CN111021637B - 一种波浪型聚光光伏海绵屋顶结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，主要由波浪型聚光发电模块、海绵瓦片模块和屋顶阶梯模块组成。波浪型聚光发电模块通过聚光结构将太阳能聚焦在底部光伏电池上，将光能转换为电能进行发电利用。海绵瓦片模块由海绵蓄水管和冷热相变管耦合而成，在阴雨天气进行蓄水减排，在晴朗天气利用雨水或冷热相变管结构对光伏进行冷却换热，降低光伏表面温度，提高光伏的发电效率，此外利用屋顶阶梯式分层结构形成多级可控蓄热空腔，降低建筑室内温度的波动，减少冬夏季室内负荷。本发明具有晴天发电、雨天蓄水、冬暖夏凉等特点，结构简单，成本较低，建筑美观，应用前景广。
Description
技术领域
本发明涉及建筑节能技术领域，特别是涉及一种波浪型聚光光伏海绵屋顶结构。
背景技术
中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。目前，中国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球重要的太阳能光伏电池生产国。用太阳能代替常规能源满足建筑物对电力的要求即为太阳能建筑，太阳能建筑也将成为住宅产业现代化的发展趋势之一。
当前市面上的CPC聚光光伏节能瓦片多将光伏组件覆盖于瓦片上。这些产品具有生产成本较高，炎热天气建筑屋顶散热效果较差等缺陷。同时，过高的温度也对光伏组件的发电效率有一定的影响。
因此，研制一种成本低、效率高、散热快的光伏海绵屋顶结构已经成为一个很关键的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其将吸收的太阳能转换为电能，将多余的热量通过热管散发到屋外，或在冬季时将多余的热量供给到室内，具有轻便、高效等特点。
一种波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，主要由波浪型聚光发电模块、海绵瓦片模块和屋顶阶梯模块组成，波浪型聚光发电模块设置在海绵瓦片模块的内侧形成发电瓦片单体，多个发电瓦片单体在屋顶阶梯模块上拼接形成波浪曲面。
进一步，所述波浪型聚光发电模块主要由两边抛光面和底部柔性光伏组件组成。柔性光伏组件采用碲化镉材料制成。所述抛光面和柔性光伏组件覆盖在海绵瓦片模块内侧，所述柔性光伏组件位于海绵瓦片模块的底部位置，抛光面设置在柔性光伏组件的两侧，且抛光面沿海绵瓦片模块两侧向上延伸。
进一步，所述抛光面为曲面结构，将太阳光集中汇聚到下方的柔性光伏组件上发电，增强光电转换效率，且两边的抛光面由镜面反光材料组成镜面反光面，所述柔性光伏组件由柔性光伏构成，且将其设计为与镜面反光面对应的波浪结构。
波浪型聚光发电模块的两边抛光面和底部柔性光伏组件组成波浪聚光型结构，将聚集的光强波浪化均匀化，避免传统抛物面光强过于集中导致局部高温损坏光伏电池。
进一步，所述的海绵瓦片模块为波浪结构，由海绵瓦片基体、冷热相变管和海绵蓄水管组成，所述海绵瓦片基体内设置冷热相变管和海绵蓄水管，所述冷热相变管和海绵蓄水管交替设置，冷热相变管内部含有吸液芯，吸液芯浸有氟利昂等热交换介质。
具体的，所述冷热相变管和海绵蓄水管与海绵瓦片基体大小相匹配且置于其内部，形成湍流通道，从而增强冷热相变管的换热性能，扩大海绵蓄水管的蓄水量。
进一步，为了支撑和便于安装发电瓦片单体，所述屋顶阶梯模块包括梯形支撑架，所述发电瓦片单体倾斜设置在梯形支撑架上。
进一步，所述梯形支撑架与海绵瓦片模块紧密相连，对热量进行分层存储，分层供给。
进一步，为了提高稳定性，所述屋顶阶梯模块上还设有各级温度测点和温度显示器。各级温度测点测量出各级温度在温度显示器上显示。当海绵瓦片模块温度过高影响发电效率或室内温度较低需要供暖时，读出温度显示器度数，再按需求进行调整。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明采用聚甲醛材料制成的波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，在波浪聚光型瓦片上部增设抛光面，槽部增设柔性光伏组件。波浪聚光型瓦片底部装有常温冷热相变管，冷热相变管由冷热相变管、海绵蓄水管和吸液芯组成。吸液芯浸有氟利昂，环绕在管壁内侧上。当太阳光照射瓦片，照射在柔性光伏组件上的太阳光线可以被柔性光伏组件直接吸收，其余照射在抛光面上的太阳光线，经反射再被柔性光伏组件吸收转化为电能储存。海绵蓄水管在阴雨天气蓄水，形成海绵屋顶，防止城市洪涝，晴朗天气将雨水蒸发吸热，对光伏降温，提高光伏发电效率。炎热天气，海绵蓄水管中空气对流，能带走部分热量，对柔性光伏组件进行有效散热。极端炎热天气，瓦片底部的冷热相变管温度升高，在冷热相变管中间蒸发段，吸液芯内氟利昂受热蒸发，带走氟利昂的蒸发潜热。蒸汽从中间流向两端冷凝段，氟利昂蒸汽在冷凝段遇冷凝结成氟利昂液体，同时放出潜热。氟利昂在重力作用下，回流到蒸发段，形成一个封闭的循环，这种快速的往复不断的循环将热量传导开，避免热量堆积，达到了良好的散热效果。极端炎热天气，温度测点32测量出各级温度在温度显示器33上显示，再按需求进行调整，从而避免海绵瓦片模块2温度过高影响发电效率损坏柔性光伏组件12的情况发生。
本发明的波浪型聚光光伏海绵屋顶采用抛光面和柔性光伏组件相结合的设计，节约了生产成本。巧妙的利用了抛光面反射太阳光线，在达到相同效益的基础上，减少柔性光伏组件使用的面积，不仅节约了大量生产成本，还减轻了屋顶的重量。能有效解决目前市面产品造价高昂的问题。
本发明的波浪型聚光光伏海绵屋顶将传统太阳能瓦片、海绵蓄水管和冷热相变管组合，形成一种新型瓦片。海绵蓄水管在阴雨天气蓄水，形成海绵屋顶，防止城市洪涝，晴朗天气将雨水蒸发吸热，对光伏降温，提高光伏发电效率。炎热天气海绵蓄水管中空气对流，能带走部分热量，对柔性光伏组件进行有效散热。
极端炎热天气，利用冷热相变管内介质氟利昂在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程，高温蒸发潜热，低温凝结潜热，快速传导热量，达到散热的效果，能将温度维持在30度左右。解决了在炎热天气下建筑屋顶散热效果较差的缺陷，同时避免柔性光伏组件因温度过高造成效率降低甚至损坏的问题。也可以保证房屋维持在相对适宜的温度。极端寒冷天气，屋顶阶梯模块中的可控开关打开，瓦片底部的冷热相变管中储藏的热量可向室内释放，达到了良好的供暖效果。解决了在寒冷天气下室内温度过低的缺陷，同时减少了空调供暖所带来的能源损耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明波浪型聚光光伏海绵屋顶结构示意图；
图2是图1中发电瓦片单体的横截面结构示意图。
图3是本发明波浪型聚光光伏海绵屋顶结构海绵瓦片模块的结构示意图；
图4是本发明波浪型聚光光伏海绵屋顶铺设结构示意图。
图5是本发明波浪型聚光光伏海绵屋顶冷热相变管工作原理图。
图6是本发明波浪型聚光光伏海绵屋顶光路走向图。
图中：1、波浪型聚光发电模块，11、抛光面，12、柔性光伏组件，2、海绵瓦片模块，21、冷热相变管，211、冷凝段，212、蒸发段，22、海绵蓄水管，23、吸液芯，24、海绵瓦片基体，3、屋顶阶梯模块，31、梯形支撑架，32、各级温度测点，33、温度显示器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图6所示，本发明的一种波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，由波浪型聚光发电模块1、海绵瓦片模块2和屋顶阶梯模块3组成，波浪型聚光发电模块1设置在海绵瓦片模块2的内侧形成发电瓦片单体，多个发电瓦片单体在屋顶阶梯模块3上拼接形成波浪曲面。
波浪型聚光发电模块1由抛光面11和柔性光伏组件12组成。抛光面11、柔性光伏组件12覆盖在海绵瓦片模块2之上，抛光面11在柔性光伏组件12两侧，柔性光伏组件12在海绵瓦片模块2底部位置。抛光面11由镜面反光材料组成反光面，柔性光伏组件12由柔性光伏构成，抛光面11为曲面结构，将太阳光集中汇聚到下方的柔性光伏组件12上发电，增强光电转换效率，其中，两边的抛光面11由镜面反光材料组成镜面反光面，所述柔性光伏组件12由柔性光伏构成，且将其设计为与镜面反光面对应的波浪结构，将其设计为波浪结构，增强其上表面空气扰动，加强散热；该种波浪结构可防止传统抛物面聚光过于集中导致局部高温的情况，将聚集光强波浪化，均匀化，使抛光面11反射的太阳光更加均匀的照射在柔性光伏组件12表面。
如图3所示，所述的海绵瓦片模块2为波浪结构，包括海绵瓦片基体24、多组冷热相变管21和海绵蓄水管22，所述冷热相变管21和海绵蓄水管22设置在海绵瓦片基体24内，冷热相变管21内部含有吸液芯23，吸液芯23浸有热交换介质。
所述冷热相变管21和海绵蓄水管22与海绵瓦片基体24大小相匹配且置于海绵瓦片基体24内部，形成湍流通道，从而增强冷热相变管21的换热性能，扩大海绵蓄水管22的蓄水量。
所述屋顶阶梯模块3包括梯形支撑架31，所述发电瓦片单体倾斜设置在梯形支撑架31上。本实施例中梯形支撑架31包括侧板以及设置在侧板侧面上的多个层板，所述层板向往延伸的长度由侧板底部向上逐渐减小，所述发电瓦片单体倾斜设置在层板的端部形成波浪曲面。所述梯形支撑架31与海绵瓦片模块2紧密相连，对热量进行分层存储，分层供给。
如图4所示，所述屋顶阶梯模块3上还设有各级温度测点32和温度显示器33。各级温度测点32测量出各级温度在温度显示器33上显示。当海绵瓦片模块2温度过高影响发电效率或室内温度较低需要供暖时，读出温度显示器33度数，再按需求进行调整。
本技术方案海绵瓦片基体24采用聚甲醛材料制成；柔性光伏组件12采用碲化镉材料制成。本实施例中瓦片的规格为长220毫米，宽180毫米，厚度20毫米，工程用量为50片/平米。氟利昂为冷热相变管21内的热交换介质。
如图6所示，当太阳光照射海绵屋顶，太阳光线可以被柔性光伏组件12直接吸收，其余照射在抛光面11上的太阳光线，经反射再被柔性光伏组件12吸收转化为电能储存。海绵蓄水管22在阴雨天气蓄水，形成海绵屋顶，防止城市洪涝，晴朗天气将雨水蒸发吸热，对光伏降温，提高光伏发电效率。炎热天气海绵蓄水管22中空气对流，能带走部分热量，对柔性光伏组件进行有效散热。极端炎热天气，海绵瓦片模块2温度升高，如图5所示，在冷热相变管21中间蒸发段212，吸液芯23内氟利昂受热蒸发，带走氟利昂的蒸发潜热。蒸汽从中间流向两端冷凝段211，氟利昂蒸汽在冷凝段211遇冷凝结成氟利昂液体，同时放出潜热。氟利昂在重力作用下，回流到蒸发段212，形成一个封闭的循环，这种快速的往复不断的循环将热量传导开，达到了良好的散热效果。极端炎热天气，温度测点32测量出各级温度在温度显示器33上显示，再按需求进行调整，从而避免海绵瓦片模块2温度过高影响发电效率损坏柔性光伏组件12的情况发生。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其特征在于：包括波浪型聚光发电模块(1)、海绵瓦片模块(2)及屋顶阶梯模块(3)，波浪型聚光发电模块(1)设置在海绵瓦片模块(2)的内侧形成发电瓦片单体，多个发电瓦片单体在屋顶阶梯模块(3)上拼接形成波浪曲面；所述波浪型聚光发电模块(1)包括柔性光伏组件(12)，所述柔性光伏组件(12)由柔性光伏构成，且为波浪结构；所述的海绵瓦片模块(2)内设有冷热相变管(21)，所述冷热相变管(21)内部含有吸液芯(23)，吸液芯(23)浸有热交换介质；所述的屋顶阶梯模块(3)与海绵瓦片模块(2)紧密相连，对热量进行分层存储，分层供给。
2.如权利要求1所述的波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其特征在于：所述波浪型聚光发电模块(1)还包括抛光面(11)，所述抛光面(11)和柔性光伏组件(12)覆盖在海绵瓦片模块(2)内侧，所述柔性光伏组件(12)位于海绵瓦片模块(2)的底部位置，抛光面(11)设置在柔性光伏组件(12)的两侧，且抛光面(11)沿海绵瓦片模块(2)两侧向上延伸。
3.如权利要求2所述的波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其特征在于：所述抛光面(11)为曲面结构，将太阳光集中汇聚到下方的柔性光伏组件(12)上发电，增强光电转换效率，且两边的抛光面(11)是由镜面反光材料组成的镜面反光面，所述柔性光伏组件(12)为与镜面反光面对应的波浪结构。
4.如权利要求3所述的波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其特征在于：所述柔性光伏组件(12)采用碲化镉材料制成。
5.如权利要求2所述的波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其特征在于：所述海绵瓦片模块(2)曲面结构，包括海绵瓦片基体(24)，冷热相变管(21)设置在所述海绵瓦片基体(24)内，所述海绵瓦片基体(24)内还设有海绵蓄水管(22)，所述冷热相变管(21)和海绵蓄水管(22)交替设置。
6.如权利要求5所述的波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其特征在于：所述冷热相变管(21)和海绵蓄水管(22)与海绵瓦片基体(24)大小相匹配且置于其内部，形成湍流通道。
7.如权利要求3所述的波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其特征在于：所述屋顶阶梯模块(3)包括梯形支撑架(31)，所述发电瓦片单体倾斜设置在梯形支撑架(31)上。
8.如权利要求7所述的波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其特征在于：所述梯形支撑架(31)与海绵瓦片模块(2)紧密相连，对热量进行分层存储，分层供给。
9.如权利要求7所述的波浪型聚光光伏海绵屋顶结构，其特征在于：所述屋顶阶梯模块(3)上还设有各级温度测点(32)和温度显示器(33)，各级温度测点(32)测量出各级温度在温度显示器(33)上显示。
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