CN109698672A - 一种装有集热器的太阳能板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装有集热器的太阳能板，涉及太阳能板领域，解决了对光伏组件进行散热的问题。本发明包括在光伏组件的背面设有集热器，所述集热器包括铝塑集热板，所述铝塑集热板经三角形凹凸处理过，铝塑集热板表面由多个连续三角形组成，且两个相邻三角形的边与边连接，顶点与顶点连接，在光伏组件背板上粘合多个热管，所述热管将上半部分的光伏组件上的热量传输到第一冷凝端，将下半部分的光伏组件上的热量传输到第二冷凝端，第一管道、第二管道内的载热流体往复循环。本发明具有增加集热面积、减缓风速、加大受热时间、对太阳能板背面的大量闲置空间加以了利用、散热效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能板，具体涉及一种装有集热器的太阳能板。
背景技术
在市场经济体制条件下，利用可再生的太阳能可以实现我国电力行业的长久发展，对于缓解我国能源危机具有重要作用。
然而，通常光伏发电仅能通过光伏组件发电，在运行过程中，未被利用的太阳辐射能中除了一部分被反射外其余大部分被电池吸收转化为热能，如果这些吸收的热量不能及时排除，太阳能电池长期在高温下工作不仅造成发电效率降低同时也会因迅速老化而缩短使用寿命，且系统安装所产生的空置空间不能得到合理的利用，因此对光伏组件进行散热，是一项急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：对光伏组件进行散热，本发明提供了解决上述问题的一种装有集热器的太阳能板。
本发明通过下述技术方案实现：
一种装有集热器的太阳能板，包括太阳能板，所述太阳能板包括光伏组件，所述光伏组件用于将太阳能转换为电能，在光伏组件的背面设有集热器，所述集热器包括铝塑集热板，所述铝塑集热板经三角形凹凸处理过，铝塑集热板表面由多个连续三角形组成，且两个相邻三角形的边与边连接，顶点与顶点连接，在光伏组件背板上粘合多个热管，所述热管将上半部分的光伏组件上的热量传输到第一冷凝端，将下半部分的光伏组件上的热量传输到第二冷凝端，所述第一冷凝端均与第一管道连通，所述第二冷凝端均与第二管道连通，第一管道、第二管道内注入有载热流体，载热流体在第一管道、第二管道内往复循环，用于给集热器散热。
本技术方案的设计原理为：我国现有的太阳能板发电过程中太阳能板面及背面会产生大量的热量，而这些热量未及时的得到利用，且太阳能板背面的大量空间闲置。本技术方案在光伏组件的背面设有集热器，所述集热器包括铝塑集热板，所述铝塑集热板经三角形凹凸处理过，增加集热面积、减缓风速、加大受热时间。
进一步的，第一管道、第二管道内的载热流体为防冻液。
进一步的，所述集热器包括铝塑集热板，还包括导热微孔管、工质铜管；铝塑集热板由铝质外框、铝塑复合板、内玻璃内侧、外玻璃外侧、硅酸铝保温材料组成；所述工质铜管通过压合与铝塑复合板联接。
进一步的，内玻璃内侧为钢化玻璃，位于铝塑集热板内层；外玻璃外侧为普通玻璃，位于铝塑集热板外层。
进一步的，所述太阳能板采用多杆成排支架，太阳能板倾斜角大于45°。
进一步的，所述铝塑集热板与光伏组件边框使用高温硅胶密封，实现无缝连接。
进一步的，热管为无机高效扁平多微孔热管。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种装有集热器的太阳能板；铝塑集热板内进行了凹凸处理，增加集热面积、减缓风速、加大受热时间。
2、本发明一种装有集热器的太阳能板；第一管道、第二管道内的载热流体往复循环给集热器散热，节约降温材料，提高工作效率。
3、本发明一种装有集热器的太阳能板，太阳能板采用多杆成排支架，具有有很好的稳定性，在外部激励作用下不易发生晃动；太阳能板倾斜角大于45°，使得20～30cm厚的积雪能在自重作用下自行滑落。
4、本发明一种装有集热器的太阳能板，对太阳能板背面的大量闲置空间加以了利用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A处放大图。
图3为本发明中太阳能板的正面图。
图4为本发明的辐照度、温度变换曲线图。
图5为本发明的温度变化曲线图。
图6为本发明的双杆支架前十阶固有频率。
图7为本发明的多杆成排支架前十阶固有频率。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-太阳能板，11-光伏组件，2-集热器，21-铝塑集热板，3-第一冷凝端，4-第二冷凝端，5-第一管道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图3所示，一种装有集热器的太阳能板，包括太阳能板1，所述太阳能板1包括光伏组件11，所述光伏组件11用于将太阳能转换为电能，在光伏组件11的背面设有集热器2，所述集热器2包括铝塑集热板21，所述铝塑集热板21经三角形凹凸处理过，铝塑集热板21表面由多个连续三角形组成，且两个相邻三角形的边与边连接，顶点与顶点连接，在光伏组件11背板上粘合多个热管，所述热管将上半部分的光伏组件11上的热量传输到第一冷凝端3，将下半部分的光伏组件11上的热量传输到第二冷凝端4，所述第一冷凝端3均与第一管道5连通，所述第二冷凝端4均与第二管道6连通，第一管道5、第二管道6内注入有载热流体，载热流体在第一管道5、第二管道6内往复循环，用于给集热器2散热。
本技术方案的设计原理为：我国现有的太阳能板1发电过程中太阳能板1正面及背面会产生大量的热量，而这些热量未及时的得到利用，且太阳能板1背面的大量空间闲置。本技术方案在光伏组件11的背面设有集热器2，所述集热器2包括铝塑集热板21，所述铝塑集热板21经三角形凹凸处理过，增加集热面积、减缓风速、加大受热时间；通过第一管道5、第二管道6内注入有载热流体，载热流体在第一管道5、第二管道6内往复循环，用于给集热器2散热。
进一步的，第一管道5、第二管道6内的载热流体为防冻液。
进一步的，所述铝塑集热板21与光伏组件11边框使用高温硅胶密封，实现无缝连接。
进一步的，热管为无机高效扁平多微孔热管。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种装有集热器的太阳能板；铝塑集热板21进行了凹凸处理，增加集热面积、减缓风速、加大受热时间。
2、本发明一种装有集热器的太阳能板；第一管道5、第二管道6内的载热流体往复循环给集热器2散热，节约降温材料，提高工作效率。
3、本发明一种装有集热器的太阳能板，太阳能板1采用多杆成排支架，具有很好的稳定性，在外部激励作用下不易发生晃动；太阳能板1倾斜角大于45°，使得20～30cm厚的积雪能在自重作用下自行滑落。
4、本发明一种装有集热器的太阳能板，对太阳能板1背面的大量闲置空间加以了利用。
实施例2
请参考图4至图5，本实施例与实施例1的区别在于，所述集热器2包括铝塑集热板21，还包括导热微孔管、工质铜管；铝塑集热板21由铝质外框、铝塑复合板、内玻璃内侧、外玻璃外侧、硅酸铝保温材料组成；所述工质铜管通过压合与铝塑复合板联接。
优选内玻璃内侧为钢化玻璃，位于铝塑集热板21内层；外玻璃外侧为普通玻璃，位于铝塑集热板21外层。
本实施例增加了集热器2集热温度，提高载热流体出口温度，减小铝塑集热板21至载热流体的传热热阻，以进一步改善集热器性能。
空晒性能测试
为了验证集热器的最大集热温度，本试验进行了空晒性能测试。对系统充加载热工质前用硅酸铝保温材料包裹集热器进出口管，并把集热器铜管进出口封闭，避免管外与管内空气间的对流对空晒测试结果的影响。试验时，每10min记录一次1、2、3、4、5、6、9测点的温度数据和太阳辐照度数据；取2、4、6测点的平均温度为铝塑集热板21温度，1、5测点平均温度为玻璃内侧温度。当日天气晴朗间或少云，微风。结果如图4所示。
试验结果表明：
铝塑集热板21温度、内玻璃内侧温度、外玻璃外侧温度随着太阳辐照度的变化而变化，且变化幅度依次减小，即铝塑集热板21温度随太阳辐照度的变化最大，外玻璃外侧温度随太阳辐照度的变化最小；
在太阳辐照度达到全天最大值1285W/m2，铝塑集热板21温度最高温度可达170.2℃，铝塑集热板21与环境温差最高达147.4℃；
铝塑集热板21温度升高幅度随着太阳辐照度的增大而变得缓慢，这是由于随着板温的升高，热损也随之增大导致的。
瞬时效率试验
试验理论分析：瞬时效率试验可以让我们对集热器的热效率有个定量的了解。本实验通过测得的温度和辐照度参数计算集热器瞬时效率，并拟合出瞬时效率拟合方程，公式推导如下。
集热器热平衡方程为：
Qu＝AaFR[Iταe-ULTf，i-Tα] 1；
式1中：
Qu-有用的有效收益，W；
Aa-集热器采光面积，m2；
FR-集热器热转移因子；
I-采光面太阳辐照度，W/m2；
ταe-有效透过吸收率；
UL-集热器总热损系数，W/m2·K；
Tf，i-载热流体进口温度，℃；
Tα-环境温度，℃；
瞬时集热效率为实际获得的有用功率与集热器采光表面接受的太阳辐照度之比：
η＝Qu/AaI 2；
式2中：
η-瞬时集热效率；
式3代入式2可得：
η＝FRταe-FR ULTf，i-Tα/I＝η0-UT2 3；
式3中：
η0-Tf，i＝Tα时的效率；
T2-归一化温差，K·m2/W；
U-以T2为参考的集热器总热损系数，W/K·m2；
实际有用的有效收益计算如下：
Q＝mcf△T 4；
式(4)中：
m—载热流体质量流量，kg/s；
cf—载热流体在集热器内平均温度下的比热容，J/(kg·K)；
ΔT—载热流体进出口温差，℃；
由试验测得的载热流体进出口温度、载热流体流量、环境温度、太阳辐照度等参数，代入式(3)、式(4)计算得出各离散点的值，通过线性拟合，即可得出以归一化温差为参考的集热器总热损系数。
集热性能测试与分析
测试时间2018-4-23日10:00～17:00，当日上午天空无云，下午少云，微风，载热工质流量(190±10)kg/h。铝塑集热板21内各测温点温度、载热流体进出口测温点和环境测温点温度的变化趋势曲线如图5所示。从图5中可以看出：
铝塑集热板21温度与载热流体出口温度变化趋势一致，即铝塑集热板21温度的微小变动都会引起载热流体出口温度的变化；
随着铝塑集热板21温的升高，铝塑集热板21与流体出口的温差也逐渐增大，最大温差出现于13:00，此时铝塑集热板21达到最大温度，铝塑集热板21与载热流体出口的温差为15.7℃。铝塑集热板21与载热流体出口温差较大，其原因为两者间的热阻比较大，因此，采取必要措施提高载热流体出口温度，减小铝塑集热板21至载热流体的传热热阻，以进一步改善集热器性能。
实施例3
请参考图6至图7，本实施例与实施例1、实施例2的区别在于，所述太阳能板1采用多杆成排支架，太阳能板1倾斜角大于45°。
本实施例采用多杆成排支架有很好的稳定性，在外部激励作用下不易发生晃动。考虑到寒冷地区降雪的影响，在冬季降雪频繁地区，倾斜角需要提高到45°以上，以使得20～30cm厚的积雪能在自重作用下自行滑落。
太阳能板1支架对比分析试验
实验条件：按照要求，太阳能板1支架需要承受48m/s的风速，综合考虑风力系数、高度系数、用途系数、环境系数之后，设定顺风风压：1.32KN/mm；太阳能板1的倾斜角固定设定为30°，太阳能板1支架需要承受48m/s的风速，由于局方所在地没有降雪发生，同时地震引起的荷重也远小于强风引起的荷重，所以分析中只考虑固定荷重和风压荷重。
在规定的风速压力下，实验测得双杆支架永久变形，多杆成排支架基本不见塑性变形；
在第一阶段振形下，实验测得双杆支架，频率0.86Hz，整体左右摆动，多杆成排支架频率2.68Hz，左右晃动。
实验结论：通过对双杆支架的前十阶固有频率结果分析可以发现，双杆支架有比较好的强度，局部加强后可以满足最大37m/s的风速压力作用。但是双杆支架的第一阶固有频率非常低，说明双杆支架极易发生摇晃。多杆成排支架有很好的强度和稳定性。从分析结果可以看出，该支架系统的最薄弱位置在其中的一个连接杆上。对该连接件做加强后，该设计可以满足局方要求的48m/s的风速作用。另外，从图6、图7频率分析结果可以看出，多杆成排支架除了第一阶段左右晃动频率2.68Hz，结构的其他振形对应的频率都超过7.5Hz，说明这种支架系统有很好的稳定性，在外部激励作用下不易发生晃动。因此我们采用多杆成排支架支撑太阳能板。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种装有集热器的太阳能板，包括太阳能板(1)，所述太阳能板(1)包括光伏组件(11)，所述光伏组件(11)用于将太阳能转换为电能，其特征在于，在光伏组件(11)的背面设有集热器(2)，所述集热器(2)包括铝塑集热板(21)，所述铝塑集热板(21)经三角形凹凸处理过，铝塑集热板(21)表面由多个连续三角形组成，且两个相邻三角形的边与边连接，顶点与顶点连接，在光伏组件(11)背板上粘合多个热管，所述热管将上半部分的光伏组件(11)上的热量传输到第一冷凝端(3)，将下半部分的光伏组件(11)上的热量传输到第二冷凝端(4)，所述第一冷凝端(3)均与第一管道(5)连通，所述第二冷凝端(4)均与第二管道(6)连通，第一管道(5)、第二管道(6)内注入有载热流体，载热流体在第一管道(5)、第二管道(6)内往复循环，用于给集热器(2)散热。
2.根据权利要求1所述的一种装有集热器的太阳能板，其特征在于，所述第一管道(5)、第二管道(6)内的载热流体为防冻液。
3.根据权利要求1所述的一种装有集热器的太阳能板，其特征在于，所述集热器(2)包括铝塑集热板(21)，还包括导热微孔管、工质铜管；铝塑集热板(21)由铝质外框、铝塑复合板、内玻璃内侧、外玻璃外侧、硅酸铝保温材料组成；所述工质铜管通过压合与铝塑复合板联接。
4.根据权利要求3所述的一种装有集热器的太阳能板，其特征在于，内玻璃内侧为钢化玻璃，位于铝塑集热板(21)内层；外玻璃外侧为普通玻璃，位于铝塑集热板(21)外层。
5.根据权利要求1所述的一种装有集热器的太阳能板，其特征在于，所述太阳能板(1)采用多杆成排支架，太阳能板(1)倾斜角大于45°。
6.根据权利要求1所述的一种装有集热器的太阳能板，其特征在于，所述铝塑集热板(21)与光伏组件(11)边框使用高温硅胶密封，实现无缝连接。
7.根据权利要求1所述的一种装有集热器的太阳能板，其特征在于，热管为无机高效扁平多微孔热管。
8.根据权利要求1所述的一种装有集热器的太阳能板，其特征在于，所述第二管道(6)设有循环泵，用于推动第一管道(5)、第二管道(6)内的载热流体往复循环。
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Patent Citations (4)
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