CN110345651A - 一种太阳能光伏光热集热装置及热电联产系统 - Google Patents

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CN110345651A CN201910545129.3A CN201910545129A CN110345651A CN 110345651 A CN110345651 A CN 110345651A CN 201910545129 A CN201910545129 A CN 201910545129A CN 110345651 A CN110345651 A CN 110345651A
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王强
于喆偲
柯彬彬
吴一梅
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Abstract

本发明提供了一种太阳能光伏光热集热装置及热电联产系统，涉及光伏发电技术领域。包括：封闭的壳体，壳体内部形成容纳腔；太阳能组件，安装于容纳腔内；集热水单元，包括设置于壳体一端的第一进口及设置于壳体另一端的第一出口，第一进口与第一出口通过集水流道连通；集空气单元，包括设置于壳体一端的第二进口及设置于壳体另一端的第二出口，第二进口与第二出口通过空气流道连通；所述集水流道与所述空气流道均位于容纳腔中且相互独立，太阳能组件用于加热集水流道中的水或空气流道中的空气；第一进口及所述第二进口均设置有控制阀门。本发明使得太阳能光伏光热集热装置的适用时间更长，在不同季节可选择应用其两种模式。

Description

一种太阳能光伏光热集热装置及热电联产系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体而言，涉及一种太阳能光伏光热集热装置及热电联产系统。
背景技术
太阳能光伏热(PV/T)集热器根据导热工质不同，可以分为太阳能PV/T热水集热器和太阳能PV/T空气集热器。其中，太阳能PV/T热水集热器主要用于制取生活热水，而太阳能PV/T空气集热器可用于建筑采暖和工农业干燥等。然而，对于太阳能PV/T热水集热器，在冬季有可能会使集热器管路内水冻结而导致管路及集热器损坏。而对于太阳能PV/T空气集热器，其空气集热功能在非采暖季往往处于闲置状态。可见现有技术中的太阳能光伏热集热器的使用局限性很大。
发明内容
为解决现有技术中太阳能光伏热集热器使用局限性大的技术问题，本发明的主要目的在于，提供一种集热装置适用范围更广的太阳能光伏光热集热装置及热电联产系统。
第一方面，本发明实施例提供了一种太阳能光伏光热集热装置，包括：
封闭的壳体，所述壳体内部形成容纳腔；
太阳能组件，安装于所述容纳腔内；
集热水单元，包括设置于所述壳体一端的第一进口及设置于所述壳体另一端的第一出口，所述第一进口与所述第一出口通过集水流道连通；
集空气单元，包括设置于所述壳体一端的第二进口及设置于所述壳体另一端的第二出口，所述第二进口与所述第二出口通过空气流道连通；
所述集水流道与所述空气流道均位于所述容纳腔中且相互独立，所述太阳能组件用于加热所述集水流道中的水或所述空气流道中的空气；所述第一进口及所述第二进口均设置有控制阀门。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述壳体具有透光的第一侧面以及至少一个反光材质的第二侧面，所述第二侧面为曲面，透过所述第一侧面的光线照射至所述第二侧面上。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述壳体为半圆柱形或半椭圆柱形，所述第一侧面为所述壳体的长方形侧面，所述第二侧面为所述壳体的曲侧面。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述壳体的两个端面及所述第二侧面设置有保温层；两个所述端面、所述第一侧面及所述第二侧面围成具有所述容纳腔的所述壳体。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述太阳能组件包括第一光伏组件及集热器，所述集热器包括第一吸热板；
所述第一光伏组件敷设于所述第一吸热板的一侧，所述第一吸热板的另一侧设置有若干排列设置的支管。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，还包括第一集水管及第二集水管，若干所述支管的一端均通过所述第一集水管与所述第一进口连通，若干所述支管的另一端均通过所述第二集水管与所述第一出口连通；
所述支管、所述第一集水管及所述第二集水管形成所述集水流道。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述集热器还包括第二吸热板，排列设置的所述支管位于所述第一吸热板与所述第二吸热板之间；所述第二吸热板一侧与所述支管连接，所述第二吸热板的另一侧敷设有第二光伏组件。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述第一光伏组件远离所述第一吸热板的一侧设置有透明的第一封装层，所述第一光伏组件靠近所述第一吸热板的一侧设置有不透光的第二封装层；和/或，
所述第二光伏组件远离所述第二吸热板的一侧设置有透明的第三封装层，所述第二光伏组件靠近所述第二吸热板的一侧设置有不透光的第四封装层。
第二方面，本发明实施例提供了一种热电联产系统，包括蓄热水箱、空气处理机组及上述任一项所述的太阳能光伏光热集热装置；
所述蓄热水箱与所述集热水单元连通，所述空气处理机组与所述集空气单元连通。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，还包括：辅助电加热器、逆变器和用电负载；
所述太阳能组件通过所述逆变器与所述空气处理机组、所述辅助电加热器及所述用电负载电连接。
本发明实施例提供的一种太阳能光伏光热集热装置及热电联产系统，将集热水单元及集空气单元集成于同一封闭的壳体内。在壳体的容纳腔内设置相互独立的集水流道及空气流道，当需要使用太阳能PV/T热水集热器功能时，保证集水流道的畅通，关闭空气流道，太阳能组件加热集水流道中的水，从而制取生活热水；当需要使用太阳能PV/T空气集热器功能时，保证空气流道的畅通，关闭集水流道，太阳能组件加热空气流道中的空气，进行采暖；从而使得太阳能光伏光热集热装置的适用时间更长，在不同季节可选择应用其两种模式，例如冬季可利用其太阳能PV/T空气集热器功能，夏季可利用其太阳能PV/T热水集热器功能，适用范围更广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明一实施例提供的太阳能光伏光热集热装置示意图；
图2是本发明一实施例提供的太阳能光伏光热集热装置侧视图；
图3是本发明一实施例提供的热电联产系统示意图；
图4是本发明一实施例提供的太阳能组件示意图。
附图标记：
1太阳能光伏光热集热装置，2蓄热水箱，3辅助电加热器，4空气处理机组，5逆变器，6用电负载；
11壳体，111第一进口，112第一出口，113第二进口，114第二出口，115第一侧面，116第二侧面；
12集热器，121第一吸热板，122第二吸热板，13支管，14第一光伏组件，15第二光伏组件。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
现有技术中太阳能PV/T热水集热器，在冬季夜晚环境温度低于零度时，热水集热器模块对天空有红外辐射，还有可能会使集热器管路内水冻结而导致管路及集热器损坏，所以太阳能PV/T热水集热器在寒冷条件下必须提前排空以保证安全。而对于太阳能PV/T空气集热器，其空气集热功能在非采暖季往往处于闲置状态，同时由于集热器内热量没有传热工质将其带走，模块内温度过高会导致光伏电池发电效率下降，甚至影响使用寿命；可见两种PV/T集热器在全年适宜使用时间上存在一些互补关系。
如图1-3所示，本发明实施例提供的一种太阳能光伏光热集热装置1，包括：封闭的壳体11、太阳能组件、集热水单元及集空气单元，其中，所述壳体11内部形成容纳腔，太阳能组件安装于所述容纳腔内。集热水单元包括设置于所述壳体11一端的第一进口111及设置于所述壳体11另一端的第一出口112，所述第一进口111与所述第一出口112通过集水流道连通；其中，第一进口111及第一出口112处均设置控制阀门。集空气单元包括设置于所述壳体11一端的第二进口113及设置于所述壳体11另一端的第二出口114，所述第二进口113与所述第二出口114通过空气流道连通，其中，第二进口113及第二出口114处均设置控制阀门。所述集水流道与所述空气流道均位于所述容纳腔中且相互独立，所述太阳能组件用于加热所述集水流道中的水或所述空气流道中的空气。本发明实施例提供的一种太阳能光伏光热集热装置1，将集热水单元及集空气单元集成于同一封闭的壳体11内。在壳体11的容纳腔内设置相互独立的集水流道及空气流道，当需要使用太阳能PV/T热水集热器功能时，保证集水流道的畅通，关闭空气流道，太阳能组件(具体为太阳能组件中的集热器12)加热集水流道中的水，从而制取生活热水；当需要使用太阳能PV/T空气集热器功能时，保证空气流道的畅通，关闭集水流道，太阳能组件(具体为太阳能组件中的集热器12)加热空气流道中的空气，进行采暖；从而使得太阳能光伏光热集热装置1的适用时间更长，在不同季节可选择应用其两种模式，例如冬季可利用其太阳能PV/T空气集热器功能，夏季可利用其太阳能PV/T热水集热器功能，适用范围更广。
可见，本发明实施例中提供的太阳能光伏光热集热装置1，将集热水单元及集空气单元集成于壳体11内，通过控制对应控制阀门的开闭，实现集水流道或空气流道的打开或关闭，当太阳能光伏光热集热装置1工作于光伏/水集热模式时,空气进出口(第二进口113及第二出口114)封闭并做好绝热，集热水单元的集水流道通过管路、阀门与太阳能光伏光热集热器热电联产系统中的蓄热水箱2相连通。当太阳能光伏光热集热装置1工作于光伏/空气集热模式时,集水流道两端的第一进口111及第二出口114封闭(在具体实施例中，可直接关闭第一水集管及第二水集管的进出口),第二进口113及第二出口114与空气流道相连通。实现太阳能组件(具体为太阳能组件中的集热器12)加热集水流道中的水或空气流道中的空气，进而实现太阳能PV/T热水集热器与太阳能PV/T空气集热器两种模式的切换，实现根据用户需求和环境条件的不同选择运行光伏/水集热模式或光伏/空气集热模式，冬季为建筑供暖、夏季制取生活热水。
本实施例中，所述壳体11具有透光的第一侧面115以及至少一个反光材质的第二侧面116，所述第二侧面116为曲面，透过所述第一侧面115的光线照射至所述第二侧面116上。第一侧面115可以为玻璃材质，第二侧面116可设置为相对的弧形或者波浪形的曲面，提升光线在第二侧面116上的反射率。第一侧面115入射的太阳光光线、第二侧面116反射的太阳光光线还能对加热空气流道中的空气进行进一步加热，与太阳能组件中的集热器12配合，三种路径一起加热空气。
优选的，如图2所示，本发明一实施例中，所述壳体11为半圆柱形或半椭圆柱形，所述第一侧面115为所述壳体11的长方形侧面，所述第二侧面116为所述壳体11的曲侧面，使得通过第一侧面115的光线在第二侧面116处进行反射回太阳能组件(集热器12或第二光伏组件15)处进一步利用，提高集热器12对阳光的利用率；同时能够提升太阳能组件(第二光伏组件15)的发电性能，相同时间产生更多的电和热。容纳腔的内部空腔结构构成空气流道(除安装集热器12及光伏组件的部位)。
另外，为保证壳体11内部的密封保温性能，本实施例中，所述壳体11的两个端面及第二侧面设置有保温层；两个所述端面、所述第一侧面115及所述第二侧面116围成具有所述容纳腔的所述壳体11。保温层可为玻璃纤维。
本发明一实施例提供的太阳能光伏光热集热装置1中，所述太阳能组件包括第一光伏组件14及集热器12，所述集热器12包括：第一吸热板；所述第一光伏组件敷设于所述第一吸热板的一侧，所述第一吸热板的另一侧设置有若干排列设置的支管13，支管13可为铜支管13、是集水流道的一部分，是水流动的通道；具体的，如图2所示，集热器12为平板集热器12，集热器12位于容纳腔的一侧，容纳腔的其余空腔则为空气流道。
本实施例中，还包括第一集水管及第二集水管，若干所述支管13的一端均通过所述第一集水管与所述第一进口111连通，若干所述支管13的另一端均通过所述第二集水管与所述第一出口112连通；所述支管13、所述第一集水管及所述第二集水管形成所述集水流道。支管13通过第一集水管连接外部供水设备，通过第二集水管连接蓄热水箱2。
为进一步提高集热器12对太阳能的利用率、以及集热器12的发电效率，本发明一实施例提供的太阳能光伏光热集热装置1中，集热器12还包括第二吸热板122，排列设置的所述支管13位于所述第一吸热板121与所述第二吸热板122之间；所述第二吸热板122一侧与所述支管13连接，所述第二吸热板122的另一侧敷设有第二光伏组件15。采用上下两层光伏组件设置的方式，集水流道位于两层光伏组件之间，双层光伏组件的设置可以收集更多的太阳能，集热发电效率更高，且节约光伏电池摆放空间。其中，第一吸热板121、第二吸热板122为银板。第一光伏组件14及第二光伏组件15可采用串联的晶硅电池。第一光伏组件14及第二光伏组件15发电并为外部设备供电，例如为系统中的空气处理机组4、辅助电加热器3及用电负载供电；集热器12的第一吸热板121、第二吸热板122用于加热水或空气。
可选地，本实施例中，所述第一光伏组件远离所述第一吸热板的一侧设置有透明的第一封装层，所述第一光伏组件靠近所述第一吸热板的一侧设置有不透光的第二封装层；本实施例中，第一封装层及第二封装层为TPT(Tedlar-Polyester-Tellar)封装层，第一封装层为透明TPT以透过太阳光，第二封装层为黑色TPT以增加太阳光吸收并保证第一光伏组件与第一吸热板绝缘。其中，第一吸热板远离第一光伏组件的一侧设置有排列的支管13，第一吸热板的表面通过激光焊接连接上述的铜支管13,支管13通过集热器12两端的第一集水管14、第二集水管与外部水路相连。
另外，所述第二光伏组件远离所述第二吸热板的一侧设置有透明的第三封装层，所述第二光伏组件靠近所述第二吸热板的一侧设置有不透光的第四封装层。第四封装层设置为黑色的TPT封装层，；第三封装层设置为透明的TPT封装层。另外，TPT、光伏组件、吸热板之间由EVA(乙稀/醋酸乙稀酯共聚物)粘合。
由图4可知，第一光伏组件14、第一吸热板121、排列设置的支管13、第二吸热板122及第二光伏组件15依次连接构成一个层叠结构，其中，第一光伏组件可吸收第一侧面115透过的光，第二光伏组件则可以有效利用由第二侧面116反射的光线，提升光的利用效率。太阳光可以照射在集热器12的上下两个表面，一方面使上下两层光伏组件吸收太阳能，提高发电效率，节约光伏电池摆放空间，另一方面给上下两个吸热板提供更多的热量，提高铜支管13的集热效率。此外，此结构使整个空腔聚集更多的太阳能，使空气流道得到更多热量，提高其集热效率。
如图3所示，本发明另一实施例提供的一种太阳能光伏光热集热装置1的热电联产系统，包括蓄热水箱2、空气处理机组4及上述的太阳能光伏光热集热装置1；所述蓄热水箱2与所述集热水单元连通，所述空气处理机组4与所述集空气单元连通。高效太阳能光伏光热集热器既可以在全年产生电能，又可以在夏季制取生活热水，在冬季为建筑物供暖。其中，如图所示，热电联产系统中的太阳能光伏光热集热装置1可设置若干个，根据实际需要的电量进行设置。
其中，如图3所示，还包括：辅助电加热器3、逆变器5和用电负载6；所述太阳能组件通过所述逆变器5与所述空气处理机组4、所述辅助电加热器3及所述用电负载6电连接，第一光伏组件14和第二光伏组件15为空气处理机组4、辅助电加热器3及用电负载6供电。在夏季，太阳能光伏光热集热装置1开启制热水模式，太阳能光伏光热集热装置1的光伏组件在产生电能的同时集热器进行制取生活热水，光伏组件产生的电能通过逆变器5转换为交流电后可为空气处理机组4、辅助电加热器3和其他用电负载6供电，集热器加热制取的生活热水通过管路存入蓄热水箱2中，可供人们沐浴及其他生活热水需求。在冬季，高效太阳能光伏光热集热装置1开启供热模式，高效太阳能光伏光热集热装置1在产生电能的同时制取热空气，产生的电能通过逆变器5转换为交流电后可为辅助电加热器3和其他用电负载6供电，制取的热空气通入空气处理机组4直接为建筑物供暖。不仅实现集热功能的全年有效运行，还保证了光伏电池始终处于高效状态。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能光伏光热集热装置，其特征在于，包括：
封闭的壳体(11)，所述壳体(11)内部形成容纳腔；
太阳能组件，安装于所述容纳腔内；
集热水单元，包括设置于所述壳体(11)一端的第一进口(111)及设置于所述壳体(11)另一端的第一出口(112)，所述第一进口(111)与所述第一出口(112)通过集水流道连通；
集空气单元，包括设置于所述壳体(11)一端的第二进口(113)及设置于所述壳体(11)另一端的第二出口(114)，所述第二进口(113)与所述第二出口(114)通过空气流道连通；
所述集水流道与所述空气流道均位于所述容纳腔中且相互独立，所述太阳能组件用于加热所述集水流道中的水或所述空气流道中的空气；所述第一进口(111)及所述第二进口(113)均设置有控制阀门。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏光热集热装置，其特征在于，所述壳体(11)具有透光的第一侧面(115)以及至少一个反光材质的第二侧面(116)，所述第二侧面(116)为曲面，透过所述第一侧面(115)的光线照射至所述第二侧面(116)上。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能光伏光热集热装置，其特征在于，所述壳体(11)为半圆柱形或半椭圆柱形，所述第一侧面(115)为所述壳体(11)的长方形侧面，所述第二侧面(116)为所述壳体(11)的曲侧面。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能光伏光热集热装置，其特征在于，所述壳体(11)的两个端面及所述第二侧面设置有保温层；两个所述端面、所述第一侧面(115)及所述第二侧面(116)围成具有所述容纳腔的所述壳体(11)。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏光热集热装置，其特征在于，所述太阳能组件包括第一光伏组件及集热器(12)，所述集热器(12)包括第一吸热板；
所述第一光伏组件敷设于所述第一吸热板的一侧，所述第一吸热板的另一侧设置有若干排列设置的支管(13)。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能光伏光热集热装置，其特征在于，还包括第一集水管(14)及第二集水管，若干所述支管(13)的一端均通过所述第一集水管(14)与所述第一进口(111)连通，若干所述支管(13)的另一端均通过所述第二集水管与所述第一出口(112)连通；
所述支管(13)、所述第一集水管(14)及所述第二集水管形成所述集水流道。
7.根据权利要求5所述的一种太阳能光伏光热集热装置，其特征在于，所述集热器还包括第二吸热板，排列设置的所述支管(13)位于所述第一吸热板与所述第二吸热板之间；所述第二吸热板一侧与所述支管(13)连接，所述第二吸热板的另一侧敷设有第二光伏组件。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能光伏光热集热装置，其特征在于，
所述第一光伏组件远离所述第一吸热板的一侧设置有透明的第一封装层，所述第一光伏组件靠近所述第一吸热板的一侧设置有不透光的第二封装层；和/或，
所述第二光伏组件远离所述第二吸热板的一侧设置有透明的第三封装层，所述第二光伏组件靠近所述第二吸热板的一侧设置有不透光的第四封装层。
9.一种热电联产系统，其特征在于，包括蓄热水箱(2)、空气处理机组(4)及权利要求1-8任一项所述的太阳能光伏光热集热装置(1)；
所述蓄热水箱(2)与所述集热水单元连通，所述空气处理机组(4)与所述集空气单元连通。
10.根据权利要求9所述的一种热电联产系统，其特征在于，还包括：辅助电加热器(3)、逆变器(5)和用电负载(6)；
所述太阳能组件通过所述逆变器(5)与所述空气处理机组(4)、所述辅助电加热器(3)及所述用电负载(6)电连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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