CN109639234B - 一种提高太阳能光伏热效率的气冷及水冷结合的pv/t系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高太阳能光伏热效率的气冷及水冷结合的PV/T系统，包括冷水入口、进水阀门、水泵、阀门Ⅰ、太阳能电池板、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、换热器、螺旋管道、热水箱、阀门Ⅳ、阀门Ⅴ、风机、阀门Ⅵ、进水管、循环水管、回水管、出气管、进气管、回气管、出水管、出水阀门；本发明不仅回收利用光伏电池板产生的低品位热能降低其光热效率，有效降低光伏电池板的温度提高其使用寿命和太阳能的光电效率，而且不同季节采用了不同的散热工质和不同的结构设计，可全年工作，可避免冬季水结冰导致装置损坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高太阳能光伏热效率的气冷及水冷结合的PV/T系统，属于太阳能发电技术领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展，我国对能源的需求也呈现快速增长趋势。目前，在我国的能源消费中，煤炭等化石能源的使用比重过大导致了我国的环境污染严重，加剧了能源紧缺状况，极大地制约了我国经济的健康发展。开发和利用可再生能源，是实现我国社会经济可持续发展的重要保证。太阳能由于其普遍存在、清洁无污染、取之不尽且总量巨大，是一种很好的可再生能源。目前各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电技术具有重量轻、安全可靠、故障率低、维护简单、无污染等特点，对缓解我国环境污染及能源紧缺具有重大意义。
目前太阳能光伏技术的发展主要受到太阳能电池光电效率低的制约。投射在太阳能电池上的太阳辐射仅有不足10%-20%的太阳辐射能转化为电能，有50%-70%的太阳辐射能转化为热能，这部分热能使太阳能电池温度升高，光伏组件的温度可达到70℃。随着光伏组件的温度升高，光伏电池的短路电流将增加，而开路电压则会下降。电池温度逐渐升高，对于在短时间运行的太阳能电池，将会导致其光伏发电效率降低（太阳能电池温度每升高一度效率下降0.2%-0.6%），长期运行则将会导致其整体性能的下降，乃至不可逆的破坏。为了解决太阳能电池板工作时温度过高而导致其效率降低的问题，目前主要有两种方案：空冷式和水冷式太阳能PV/T系统。在空冷式系统中采用空气作为冷却工质，空气通过自然循环或强制循环来冷却太阳能电池，但是空冷式系统的冷却效果差而且电池板温度不均匀。在水冷式系统中采用水作为冷却工质，水冷式系统的冷却效果好，但是环境温度过低时工质结冰会导致装置损坏。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种提高太阳能光伏热效率的气冷及水冷结合的PV/T系统，该系统不仅回收利用光伏电池板产生的低品位热能降低其光热效率，有效降低光伏电池板的温度提高其使用寿命和太阳能的光电效率，而且不同季节采用了不同的散热工质和不同的结构设计，可全年工作，可避免冬季水结冰导致装置损坏。
一种提高太阳能光伏热效率的空冷及水冷结合的PV/T系统，包括冷水入口1、进水阀门2、水泵3、阀门Ⅰ4、太阳能电池板5、阀门Ⅱ6、阀门Ⅲ7、换热器8、螺旋管道9、热水箱10、阀门Ⅳ11、阀门Ⅴ12、风机13、阀门Ⅵ14、进水管15、循环水管16、回水管17、出气管18、进气管19、回气管20、出水管21、出水阀门22，，太阳能电池板5包括保温材料24、平板式热管25、散热槽道26、太阳能电池27、EVA材料28、钢化玻璃29，太阳能电池27上面依次设有EVA材料28、钢化玻璃29，太阳能电池27下面依次设置平板式热管25、散热槽道26、保温材料24，平板式热管25、散热槽道26、太阳能电池27侧面也包覆保温材料24，散热槽道26由多个相互连通的管道组成，散热槽道26上设有出口Ⅰ、出口Ⅱ，出口Ⅰ和出口Ⅱ分别分支成两条管道，出口Ⅰ的一条分支管道通过进水管15与冷水入口1连接，冷水入口1处设有进水阀门2，进水管15上还设有水泵3和阀门Ⅰ4，进水管15上进水阀门2与水泵3之间连接循环水管16，循环水管16上设有阀门Ⅱ6，循环水管16另一端与换热器8连接，换热器8与回水管17连接，回水管17上设有阀门Ⅲ7，回水管17与出口Ⅱ的一条分支管道连接；出口Ⅰ的另一条管道与出气管18连接，出气管18上设置风机13和阀门Ⅵ14，出气管18另一端与螺旋管道9连接，螺旋管道9设置在换热器8内部，螺旋管道9另一端与回气管20连接，回气管20上设有阀门Ⅳ11，出口Ⅱ的另一条分支管道与进气管19连接，进气管19上设有阀门Ⅴ12，进气管19还与回气管20连接，热水箱10通过出水管21与换热器8连接，出水管21上设有出水阀门22。
所述进水阀门2和出水阀门22为电磁阀。
所述系统还包括热电偶温度计23，热电偶温度计23设置在换热器8内部，用于测量换热器8内部的水温。
所述系统还包括水位计30，水位计30设置在换热器8内部，用于测量换热器8内部的水位。
所述系统还包括控制器，控制器分别与进水阀门2、热电偶温度计23、出水阀门22、水位计30连接，当热电偶温度计23检测换热器8内水温达到60℃时，热电偶温度计23将温度反馈给控制器，控制器开启出水阀门22将水放进热水箱10内，当水位计30测量的水位达到水位下限时，控制器开启进水阀门2，冷水引入至换热器8，当热电偶温度计23测量水温小于30℃时，且水位计30测量的水位达到最低要求时，热电偶温度计23和水位计30将温度反馈给控制器，控制器关闭出水阀门22和进水阀门2。
所述冷水入口1的位置高于换热器8的位置，进水管15的位置高于回水管17的位置，出气管18的位置高于进气管19和回气管20的位置。
本发明系统的使用过程如下：
春夏季时（最低温度＞10℃），在其他阀门都关闭的情况下，开启进水阀门2，冷水进入进水管15，开启水泵3、阀门Ⅰ4，冷水进入太阳能电池板5的散热槽道26中，对太阳能电池板5进行散热后，开启阀门Ⅲ7，水从回水管17流入换热器8，换热器8中的水位计30显示水位达到一定高度后，关闭进水阀门2，开启阀门Ⅱ6，换热器8中的水重新被水泵3泵入太阳能电池板5的散热槽道26中，对太阳能电池板5进行散热后，水再次进入换热器8中，循环往复，直至热电偶温度计23检测换热器8内水温达到60℃时，热电偶温度计23将温度反馈给控制器，控制器开启出水阀门22将水放进热水箱10内，当水位计30测量的水位到达水位下限时，控制器开启进水阀门2，冷水引入进水管15进入散热槽道26回流至换热器8，当热电偶温度计23测量水温小于30℃时，且水位计30测量的水位达到最低要求时，热电偶温度计23和水位计30将温度反馈给控制器，控制器关闭出水阀门22和进水阀门2，继续进行太阳能电池板5的冷却散热，以及热量收集。
秋冬季时（最低温度≤10℃），在其他阀门都关闭的情况下，开启阀门Ⅴ12、出水阀门22，将系统内部的水全部放出来，空气从阀门Ⅴ12进入太阳能电池板5的散热槽道26中，关闭阀门Ⅴ12、出水阀门22，打开进水阀门2、阀门Ⅱ6，利用自来水的水压将水引入换热器8中，当水位计30测量的水位达到要求时，关闭进水阀门2、阀门Ⅱ6，打开阀门Ⅳ11、风机13、阀门Ⅵ14，风机13将空气从太阳能电池板5的散热槽道26抽到出气管18中，并进入换热器8的螺旋管道9中，空气被螺旋管道9外部（换热器8内部）的冷水进行冷却，然后从回气管20和部分进气管19后回到太阳能电池板5的散热槽道26中，风机13再将空气抽到出气管18中，如此往复，直到热电偶温度计23检测换热器8内水温达到60℃时，热电偶温度计23将温度反馈给控制器，控制器开启出水阀门22将水放进热水箱10内，当水位计30测量的水位到达水位下限时，控制器开启进水阀门2、阀门Ⅱ6，冷水引入循环水管16进入换热器8，当热电偶温度计23测量水温小于30℃时，且水位计30测量的水位达到要求时，热电偶温度计23和水位计30将温度反馈给控制器，控制器关闭出水阀门22和进水阀门2，继续进行太阳能电池板5的冷却散热，以及热量收集。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用气冷式及水冷式相结合的散热方式，在太阳能电池板背部铺设平板式热管，并在热管下方设置散热槽道，通过平板式热管加强换热使太阳能电池板温度均匀，避免局部点温度过高的情况，提高了电池板的寿命。
2、通过工质空气或水的冷却降低太阳能电池板的温度，提高其光电效率，降低其光热效率。
3、冷却工质将太阳能电池板产生的热量带出系统，利用太阳能电池板低品位热能，可以为日常生活提供低温热水。
4、不同季节采用了不同的散热工质和不同的结构设计，系统可全年工作，可避免冬季水结冰而导致装置损坏。
5、该系统既能用于大规模的太阳能发电厂，也可以进一步设计改装成热电联产的发电热水器，供应人们的生活热水。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1太阳能电池板组件的结构示意图；
图中：1-冷水入口，2-进水阀门，3-水泵，4-阀门Ⅰ，5-太阳能电池板，6-阀门Ⅱ，7-阀门Ⅲ，8-换热器，9-螺旋管道，10-热水箱，11-阀门Ⅳ，12-阀门Ⅴ，13-风机，14-阀门Ⅵ，15-进水管，16-循环水管，17-回水管，18-出气管，19-进气管，20-回气管，21-出水管，22-出水阀门，23-热电偶温度计，24-保温材料，25-平板式热管，26-散热槽道，27-太阳能电池，28-EVA材料，29-钢化玻璃，30-水位计。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
一种提高太阳能光伏热效率的空冷及水冷结合的PV/T系统，包括冷水入口1、进水阀门2、水泵3、阀门Ⅰ4、太阳能电池板5、阀门Ⅱ6、阀门Ⅲ7、换热器8、螺旋管道9、热水箱10、阀门Ⅳ11、阀门Ⅴ12、风机13、阀门Ⅵ14、进水管15、循环水管16、回水管17、出气管18、进气管19、回气管20、出水管21、出水阀门22、热电偶温度计23、、保温材料24、平板式热管25、散热槽道26、太阳能电池27、EVA材料28、钢化玻璃29、水位计30，
太阳能电池板5包括保温材料24、平板式热管25、散热槽道26、太阳能电池27、EVA材料28、钢化玻璃29，太阳能电池27上面依次设有EVA材料28、钢化玻璃29，太阳能电池27下面依次设置平板式热管25、散热槽道26、保温材料24，平板式热管25、散热槽道26、太阳能电池27侧面也包覆保温材料24，散热槽道26由多个相互连通的管道组成，散热槽道26上设有出口Ⅰ、出口Ⅱ，出口Ⅰ和出口Ⅱ分别分支成两条管道，出口Ⅰ的一条分支管道通过进水管15与冷水入口1连接，冷水入口1处设有进水阀门2，进水管15上还设有水泵3和阀门Ⅰ4，进水管15上进水阀门2与水泵3之间连接循环水管16，循环水管16上设有阀门Ⅱ6，循环水管16另一端与换热器8连接，换热器8与回水管17连接，回水管17上设有阀门Ⅲ7，回水管17与出口Ⅱ的一条分支管道连接；出口Ⅰ的另一条管道与出气管18连接，出气管18上设置风机13和阀门Ⅵ14，出气管18另一端与螺旋管道9连接，螺旋管道9设置在换热器8内部，螺旋管道9另一端与回气管20连接，回气管20上设有阀门Ⅳ11，出口Ⅱ的另一条分支管道与进气管19连接，进气管19上设有阀门Ⅴ12，进气管19还与回气管20连接，热水箱10通过出水管21与换热器8连接，出水管21上设有出水阀门22，进水阀门2和出水阀门22为电磁阀，热电偶温度计23设置在换热器8内部，用于测量换热器8内部的水温，水位计30设置在换热器8内部，用于测量换热器8内部的水位，控制器分别与进水阀门2、热电偶温度计23、出水阀门22、水位计30连接，当热电偶温度计23检测换热器8内水温达到60℃时，热电偶温度计23将温度反馈给控制器，控制器开启出水阀门22将水放进热水箱10内，当水位计30测量的水位达到水位下限时，控制器开启进水阀门2，冷水引入进水管15进入散热槽道26回流至换热器8，当热电偶温度计23测量水温小于30℃时，且水位计30测量的水位达到最低要求时，热电偶温度计23和水位计30将温度反馈给控制器，控制器关闭出水阀门22和进水阀门2，保温材料24为聚氨酯泡沫。
实施例2
春夏季时（最低温度＞10℃），采用实施例1的装置，保温材料24为聚苯板，具体的使用方法如下：
在其他阀门都关闭的情况下，开启进水阀门2，冷水进入进水管15，开启水泵3、阀门Ⅰ4，冷水进入太阳能电池板5的散热槽道26中，对太阳能电池板5进行散热后，开启阀门Ⅲ7，水从回水管17流入换热器8，换热器8中的水位计30显示水位达到一定高度后，关闭进水阀门2，开启阀门Ⅱ6，换热器8中的水重新被水泵3泵入太阳能电池板5的散热槽道26中，对太阳能电池板5进行散热后，水再次进入换热器8中，循环往复，直至热电偶温度计23检测换热器8内水温达到60℃时，热电偶温度计23将温度反馈给控制器，控制器开启出水阀门22将水放进热水箱10内，当水位计30测量的水位到达水位下限时，控制器开启进水阀门2，冷水引入进水管15进入散热槽道26回流至换热器8，当热电偶温度计23测量水温小于30℃时，且水位计30测量的水位达到最低要求时，热电偶温度计23和水位计30将温度反馈给控制器，控制器关闭出水阀门22和进水阀门2，继续进行太阳能电池板5的冷却散热，以及热量收集。
实施例3
秋冬季时（最低温度≤10℃），采用实施例1的装置，保温材料24为酚醛泡沫，具体的使用方法如下：
在其他阀门都关闭的情况下，开启阀门Ⅴ12、出水阀门22，将系统内部的水全部放出来，空气从阀门Ⅴ12进入太阳能电池板5的散热槽道26中，关闭阀门Ⅴ12、出水阀门22，打开进水阀门2、阀门Ⅱ6，利用自来水的水压将水引入换热器8中，当水位计30测量的水位达到要求时，关闭进水阀门2、水泵3、阀门Ⅱ6，打开阀门Ⅳ11、风机13、阀门Ⅵ14，风机13将空气从太阳能电池板5的散热槽道26抽到出气管18中，并进入换热器8的螺旋管道9中，空气被螺旋管道9外部（换热器8内部）的冷水进行冷却，然后从回气管20和部分进气管19后回到太阳能电池板5的散热槽道26中，风机13再将空气抽到出气管18中，如此往复，直到热电偶温度计23检测换热器8内水温达到60℃时，热电偶温度计23将温度反馈给控制器，控制器开启出水阀门22将水放进热水箱10内，当水位计30测量的水位到达水位下限时，控制器开启进水阀门2、阀门Ⅱ6，冷水引入循环水管16进入换热器8，当热电偶温度计23测量水温小于30℃时，且水位计30测量的水位达到要求时，热电偶温度计23和水位计30将温度反馈给控制器，控制器关闭出水阀门22和进水阀门2，继续进行太阳能电池板5的冷却散热，以及热量收集。
Claims (1)
1.一种提高太阳能光伏热效率的空冷及水冷结合的PV/T系统，包括冷水入口（1）、进水阀门（2）、水泵（3）、阀门Ⅰ（4）、太阳能电池板（5）、阀门Ⅱ（6）、阀门Ⅲ（7）、换热器（8）、螺旋管道（9）、热水箱（10）、阀门Ⅳ（11）、阀门Ⅴ（12）、风机（13）、阀门Ⅵ（14）、进水管（15）、循环水管（16）、回水管（17）、出气管（18）、进气管（19）、回气管（20）、出水管（21）、出水阀门（22），热电偶温度计（23）、水位计（30）；太阳能电池板（5）包括保温材料（24）、平板式热管（25）、散热槽道（26）、太阳能电池（27）、EVA材料（28）、钢化玻璃（29），太阳能电池（27）上面依次设有EVA材料（28）、钢化玻璃（29），太阳能电池（27）下面依次设置平板式热管（25）、散热槽道（26）、保温材料（24），平板式热管（25）、散热槽道（26）、太阳能电池（27）侧面也包覆保温材料（24），散热槽道（26）由多个相互连通的管道组成，散热槽道（26）上设有出口Ⅰ、出口Ⅱ，出口Ⅰ和出口Ⅱ分别分支成两条管道，出口Ⅰ的一条分支管道通过进水管（15）与冷水入口（1）连接，冷水入口（1）处设有进水阀门（2），进水管（15）上还设有水泵（3）和阀门Ⅰ（4），进水管（15）上进水阀门（2）与水泵（3）之间连接循环水管（16），循环水管（16）上设有阀门Ⅱ（6），循环水管（16）另一端与换热器（8）连接，换热器（8）与回水管（17）连接，回水管（17）上设有阀门Ⅲ（7），回水管（17）与出口Ⅱ的一条分支管道连接；出口Ⅰ的另一条管道与出气管（18）连接，出气管（18）上设置风机（13）和阀门Ⅵ（14），出气管（18）另一端与螺旋管道（9）连接，螺旋管道（9）设置在换热器（8）内部，螺旋管道（9）另一端与回气管（20）连接，回气管（20）上设有阀门Ⅳ（11），出口Ⅱ的另一条分支管道与进气管（19）连接，进气管（19）上设有阀门Ⅴ（12），进气管（19）还与回气管（20）连接，热水箱（10）通过出水管（21）与换热器（8）连接，出水管（21）上设有出水阀门（22），进水阀门（2）和出水阀门（22）为电磁阀；热电偶温度计（23）、水位计（30）设置在换热器（8）内部，控制器分别与进水阀门（2）、热电偶温度计（23）、出水阀门（22）、水位计（30）连接；冷水入口（1）的位置高于换热器（8）的位置，进水管（15）的位置高于回水管（17）的位置，出气管（18）的位置高于进气管（19）和回气管（20）的位置。
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