5)为表面涂有铜、铝或不锈钢的平板。
6.根据权利要求1所述的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，其特征在于：所述碲化镉薄膜电池组件(4)设置于集热器外壳(1)顶部的开口处。
7.根据权利要求1所述的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，其特征在于：所述碲化镉薄膜电池(7)上具有用于透光的透光区域。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种外置式碲化镉薄膜电池太阳能光伏光热平板集热器，其特征在于：所述保温层(3)为由聚氨酯、玻璃棉或者酚醛树脂制成的保温层。
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