CN110086425A - 太阳能光伏光热系统及其制作工艺 - Google Patents

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袁艳平
周锦志
张楠
季亚胜
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Abstract

一种太阳能光伏光热系统及其制作工艺,属于光伏光热技术领域。该系统腔体内从上到下依次为隔热层、光伏组件、吸热板、换热组件和保温层;其中光伏组件的核心元件为光伏电池,而吸热板采用玻璃基板,由于玻璃基板与硅太阳能电池的材料热膨胀系数相当,当电池工作使其温度升高时,能够减小玻璃基板与硅太阳能电池之间接触面的热应力,避免热应力所造成电池断裂或连接导线脱落的现象,延长了产品的使用寿命;并且通过热熔胶将光伏电池、玻璃基板和微通道换热器进行层压一体化,基于微通道换热器表面平整性和热熔胶的低损失热阻特性,降低了传热板与换热组件之间的热阻,简化了产品的制作步骤,降低了产品的制作成本。

Description

太阳能光伏光热系统及其制作工艺
技术领域
本发明属于光伏光热技术领域,具体涉及太阳能光伏光热系统及其制作工艺。
背景技术
随着社会的不断进步,科技的飞速发展,能源问题成为了人们最关注的问题。能源作为一个国家国民经济和社会发展的基础,能源问题已经成为了制约社会经济发展亟待解决的瓶颈问题。随着煤炭、石油等不可再生能源储量的告急,人们将目光投向了新型可再生能源的理利用,而在所有的新型能源中,太阳能又以其独特的优势成为关注的焦点。
太阳能光伏光热综合利用技术(Photovoltaic/thermal,PV/T)将光伏电池与太阳能集热技术结合起来,在光伏组件通过半导体的“光生伏特效应”利用太阳能转化为电能时,由集热组件中的冷却介质带走光伏电池产生的热量加以利用,同时产生电、热两种收益的技术。这样不仅可以有效控制光伏电池工作温度问题,提高光电转换效率,延长电池使用寿命,而且能够实现采暖供给,提高太阳能的利用效率。
目前对于太阳能光伏光热系统的研究和应用非常多,现阶段光伏光热系统中通常采用金属吸热板作为光伏电池的基板,然后在金属吸热板背面通过焊接(激光焊、超声波焊)和粘接(导热胶粘贴)方式固定换热管道,通过换热管道内传热介质的流动进行换热,达到回收并利用电池产生热量的效果。然而,传统的系统设计存在不可忽视的问题,最主要的便是热应力问题:由于金属吸热板与光伏电池的材质差异,经过长期的室外运行,光伏电池与金属吸热板之间热膨胀系数不匹配导致二者接触面出现热应力不均的情况,容易导致电池片断裂或连接导线脱落,不仅影响产品的电性能而且也严重缩短了产品的使用寿命。并且,传热管道和金属吸热板之间连接方式会直接影响到光伏组件的工作温度与集热组件的集热效率,使用焊接将换热管道固定在金属吸热板,人工成本较大,耗时较长,焊接位置可能出现破碎;使用粘接将换热管道固定在金属吸热板同时存在人工成本和时间成本较高的问题,且粘接层内部容易产生气泡,会明显影响传热效率。上述缺陷提高了太阳能光伏光热系统的制造成本,降低了产品的光电光热综合输出效率,影响了产品的质量。
发明内容
针对现有太阳能光伏光热系统存在制造成本高、能量利用率低和产品可靠性差问题,本发明提供一种太阳能光伏光热系统。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一方面,本发明提供一种太阳能光伏光热系统,包括具有容纳空间的外壳,设置于外壳内的保温层,在保温层上表面设置的换热组件,紧贴所述换热组件上表面设置的吸热板,在吸热板上表面设置的光伏组件,在光伏组件与其上方的外壳之间设置的隔热层,所述光伏组件包括光伏电池,在外壳上对应位置具有透光区域,使得太阳光照射到光伏电池上;其特征在于,所述吸热板作为光伏电池的基板采用玻璃基板,所述换热组件采用微通道换热器,所述光伏电池、玻璃基板和微通道换热器之间都通过热熔胶紧密结合。
进一步地,所述微通道换热器为具有若干细微流道密排结构且通道当量直径在10~1000μm的扁平管,具有表面平整性。
进一步地所述隔热层为空气层。
另一方面,本发明还提供一种太阳能光伏光热系统的制作工艺,包括如下步骤:
步骤1:在玻璃基板上单面制作硅光伏电池阵列;
步骤2:将贴附有硅光伏电池阵列的玻璃基板和微通道换热器通过热熔胶热层压到一起;
步骤3:对整体层压后紧密结合的硅太阳能电池阵列、玻璃基板和微通道换热器进行封装固定,并在微通道换热器与封装外壳之间留有空腔添加保温材料作为保温层,在封装外壳上对应硅光伏电池阵列所在位置装设透光板,在透光板与硅光伏电池阵列之间留有空气层作为隔热层。
进一步地,所述微通道换热器为具有若干细微流道密排结构且通道当量直径在10~1000μm的扁平管,具有表面平整性。
相比现有技术,本发明的有益效果是:
本发明所提出的太阳能光伏光热系统将光伏组件、吸热板、换热组件和保温层封装到外壳内部的容纳空间中,并在光伏组件与外壳之间设置隔热层;该系统腔体内从上到下依次为隔热层、光伏组件、吸热板、换热组件和保温层。其中光伏组件的核心元件为光伏电池,主要是利用半导体硅的“光生伏特效应”进行发电,而吸热板采用薄玻璃基板,由于该材质通常为二氧化硅或硅酸盐,与硅的热膨胀系数相当,当系统工作使得温度升高时,固定在玻璃基板上的光伏电池与玻璃基板之间的热膨胀程度相差较小,能够减小接触面的热应力,避免热应力所造成电池断裂或脱落的现象,延长了产品的使用寿命;并且本发明通过热熔胶将光伏电池、玻璃基板和微通道换热器进行层压一体化,利用微通道换热器表面平整性和热熔胶的低损失热阻特性,增大传热板与换热组件之间的换热面积,降低了传热板与换热组件之间的热阻,简化了产品的制作步骤,降低了产品的制作成本。综上所述,本发明提供系统使用寿命长,工作可靠性高,换热性能良好,并且制作装配方便,成本低,有利于实现大规模生产和应用。
附图说明
图1为本发明的光伏光热模块俯视图;
图2为本发明的光伏光热模块短边剖面图;
图3为本发明的光伏光热模块长边剖面图;
图中:1为玻璃盖板,2为光伏电池,3为玻璃基板,4为微通道换热器,5为保温层,6为金属框体,7为隔热层。
具体实施方式
为了使得所属领域技术人员能够更加清楚本发明方案及原理,下面结合附图和具体实施例进行详细描述。本发明的内容不局限于任何具体实施例,也不代表是最佳实施例,本领域技术人员所熟知的一般替代也涵盖在本发明的保护范围内。
实施例:
本实施例提供一种太阳能光伏光热系统,如图1所示为本发明提供光伏光热系统的俯视图,图2和图3示出该系统的长边剖面和短边剖面图,其包括具有容纳空间的金属框体6,设置于金属框体6内的保温层5,在保温层5上表面设置的微通道换热器4,紧贴所述微通道换热器4上表面设置的玻璃基板3,在玻璃基板3上表面设置的光伏组件,在光伏组件对应上方装设的玻璃盖板1,在光伏组件与玻璃盖板1之间设置的隔热层7,本实施例中隔热层7具体为空气层;所述光伏组件的核心元件为光伏电池2,本实施例中采用玻璃盖板1使得外界太阳光可照射到光伏电池2上进行光伏发电;本实施例中换热组件采用微通道换热器4,即一种具有多通道密排结构且通道当量直径在10~1000μm的换热器,这种换热器通常采用具有数十条细微流道的扁平管,具有表面平整性;本发明的主要创新在于采用玻璃基板3替换传统金属吸热板作为贴附有光伏电池2的基板,同时将光伏电池2、玻璃基板3和微通道换热器4之间都通过热熔胶进行紧密结合。
下面提供上述太阳能光伏光热系统的制作工艺,包括如下步骤:
步骤1:在玻璃基板3上单面制作周期性排布的硅光伏电池2,制得硅光伏电池阵列;
步骤2:将贴附有硅太阳能电池阵列的玻璃基板3和微通道换热器4通过热熔胶一次整体层压使之紧密结合到一起;
步骤3:对整体层压后紧密结合的硅光伏电池阵列、玻璃基板3和微通道换热器4进行封装固定,具体地,本实施例采用铝合金边框对所有结构进行封装固定;进行封装固定时,在微通道换热器4与封装外壳之间留有空腔添加保温材料作为保温层,在封装外壳上对应硅光伏电池阵列所在位置装设透光板,在透光板与硅光伏电池阵列之间留有空气层作为隔热层。
以上结合附图对本发明的实施例进行了详细阐述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下还可以做出很多变形,这些均属于本发明的保护。

Claims (5)

1.一种太阳能光伏光热系统,包括具有容纳空间的外壳,设置于外壳内的保温层,在保温层上表面设置的换热组件,紧贴所述换热组件上表面设置的吸热板,在吸热板上表面设置的光伏组件,在光伏组件与其上方的外壳之间设置的隔热层,所述光伏组件包括光伏电池,在外壳上对应位置具有透光区域,使得太阳光照射到光伏电池上;其特征在于,所述吸热板作为光伏电池的基板采用玻璃基板,所述换热组件采用微通道换热器,所述光伏电池、玻璃基板和微通道换热器之间都通过热熔胶紧密结合。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏光热系统,其特征在于,所述微通道换热器为具有若干细微流道密排结构且通道当量直径在10~1000μm的扁平管。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏光热系统,其特征在于,所述隔热层为空气层。
4.一种太阳能光伏光热系统的制作工艺,包括如下步骤:
步骤1:在玻璃基板上单面制作硅光伏电池阵列;
步骤2:将贴附有硅光伏电池阵列的玻璃基板和微通道换热器通过热熔胶热层压到一起;
步骤3:对整体层压后紧密结合的硅太阳能电池阵列、玻璃基板和微通道换热器进行封装固定,并在微通道换热器与封装外壳之间留有空腔添加保温材料作为保温层,在封装外壳上对应硅光伏电池阵列所在位置装设透光板,在透光板与硅光伏电池阵列之间留有空气层作为隔热层。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能光伏光热系统的制作工艺,其特征在于,所述微通道换热器为具有若干细微流道密排结构且通道当量直径在10~1000μm的扁平管。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111219887A (zh) * 2020-01-10 2020-06-02 上海理工大学 一种防过热的光伏光热复合利用装置
CN112594948A (zh) * 2020-12-15 2021-04-02 上海电力大学 一种纳米流体微通道光伏光热一体化蒸发器/集热器

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