CN110762866A - 太阳能光热光电一体式模块装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种太阳能光热光电一体式模块装置，以光热光电组合模块为主体，光热光电组合模块由透明盖板、光伏组件、防水绝缘层、集热部件、保温层及背板组成，利用层压技术将各层紧密压制在一起后，引出集热流道总入口、集热流道总出口及发电引出线；各个模块之间可以通过集热部件上的凹凸插块进行组合。本发明太阳能光热光电一体式模块装置具有多种光热光电一体化模块，可以根据安装环境进行选择，直接插装即可使用，安装简单快捷。

Description

太阳能光热光电一体式模块装置
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种太阳能光热光电一体式模块装置。
背景技术
现阶段，商业化批量生产多以单光热太阳能集热器或单光电太阳能光伏板为主，商业性质的太阳能光热光电装置多以聚光型太阳能光热发电系统辅以热量梯级利用为主，大型太阳能光热光电一体化装置很少投入生产与商业推广。现有太阳能光热光电装置多处于试验研发阶段，其光热光电特性基于光热集热部件及光伏发电部件的特定组合方式的改变而变化。已有提升太阳能光热光电装置性能的方法包括：改变光伏组件材质、改变光热集热部件流道形式或流道材质、调整冷却液组成或配比、改变聚光方式、改变光伏组件与光热集热部件的相对位置等。在制作工艺方面，包括在流道管外加设翅片、在真空集热管或平板式集热器内添加微小型聚光装置、在流道管道上添加减轻热膨胀装置等有效提升太阳能光热光电性能及一体化的方法。
实验室级别太阳能光热光电装置在考虑提升设备效率的同时，很少对加工工艺或商业化应用进行考虑，且太阳能光热光电一体化装置成本较高，使得太阳能光热光电装置多处于实验测试阶段，而非商业推广阶段；现有商业化的太阳能光热光电装置无法根据安装场地环境条件及应用所需进行灵活组合，光伏材质以单晶硅为主，集热装置以直流道铜管为主，形式较为单一；现有商业化太阳能光热光电装置的综合效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能光热光电一体式模块装置，通过不同模块的选择及插装，满足不同安装环境及用户要求，提升太阳能光热光电一体化设备的综合效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种太阳能光热光电一体式模块装置，其特征在于：以光热光电组合模块为主体，光热光电组合模块由透明盖板、光伏组件、防水绝缘层、集热部件、保温层及背板组成，利用层压技术将各层紧密压制在一起后，引出集热流道总入口、集热流道总出口及发电引出线；各个模块之间可以通过集热部件上的凹凸插块进行组合。
进一步的，单模块之间安装外壳，外壳和光热光电组合模块之间的空隙填充保温材料。
进一步的，模块组合好并利用外壳封装后，背部与支架组合，支架上配有可进行至少两个自由度180°转动的电动转动装置。
进一步的，所述集热部件流道形式包括标准直径直流道、蛇形流道、毛细管型流道或特殊形状扰流流道形式。
进一步的、每个集热部件上下或左右两侧或上下左右四侧设置流道初始端管路及流道末端管路，初始端管路管径均比末端管路管径扩大0.02～0.05mm，且末端管路顶端设置具有弹性的卡扣片。
进一步的，流道初始端管路及流道末端管路可呈对称状态或呈对角线状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明太阳能光热光电一体式模块装置具有多种光热光电一体化模块，可以根据安装环境进行选择，直接插装即可使用，安装简单快捷；利用压制技术制造满足用户材质需求的光热部件，利用层压工艺将光伏组件与光热部件紧密结合，既可以提升光热光电部件的整体性，降低漏电漏水的危害，又可以降低制作工艺的难度及成本；光热部件的多选择性可满足不同安装环境的效率要求；整套系统组成简单，安装便捷，使用方式及综合效率可满足用户的不同需求。
附图说明
图1为本发明中光热光电组合模块的正视图；
图2为本发明中光热光电组合模块的叠放图；
图3为本装置的安装结构示意图；
图4为本发明中外壳的剖面图；
图5(a)为本发明中直流道形式示意图；
图5(b)-图5(g)为本发明中毛细管型流道形式示意图；
图5(h)-图5(k)为本发明中特殊形状扰流流道形式示意图；
图6(a)是本发明中方案一的光热光电一体式组合模块组成示意图；
图6(b)是图6(a)中对应集热部件的示意图；
图7是本发明中方案一的光热光电一体式组合模块剖面图；
图8是方案一中太阳能光热光电一体式装置系统集热集电部分示意图；
图9(a)是本发明中方案二的光热光电一体式组合模块组成示意图；
图9(b)是图9(a)中对应集热部件的示意图；
图10是本发明中方案二的光热光电一体式组合模块剖面图；
图11是本发明中方案三的光热光电一体式组合模块组成示意图；
图12是本发明中方案三的光热光电一体式组合模块剖面图；
图13是本发明中方案三中太阳能光热光电一体式装置系统集热集电部分示意图；
图14是本发明中方案四的光热光电一体式组合模块剖面图；
图15是本发明中方案四太阳能光热光电系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。本发明太阳能光热光电一体式模块装置以光热光电组合模块为主体，配合储电及用热装置即形成太阳能光热光电一体化系统。如图1所示，光热光电组合模块由透明盖板1、光伏组件2、防水绝缘层3、集热部件4、保温层5及背板6组成；利用层压技术将各层紧密压制在一起后，引出集热流道总入口7、集热流道总出口8及发电引出线；单模块之间安装外壳9，亦可以各个模块组合后统一安装外壳，外壳和光热光电组合模块之间的空隙填充保温材料。光热光电组合模块具体叠放方式如图2所示，并利用层压技术将各层紧密压制在一起，形成一体式模块，每个模块的尺寸可按照用户要求从50mm×40mm至1200mm×1000mm进行调整，各个模块之间可以通过集热部件上的凹凸插块(13a凸、13b凹)进行组合，确保流道之间紧密接合。如图3所示，模块组合好并利用外壳封装后，背部可与支架12组合，支架上配有可进行至少两个自由度180°转动的电动转动装置11，该转动装置由光敏传感器10控制，实现实时追光，以实时保持最优综合效率。
光热光电组合模块中的透明盖板1材质包括钢化玻璃、耐高温透明树脂、或具有光选择性的透明材质等材料，确保太阳光的高透过率或光谱选择的准确率；厚度为0.5～2mm；可根据用户要求进行定制。光伏组件2材质包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓等常见有色光伏材质，降低设备成本；或透明薄膜电池以便太阳光在进行光伏作用后仍有部分太阳光可照射至集热部件上，提升系统综合效率；或双波组件以便太阳光可通过直射及折射在光伏组件上，提升光伏发电效率；厚度为2～8mm；可根据用户要求进行选择。防水绝缘层3由防水且绝缘的材料制成，如耐高温橡胶、树脂等；厚度为0.3～1mm。保温层5由绝缘防火保温材料制成，如聚苯材料、防火岩棉等；厚度为15～30mm；根据安装环境特点进行保温层材质及厚度的选择。背板6由硬度较高的材料制成，如不锈钢等，厚度为0.2～0.5mm。集热流道总入口7及集热流道总出口8的管径与每个集热部件4流道的初始端管径及末端管径相同，材质与集热部件流道材质相同或根据用户要求选用铜等材质，通过法兰进行总出入口与集热部件流道的连接；集热流道总出入口作为热源端与用户用热循环系统相连。外壳9由金属材质组成，特别的，外壳的端部有一定变形度及微突出卡口(如图4-9a)，可紧密的卡扣在光热光电组合模块上，厚度为0.8～2mm。
光热光电组合模块中的集热部件4由金属材质板材压制而成，材质如铝、铜或不锈钢等，具体材质根据用户要求进行制定。其流道形式包括标准直径直流道、蛇形流道(直径包括DN15、DN20、DN25等)，如图2中4b为一种蛇形流道形式，如图5(a)为一种直流道形式，管间距为10～50mm。亦包括毛细管型流道，如图5中(b～g)，各毛细管当量直径为0.5～2mm，管间距为1～5mm。亦包括特殊形状扰流流道形式，如图5中(h～k)，形状包括水滴形、圆形、菱形、椭圆形、长圆形等，扰流块当量直径为1～12mm，块间距为1.5～10mm。每个集热部件上下或左右两侧或上下左右四侧设置流道初始端管路17及流道末端管路18，如图5(a)所示；初始端管路管径均比末端管路管径扩大0.02～0.05mm，
且末端管路顶端设置具有弹性的卡扣片19，当末端管路插入初始端管路后能够自动恢复成圆环形式(圆环内直径与末端管路外径相同、外直径比末端管路外径扩大0.05～0.08mm)，便于模块组合时进行相互嵌套并可以满足密闭及热膨胀要求。流道初始端管路及流道末端管路可呈对称状态(如图5(b\c\f\g\h\i\j))或呈对角线状态(如图5(d\e\k))。每个集热部件左侧均设置3～6个当量直径为15～60mm的凹槽13b，右侧对应位置设置凸柱13a；下侧均设置2～4个当量直径为15～60mm的凹槽13b，上侧对应位置设置凸柱13a；凸柱的材质为有一定变形度的硬质橡胶，当量直径比凹槽扩大0.03～0.06mm，可以通过外力插装于凹槽内并紧密贴合，可以提升模块之间的密合度及防水性。集热部件整体厚度20～100mm。集热部件流道内的工质可根据安装环境及用户需求选用水、导热油、乙二醇溶液、具有光选性或可提升集热效率的纳米混合溶液、或其他常见溶液；集热部件材质可选用传热性能高的金属，如铝、铜等，亦可选用透明材质，如透明ABS、透明树脂等；并根据需要在集热部件流道表面进行吸热涂层的涂装。亦可根据用户要求进行流道形式3D打印模具开发，既降低成本又可通过调整流道形式提升系统综合效率。
以下为本发明的几种具体使用情况
方案一：根据安装环境情况及用户需要(狭长空间、寒冷地区)，如图6所示，选用玻璃盖板(1mm厚)、单晶硅2a(封装好后厚2.5mm)、绝缘树脂(0.3mm厚)、蛇形流道集热部件(当量直径DN15、流道截面为方形/管间距15mm/整体厚50mm/上下侧设置两对凹凸、左右侧设置三对凹凸/材质铜/工质水/具有吸热涂层)、聚苯保温层(20mm厚)及不锈钢背板(0.3mm厚)；如图7所示，利用层压技术将上述部件按顺序叠压在一起，形成光热光电一体式模块(1000mm×800mm)。为了保证集热部件流道的畅通性，图6(a)中4au集热部件与图6(b)中4ad成对使用。如图8所示，利用集热部件上的凹凸块及初始端管路及末端管路，将四块成对的光热光电一体式模块上下串联。本方案太阳能光热光电一体化系统中包括本模块、追光系统、储热罐、水泵、逆变器及蓄电池。可满足用户每日100L平均温度60℃热水需求及12.4kWh电量。
方案二：根据安装环境情况及用户需要(狭长空间、严寒地区)，如图9所示，选用透明树脂盖板(1.2mm厚)、单晶硅2a(封装好后厚2.5mm)、绝缘树脂(0.3mm厚)、蛇形流道集热部件(直径DN25/管间距20mm/整体厚60mm/上下侧设置两对凹凸、左右侧设置三对凹凸/材质铝/工质乙二醇溶液/具有吸热涂层)、岩棉保温层(50mm厚)及不锈钢背板(0.5mm厚)；如图10所示，利用层压技术将上述部件按顺序叠压在一起，形成光热光电一体式模块(1200mm×1000mm)。为了保证集热部件流道的畅通性，图9(a)中4bt集热部件与图9(b)中4b l成对使用。如图10所示，利用集热部件上的凹凸块及初始端管路及末端管路，将四块成对的光热光电一体式模块左右串联。本方案太阳能光热光电一体化系统中包括本模块、追光系统、间接换热罐、储热罐、水泵、逆变器及蓄电池。可满足用户每日120L平均温度60℃热水需求及18kWh电量。
方案三：根据安装环境情况及用户需要(宽阔空间、寒冷地区)，如图11所示，选用钢化玻璃盖板(1mm厚)、多晶硅2b(封装好后厚3mm)、绝缘树脂(0.5mm厚)、蛇形流道集热部件4c(当量直径DN20、流道截面方形/管间距20mm/整体厚35mm/上下侧设置两对凹凸、左右侧设置三对凹凸/材质透明树脂/工质具有光选性的高透明性纳米溶液)、蛇形流道集热部件4d(当量直径DN25、流道截面方形/管间距20mm/整体厚40mm/上下侧设置两对凹凸、左右侧设置三对凹凸/材质铝/工质可提升集热效率的金属纳米溶液/具有吸热涂层)、聚苯保温层(50mm厚)及不锈钢背板(1mm厚)；如图12所示，利用层压技术将上述部件按顺序叠压在一起，形成光热光电一体式模块(800mm×700mm)。为了保证集热部件流道的畅通性，如图13所示，利用集热部件上的凹凸块及初始端管路及末端管路，将十六块成对的光热光电一体式模块上下(4c集热部件上下插装)左右串联(4d集热部件左右插装)。本方案太阳能光热光电一体化系统中包括本模块、追光系统、间接换热罐、储热罐、水泵、逆变器及蓄电池。可满足用户每日630L平均温度60℃热水需求及64kWh电量。
方案四：根据安装环境情况及用户需要(寒冷地区、对热水量的需求高于用电要求)，如图14所示，选用钢化玻璃盖板(0.5mm厚)、蛇形流道集热部件4c(当量直径DN20、流道截面方形/管间距20mm/整体厚35mm/上下侧设置两对凹凸、左右侧设置三对凹凸/材质透明树脂/工质具有光选性的高透明性纳米溶液)、绝缘树脂(0.3mm厚)、单晶硅2a(封装好后厚2mm)、聚苯保温层(40mm厚)及不锈钢背板(0.5mm厚)，利用层压技术将上述部件按顺序叠压在一起，形成光热光电一体式模块(400mm×600mm)。如图15所示，由于方案四选用非水作为工质，并需要为用户提供生活热水及冬季冬暖16，所以系统中设置了间接换热器14及带有电加热装置的热水储热罐15。将8块本模块进行串联，系统中需要加设水泵17以满足集热工质循环要求。并在系统中装配逆变器及蓄电池18，以采集模块设备产生的电量。可满足用户每日200L平均温度80℃热水需求及28kWh电量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种太阳能光热光电一体式模块装置，其特征在于：以光热光电组合模块为主体，光热光电组合模块由透明盖板、光伏组件、防水绝缘层、集热部件、保温层及背板组成，利用层压技术将各层紧密压制在一起后，引出集热流道总入口、集热流道总出口及发电引出线；各个模块之间可以通过集热部件上的凹凸插块进行组合。
2.根据权利要求1所述的太阳能光热光电一体式模块装置，其特征在于：单模块之间安装外壳，外壳和光热光电组合模块之间的空隙填充保温材料。
3.根据权利要求1所述的太阳能光热光电一体式模块装置，其特征在于：模块组合好并利用外壳封装后，背部与支架组合，支架上配有可进行至少两个自由度180°转动的电动转动装置。
4.根据权利要求1所述的太阳能光热光电一体式模块装置，其特征在于：所述集热部件流道形式包括标准直径直流道、蛇形流道、毛细管型流道或特殊形状扰流流道形式。
5.根据权利要求4所述的太阳能光热光电一体式模块装置，其特征在于：每个集热部件上下或左右两侧或上下左右四侧设置流道初始端管路及流道末端管路，初始端管路管径均比末端管路管径扩大0.02～0.05mm，且末端管路顶端设置具有弹性的卡扣片。
6.根据权利要求5所述的太阳能光热光电一体式模块装置，其特征在于：流道初始端管路及流道末端管路可呈对称状态或呈对角线状态。
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