CN110518879A - 一种平板光伏光热层压一体化组件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种平板光伏光热层压一体化组件及制备方法,从下向上包括保温层、金属换热管、集热板、光伏层压组件与上层玻璃,光伏层压组件与上层玻璃之间间隔设置;保温层、集热板、光伏层压组件与上层玻璃的两端通过框架固定;其中,金属换热管采用机械固定的方式固定在集热板上。本发明在制备时,采用机械加固与导热胶结合的连接形式对管板进行连接,提高系统的导热性能、稳定性和轻便程度,同时简便了装配工艺;采用填充式管板结构,填充导热填料,增强换热器导热性能,解决了高效换热所带来的成本问题;同时采用双玻结构对系统进行全面的保温。以上三种措施的使用使光伏光热层压一体化组件更具有热效率高、使用寿命长的优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种平板光伏光热层压一体化组件及制备方法。
背景技术
太阳能光伏光热系统将太阳能无法转化为光伏电能的部分以热能的形式利用起来,用于输出热水。该系统既最大化利用了太阳能,实现电热联产,又通过工质冷却电池板降低了其温度,增加系统光电效率,在工业、商业及民用上具有广大的前景。近些年关于平板光伏光热组件的研究较多,主要围绕系统效率的提升以及系统的应用两方面。
平板光伏光热组件主要由光伏组件、吸热器、保温棉、边框等组成,吸热器与光伏组件的连接方式通常使用导热胶粘接的方式。高温层压的方式相对于导热胶粘接有导热性能强、结构紧凑、使用寿命长的优势,然而层压需达到120~160℃高温条件将封装胶膜融化,由于光伏组件与金属吸热器热膨胀系数相差较大,在冷却过程中会出现热应力过大而导致组件中心凸起的现象,对吸热器及光伏组件结构造成破坏,尚未推广。
电池底部的吸热器结构应用最为广泛的为管板连接,目前管板连接通常采用导热胶粘粘和焊接的形式。然而,导热胶使用时间一长便会老化,导致管板接触不佳,从而严重影响吸热器导热效率与使用寿命。焊接的方式往往较为稳固,但是应用在更具有优势的层压工艺上便会出现诸多问题,由于焊接的高温条件会破坏光伏组件,管板焊接工艺需在层压前进行。首先,焊接要求铝板的厚度不能太薄,以防止焊穿,不仅增加了系统成本,也增加了层压过程中的热应力,增大层压难度;其次,焊接的操作也会使铝板产生变形,使铝板难以贴合光伏组件;同时,层压冷却过程中组件会由于热应力产生变形,往往会破坏焊缝。若要实现高导热性能、长寿命的平板光伏光热组件,亟需发明一种新的管板连接方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平板光伏光热层压一体化组件及制备方法。
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种平板光伏光热层压一体化组件,从下向上包括保温层、金属换热管、集热板、光伏层压组件与上层玻璃,光伏层压组件与上层玻璃之间间隔设置;保温层、集热板、光伏层压组件与上层玻璃的两端通过框架固定;其中,金属换热管采用机械固定的方式固定在集热板上。
本发明进一步的改进在于,上层玻璃为光伏玻璃,上层玻璃与光伏层压组件的之间形成空气层。
本发明进一步的改进在于,光伏压层组件从上向下由光伏玻璃、光伏电池封装胶膜、光伏电池板、光伏电池封装胶膜与聚氟乙烯复合膜布置后高温层压而成。
本发明进一步的改进在于,集热板采用铝板,金属换热管采用矩形管,以蛇形盘管的形式分布;矩形管与集热板相接触,集热板上开设有若干孔,若干孔位于矩形管的两侧,每个孔内设置有螺钉,矩形管通过位于矩形管两侧的螺钉、固定件和螺母进行固定。
本发明进一步的改进在于,集热板与光伏层压组件采用EVA高温层压的方式连接。
本发明进一步的改进在于,保温层与集热板之间除去金属换热管的空隙均填充导热材料。
本发明进一步的改进在于,导热材料为导热硅脂与铁屑的混合物,并且导热硅脂与铁屑的质量比为(1~3):4。
一种平板光伏光热层压一体化组件的制备方法,包括以下步骤:
(1)处理集热板:在铝板上开与圆直孔后,将螺钉放置在孔中,采用冲压设备在压铆螺钉头部平压;
(2)处理电池片:将多晶硅电池片切割后进行串焊、排版,再从上往下将光伏玻璃、光伏电池封装胶膜、光伏电池板、光伏电池封装胶膜与聚氟乙烯复合膜布置后进行整体一次层压,制成光伏层压组件;
(3)组件二次层压:将光伏层压组件、光伏电池封装胶膜、铝板进行二次层压,底部填充弹性物料支撑组件,
(4)首先采用导热硅脂将换热管粘附于铝板上,再通过螺钉、固定件、螺母将换热管进行固定;
(5)填充导热材料:将铝板背部与保温层之间空隙填充导热材料,形成吸热器;
(6)整体封装:将上层玻璃、光伏层压组件、吸热器以及保温层、背板用边框进行卡紧。
本发明进一步的改进在于,步骤(2)中层压工艺条件为:加热温度为142℃,上室真空度为60kPa,下室真空度为100kPa,抽真空时间为6分钟,层压时间为12.5分钟,调压充气时间为18秒,开盖充气时间为50秒。
本发明进一步的改进在于,步骤(3)中,工艺条件为:加热温度为135℃,上室真空度为60kPa,下室真空度为100kPa,层压时间为7.5分钟。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果:
本组件采用机械加固与导热胶结合的连接形式来强化吸热器管板的导热接触,解决组件层压工艺问题。在提高板管导热性能、简化装配工艺的同时,不仅解决了导热胶使用寿命的问题,又避免了管板焊接结构对层压的不良影响。同时,换热管采用机械固定的方式固定在集热板上,机械加固的方式也对层压之后的光伏光热组件具有机械矫正的作用,以换热管的平整度来矫正层压时组件的变形情况。轻便简洁的连接方式使电池背面铝板的厚度要求降低。
本组件在电池板上部采用双玻结构,利用玻璃间空气层导热系数小、导热性能差的特点,形成一层自然的保温层对组件进行保温,降低系统热能耗散。同时吸热器底部添加保温材料,对系统进行全面的保温措施,大幅提高系统热效率。
进一步的,铝板的使用进一步降低系统的重量及成本,拓宽了光伏光热系统的应用市场。
进一步的,本组件采用填充式管板结构,在管板结构背部填充高效导热材料,在节省金属材料、降低系统成本的同时进一步强化系统吸热器的换热能力,提高系统热效率。导热材料采用铁屑填充的方式,在增强导热材料换热性能的同时,大大降低高效导热材料的成本,从而解决了高效换热所带来的成本问题。
本发明在制备时,采用机械加固与导热胶结合的连接形式对管板进行连接,解决组件层压工艺问题,提高系统的导热性能、稳定性和轻便程度,同时简便了装配工艺;采用填充式管板结构,填充导热填料,增强换热器导热性能,解决了高效换热所带来的成本问题;同时采用双玻结构对系统进行全面的保温。以上三种措施的使用使光伏光热层压一体化组件更具有热效率高、使用寿命长的优势,加快其应用前景的发展。
附图说明
图1为本发明的光伏光热层压一体化组件的结构示意图。
图2为集热板打孔示意图。其中,(a)为集热板正面打孔示意图,(b)为集热板背面与矩形管连接示意图。
图3为压铆螺钉冲压效果图。
图4为固定件结构示意图。
图5为双玻结构示意图。
图中,1为上层玻璃,2为光伏层压组件,3为集热板,4为金属换热管,5为保温层,6为框架,7为螺钉,8为固定件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
参见图1和图5,本发明的平板光伏光热层压一体化组件主要由上层玻璃1、光伏层压组件2、集热板3、金属换热管4、保温层5与框架6构成。其中,从下向上依次为:保温层5、金属换热管4、集热板3、光伏层压组件2与上层玻璃1,光伏层压组件2与上层玻璃1之间间隔设置。
上层玻璃1为3.2mm厚的光伏玻璃,上层玻璃1与光伏层压组件2的之间形成空气层,利用空气导热系数小、导热性能差的特点,形成一层自然的保温层对组件进行保温,降低系统热能耗散。
参见图1,光伏压层组件2从上向下由光伏玻璃、EVE(光伏电池封装胶膜)、光伏电池板、EVE与绝缘材料TPT(聚氟乙烯复合膜)高温层压而成。光伏电池板采用市场上应用广泛的156.75mm*156.75mm尺寸的5主栅线多晶硅电池片从中间切割而成的156*78尺寸的电池片,以减小电流,减小光伏电池的焦耳损失。进行串焊与排版。TPT采用黑色TPT,减少太阳光在平板表面的反射以得到更多的热能。
光伏层压组件2与保温层5之间设置有吸热器,吸热器由集热板3、换热管4和填充的导热材料构成。
参见图2中的(a)和(b),集热板3采用2mm厚的薄铝板,处于光伏层压组件2与金属换热管4之间,增强换热性能,提高电池板温度分布均匀性。如图2所示,集热板3在相应位置进行开孔,采用与压铆螺钉7直径相同的圆直孔,在需要固定的矩形管位置两侧分别打孔。将压铆螺钉7冲压于集热板3中,形成一侧平整、一侧为螺钉凸起的薄板结构,如图3所示,具体使用方式如下:在集热板7上开圆直孔后,将压铆螺钉7放置在孔中,采用冲压设备平行均匀地在头部平压,由于压铆螺钉7头部底下有齿纹压花,冲压后集热板3在压铆螺钉7的周围产生变形,与齿纹压花咬合从而形成一个牢固的外螺纹。
集热板3与光伏层压组件2采用EVA高温层压的方式连接,在光伏层压组件2整体一次层压制作完成后直接通过EVA与装有压铆螺钉7的集热板3进行二次层压,冷却过程中将组件倒置,四周施加外力来矫正热应力产生的变形。
换热管4使用矩形管来增大与集热板3的接触面积,采用蛇形盘管的形式分布,由铝矩形管切割焊接而成。换热管4与集热板3的连接方式为:首先用导热胶固定换热管于集热板3上,每段换热管均处于两个压铆螺钉7之间;然后用固定件8和螺母将换热管4利用机械加固的方法固定起来,参见图4。固定件8采用不锈钢的材料,激光切割加工,加工时需保证内框10mm*10mm的尺寸精度。
保温层5使用高保温性能、低密度的聚氨酯材料,置于换热管4底部,用于组件底部保温,同时在框架6封装空隙处进行部分填充,降低周边热损耗。保温材料底部粘接一层薄背板对组件进行整体密封。
集热板(铝板)背部与保温层之间的空隙均填充导热材料,进一步增强系统吸热器的换热能力,提高系统热效率。导热材料以导热硅脂为基底,加入高导热性能、低成本的填充物铁屑进行充分混合,并且导热硅脂与铁屑的质量比为(1~3):4。将混合之后的导热材料一层一层涂刷至管板背部以达到填充空隙、加强板管换热的效果。
框架6采用密度轻、耐用的铝合金材料,对组件四周进行密封,如图5所示,上槽口用来夹住上层玻璃1,下槽口用于夹光伏层压组件2。组合安装完毕之后使用密封胶对边框及底部进行密封。
上述组件的制备方法主要分为以下几步:
(1)集热板处理:在薄铝板上开与压铆螺钉公称直径相同的圆直孔后,将压铆螺钉放置在孔中,采用冲压设备平行均匀地在头部平压,由于压铆螺钉头部底下有齿纹压花,冲压后薄铝板在压铆螺钉的周围产生变形,与齿纹压花咬合从而形成一个牢固的外螺纹。
(2)电池片处理:将156*156的5主栅线多晶硅电池片切割,形成156*78的多晶硅电池片,进行串焊、排版,再从上往下将光伏玻璃、EVA、光伏电池、EVATPT进行整体一次层压,制成光伏组件,层压工艺条件为142℃的加热温度,上室真空度为60kPa,下室真空度为100kPa,经过6分钟的抽真空与12.5分钟的层压时间,调压充气时间设置为18秒,开盖充气时间设置为50秒。;
(3)组件二次层压:将光伏组件、EVA、冲压完成的薄铝板在光伏组件一次层压完成后直接进行二次层压,底部填充弹性物料支撑组件,工艺条件为:135℃的加热温度,上室真空度为60kPa,下室真空度为100kPa,7.5分钟的层压时间。冷却过程中先将组件水平放置在工作台上,四周垫上垫块,中心位置施加外力使中心位置比边缘高度低0.5cm左右,以过度弯曲来矫正热膨胀导致的变形,温度降至60℃左右后撤去外力,水平自然放置冷却;
(4)吸热器安装:首先用导热硅脂固定换热管于集热器上,每段换热管均处于两个压铆螺钉之间;然后用固定件、螺母将换热管利用机械加固的方法固定起来;
(5)填充导热材料:导热材料以导热硅脂为基底,加入高导热性能、低成本的填充物铁屑进行充分混合。将混合之后的导热材料一层一层涂刷至管板背部,将换热器与保温层之间空隙完全填充;
(6)整体封装:将上层玻璃、光伏组件及涂完导热材料的吸热器、保温层、背板用边框将四侧卡紧,将边框缝隙处以密封胶来密封,完成整体封装,电池板汇流带导至背部连接接线盒,并将接线盒固定于组件背部。
Claims (10)
1.一种平板光伏光热层压一体化组件,其特征在于,从下向上包括保温层(5)、金属换热管(4)、集热板(3)、光伏层压组件(2)与上层玻璃(1),光伏层压组件(2)与上层玻璃(1)之间间隔设置;保温层(5)、集热板(3)、光伏层压组件(2)与上层玻璃(1)的两端通过框架(6)固定;其中,金属换热管(4)采用机械固定的方式固定在集热板(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种平板光伏光热层压一体化组件,其特征在于,上层玻璃(1)为光伏玻璃,上层玻璃(1)与光伏层压组件(2)的之间形成空气层。
3.根据权利要求1所述的一种平板光伏光热层压一体化组件,其特征在于,光伏压层组件(2)从上向下由光伏玻璃、光伏电池封装胶膜、光伏电池板、光伏电池封装胶膜与聚氟乙烯复合膜布置后高温层压而成。
4.根据权利要求1所述的一种平板光伏光热层压一体化组件,其特征在于,集热板(3)采用铝板,金属换热管(4)采用矩形管,以蛇形盘管的形式分布;矩形管与集热板(3)相接触,集热板(3)上开设有若干孔,若干孔位于矩形管的两侧,每个孔内设置有螺钉(7),矩形管通过位于矩形管(4)两侧的螺钉(7)、固定件(8)和螺母进行固定。
5.根据权利要求1或4所述的一种平板光伏光热层压一体化组件,其特征在于,集热板(3)与光伏层压组件(2)采用EVA高温层压的方式连接。
6.根据权利要求1或4所述的一种平板光伏光热层压一体化组件,其特征在于,保温层(5)与集热板(3)之间除去金属换热管(4)的空隙均填充导热材料。
7.根据权利要求6所述的一种平板光伏光热层压一体化组件,其特征在于,导热材料为导热硅脂与铁屑的混合物,并且导热硅脂与铁屑的质量比为(1~3):4。
8.一种如权利要求1所述的平板光伏光热层压一体化组件的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)处理集热板:在铝板上开与圆直孔后,将螺钉(7)放置在孔中,采用冲压设备在压铆螺钉(7)头部平压;
(2)处理电池片:将多晶硅电池片切割后进行串焊、排版,再从上往下将光伏玻璃、光伏电池封装胶膜、光伏电池板、光伏电池封装胶膜与聚氟乙烯复合膜布置后进行整体一次层压,制成光伏层压组件(2);
(3)组件二次层压:将光伏层压组件(2)、光伏电池封装胶膜、铝板进行二次层压,底部填充弹性物料支撑组件,
(4)首先采用导热硅脂将换热管(4)粘附于铝板上,再通过螺钉(7)、固定件、螺母将换热管(4)进行固定;
(5)填充导热材料:将铝板背部与保温层(5)之间空隙填充导热材料,形成吸热器;
(6)整体封装:将上层玻璃(1)、光伏层压组件(2)、吸热器以及保温层(5)、背板用边框(6)进行卡紧。
9.根据权利要求8所述的平板光伏光热层压一体化组件的制备方法,其特征在于,步骤(2)中层压工艺条件为:加热温度为142℃,上室真空度为60kPa,下室真空度为100kPa,抽真空时间为6分钟,层压时间为12.5分钟,调压充气时间为18秒,开盖充气时间为50秒。
10.根据权利要求8所述的平板光伏光热层压一体化组件的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,工艺条件为:加热温度为135℃,上室真空度为60kPa,下室真空度为100kPa,层压时间为7.5分钟。
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