CN111207519A - 热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多功能热管式光伏光热模块‑特朗伯墙结合系统及方法，包括太阳能光伏光热模块、太阳能蓄电池、太阳能逆控一体机、水冷冷凝器、风冷冷凝器和特朗伯墙，本系统可实现发电、制热水、采暖以及净化空气等多种功能。在非采暖季，太阳能光伏光热模块与置于室外的水冷冷凝器结合，实现制热水功能；在采暖季，太阳能光伏光热模块与置于室内的风冷冷凝器、特朗伯墙结合，以主、动被动复合采暖方式，提高系统光电光热效率；同时，太阳能光伏光热模块背部的活性Al2O3涂层可利用温差实现CO2的吸附和脱附，实现调节室内空气质量的功能。除了季节性的实现制热水、采暖功能外，本系统同时可实现全年供电。

Description

热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统及方法
技术领域
本发明属于光伏光热技术与建筑结合领域，具体涉及热管式光伏光热系统与特朗伯墙结合在建筑中的应用。
背景技术
光伏光热系统具有发电、制热水及采暖多种功能，其结构可与建筑完美结合，既可以满足用户部分能源需求也可以装饰建筑外观。然而，现阶段的光伏光热模块采暖方式多采用水循环，具有易结冰、传热效率低等问题。
特朗伯墙可实现自然对流或强制对流的形式对房间进行采暖，其与光伏光热模块可结合使用。因特朗伯墙仅利用单一方式冷却光伏光热模块，其光电光热综合效率较低。在自然冷却情况下，光电光热综合效率约为36％，强制风冷情况下，光电光热综合效率约为45％。其大部分的能量以热损的形式散于室外，所以利用多种形式冷却光伏光热模块来提高其光电光热综合效率具有潜力和必要性。
发明内容
针对现有太阳能特朗伯墙冷却方式单一、换热效率低等问题，本发明提出了一种多功能热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统。该系统将热管式光伏光热模块与特朗伯墙相结合，以强制对流和自然对流相结合的方式对光伏光热模块进行叠加冷却，提高其光电光热综合效率；同时，将活性Al2O3二氧化碳吸附涂层与光伏光热模块相结合，可实现净化室内空气的功能。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统，包括太阳能光伏光热模块1、水冷冷凝器11、风冷冷凝器16，特朗伯墙23，太阳能蓄电池24，太阳能逆控一体机25；
太阳能光伏光热模块1用于吸收和转换太阳能、为系统提供电能和热能，所述太阳能光伏光热模块1包括靠近光照侧的玻璃板2、靠近用户侧的微通道集热板芯5、玻璃板2和微通道集热板芯5之间的隔热空气层3，太阳能电池片阵列4固定在微通道集热板芯5靠近太阳光照的一面，微通道集热板芯5背对太阳光照靠近用户的一面附着活性Al2O3二氧化碳吸附涂层7，太阳能光伏光热模块1侧面设置冷媒回液管9；
太阳能光伏光热模块1上方的墙体上设置室外通风口20，微通道集热板芯5的上端和冷媒蒸汽管8的下端连通，冷媒蒸汽管8的上端通过蒸汽管道和水冷蒸汽管阀门10连接铜管冷凝器13的蒸汽入口，铜管冷凝器13的回液出口通过回流管道和水冷回液管阀门14连接冷媒回液管9的上端，冷媒蒸汽管8的上端通过蒸汽管道和风冷蒸汽管阀门15连接风冷冷凝器16的蒸汽入口，风冷冷凝器16的回液出口通过回流管道和风冷回液管阀门19连接冷媒回液管9的上端；
特朗伯墙23设置于靠近用户的一侧，特朗伯墙的顶端设有特朗伯墙上风出口21用于使热风进入到室内，特朗伯墙的底部设有特朗伯墙下风入口22用于使室内冷风进入到特朗伯墙内，
风冷冷凝器16安装在室内，水冷冷凝器11和风冷冷凝器16二者位置高于太阳能光伏光热模块1；风冷冷凝器16包括微通道冷凝器18、连接于微通道冷凝器18末端的风扇17，风扇17带动室内空气不断与微通道冷凝器18换热；水冷冷凝器11包括储热水箱12和铜管冷凝器13，铜管冷凝器13位于储热水箱12内，用于将来自于太阳能光伏光热模块1的热量导入储热水箱12内的水中，储热水箱12的出水口和用户端26连通；
太阳能蓄电池24与太阳能电池片阵列4连接通过电线相连，用于储存电能，太阳能逆控一体机25与太阳能电池片阵列4并联后连接蓄电池24，太阳能逆控一体机25将蓄电池24的内的直流电转换成交流电供给用户端26使用。
作为优选方式，太阳能电池片阵列4通过热熔胶层压在微通道集热板芯5靠近太阳光照的一面。
作为优选方式，太阳能光伏光热模块1嵌于建筑物墙体内。
作为优选方式，特朗伯墙23为建筑物墙体的一部分。
作为优选方式，水冷冷凝器11安装在室外。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种多功能热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统的使用方法，其为：
在非采暖季，关闭特朗伯墙23，打开水冷蒸汽管阀门10，打开水冷回液管阀门14，关闭风冷蒸汽管阀门15和风冷回液管阀门19，太阳能电池片阵列4和微通道集热板芯5吸收太阳能，微通道集热板芯5吸收的热量经过冷媒蒸汽管8、水冷蒸汽管阀门10进入铜管冷凝器13，将来自于太阳能光伏光热模块1的热量导入储热水箱12内的水中，吸收热量的水通过客户端26提供热水，铜管冷凝器13内热量交换后的液态冷媒通过回流管道和水冷回液管阀门14返回冷媒回液管9；
在采暖季，打开特朗伯墙23为室内提供热量，关闭水冷蒸汽管阀门10和水冷回液管阀门14，打开风冷蒸汽管阀门15和风冷回液管阀门19，太阳能电池片阵列4和微通道集热板芯5吸收太阳能，微通道集热板芯5吸收的热量经过冷媒蒸汽管8、风冷蒸汽管阀门15进入风冷冷凝器16的微通道冷凝器18，风扇17带动室内空气不断与微通道冷凝器18换热；风冷冷凝器16的微通道冷凝器18内的液态冷媒通过回流管道和风冷回液管阀门19返回冷媒回液管9；室内冷风由特朗伯墙底部的特朗伯墙下风入口22进入到特朗伯墙内，被微通道集热板芯5加热后由特朗伯墙23顶端的特朗伯墙上风出口21进入到室内，完成室内采暖过程；
太阳能电池片阵列4吸收的热量转化为电能并存储于太阳能蓄电池24，太阳能逆控一体机25将蓄电池24的内的直流电转换成交流电供给用户端26使用；
活性Al2O3二氧化碳吸附涂层7贴附于微通道集热板芯5背对太阳光照靠近用户的一面，利用等压状态下活性Al2O3二氧化碳吸附涂层7低温吸附CO2、高温脱附CO2的特性，在特朗伯墙低温工作时间打开特朗伯墙上风出口21和特朗伯墙下风入口22，关闭室外通风口20，活性Al2O3二氧化碳吸附涂层7吸附室内CO2；在特朗伯墙高温工作时间Al2O3二氧化碳吸附涂层7脱附CO2，关闭特朗伯墙上风出口21，打开特朗伯墙下风入口22和室外通风口20，以自然对流方式将高温脱附后的CO2气体排出室外，达到调节室内空气质量的目的。
本发明采用太阳能光伏光热系统与特朗伯墙技术为建筑提供热水、电能，实现采暖以及净化空气功能。在非采暖季，热管式光伏光热系统可单独运行为建筑供电和热水。在采暖季，热管式光伏光热系统与特朗伯墙相结合，以主动、被动采暖相结合方式对建筑进行采暖；同时，利用光伏光热模块背部的活性Al2O3涂层吸附和排放室内CO2，达到净化空气作用。
相比现有技术，本发明的有益效果如下：
1、本发明将热管式光伏光热模块与特朗伯墙、活性Al2O3二氧化碳吸附涂层相结合，可为建筑提供电能、热水、采暖和净化空气功能，实现了系统功能多样化。
2、光伏光热模块采用热管传热，解决了冬季管路易结冰，传热效率低的问题。
3、热管风冷强迫对流与特朗伯自然对流相结合方式对光伏光热模块进行叠加冷却，提高其光电光热综合效率，提升采暖能力。
4、利用活性Al2O3二氧化碳吸附涂层在等压状态下低温吸附和高温脱附CO2的特性调节室内CO2浓度，调节室内空气质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种多功能热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供非采暖季热管光伏光热模块制热水模式平面图；
图3为本发明实施例提供采暖季热管光伏光热模块-特朗伯墙主被动复合采暖模式平面图；
图4为本发明实施例提供采暖季热管光伏光热模块-特朗伯墙空气净化模式平面图；
图中，1为太阳能光伏光热模块，2为玻璃板，3为隔热空气层，4为太阳能电池片阵列，5为微通道集热板芯，6为光伏光热模块边框，7为活性Al2O3二氧化碳吸附涂层，8为冷媒蒸汽管，9冷媒回液管，10为水冷蒸汽管阀门，11为水冷冷凝器，12为储热水箱，13铜管冷凝器，14为水冷回液管阀门，15为风冷蒸汽管阀门，16为风冷冷凝器，17为风扇，18为微通道冷凝器，19为风冷回液管阀门，20为室外通风口，21为特朗伯墙上风出口，22为特朗伯墙下风入口，23为特朗伯墙，24为太阳能蓄电池，25为太阳能逆控一体机，26为用户端。
具体实施方式
如图1所示，一种热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统，包括太阳能光伏光热模块1、水冷冷凝器11、风冷冷凝器16，特朗伯墙23，太阳能蓄电池24，太阳能逆控一体机25；
太阳能光伏光热模块1嵌于建筑物墙体内。太阳能光伏光热模块1用于吸收和转换太阳能、为系统提供电能和热能，所述太阳能光伏光热模块1包括靠近光照侧的玻璃板2、靠近用户侧的微通道集热板芯5、玻璃板2和微通道集热板芯5之间的隔热空气层3，太阳能电池片阵列4通过热熔胶层压在微通道集热板芯5靠近太阳光照的一面。微通道集热板芯5背对太阳光照靠近用户的一面附着活性Al2O3二氧化碳吸附涂层7，太阳能光伏光热模块1侧面设置冷媒回液管9；
太阳能光伏光热模块1上方的墙体上设置室外通风口20，微通道集热板芯5的上端和冷媒蒸汽管8的下端连通，冷媒蒸汽管8的上端通过蒸汽管道和水冷蒸汽管阀门10连接铜管冷凝器13的蒸汽入口，铜管冷凝器13的回液出口通过回流管道和水冷回液管阀门14连接冷媒回液管9的上端，冷媒蒸汽管8的上端通过蒸汽管道和风冷蒸汽管阀门15连接风冷冷凝器16的蒸汽入口，风冷冷凝器16的回液出口通过回流管道和风冷回液管阀门19连接冷媒回液管9的上端；
特朗伯墙23为建筑物墙体的一部分。特朗伯墙23设置于靠近用户的一侧，特朗伯墙的顶端设有特朗伯墙上风出口21用于使热风进入到室内，特朗伯墙的底部设有特朗伯墙下风入口22用于使室内冷风进入到特朗伯墙内，
水冷冷凝器11安装在室外，风冷冷凝器16安装在室内。风冷冷凝器16安装在室内，水冷冷凝器11和风冷冷凝器16二者位置高于太阳能光伏光热模块1；风冷冷凝器16包括微通道冷凝器18、连接于微通道冷凝器18末端的风扇17，风扇17带动室内空气不断与微通道冷凝器18换热；水冷冷凝器11包括储热水箱12和铜管冷凝器13，铜管冷凝器13位于储热水箱12内，用于将来自于太阳能光伏光热模块1的热量导入储热水箱12内的水中，储热水箱12的出水口和用户端26连通；
太阳能蓄电池24与太阳能电池片阵列4连接通过电线相连，用于储存电能，太阳能逆控一体机25与太阳能电池片阵列4并联后连接蓄电池24，太阳能逆控一体机25将蓄电池24的内的直流电转换成交流电供给用户端26使用。
如图2所示，利用所述的热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统提供热水的方法为：在非采暖季，关闭特朗伯墙23，打开水冷蒸汽管阀门10，打开水冷回液管阀门14，关闭风冷蒸汽管阀门15和风冷回液管阀门19，太阳能电池片阵列4和微通道集热板芯5吸收太阳能，微通道集热板芯5吸收的热量经过冷媒蒸汽管8、水冷蒸汽管阀门10进入铜管冷凝器13，将来自于太阳能光伏光热模块1的热量导入储热水箱12内的水中，吸收热量的水通过客户端26提供热水，铜管冷凝器13内热量交换后的液态冷媒通过回流管道和水冷回液管阀门14返回冷媒回液管9。
如图3所示，利用所述的热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统提供热风的方法为：在采暖季，关闭水冷蒸汽管阀门10和水冷回液管阀门14，打开风冷蒸汽管阀门15和风冷回液管阀门19，太阳能电池片阵列4和微通道集热板芯5吸收太阳能，微通道集热板芯5吸收的热量经过冷媒蒸汽管8、风冷蒸汽管阀门15进入风冷冷凝器16的微通道冷凝器18，微通道冷凝器18末端的风扇17将微通道冷凝器18的热气流吹入室内，以主动采暖形式进行采暖；打开特朗伯墙23，特朗伯墙以自然对流形式对太阳能光伏光热模块1进行冷却，以被动形式进行采暖。二者以不同换热形式叠加冷却太阳能光伏光热模块1，提高系统光电光热综合效率，提升系统采暖效果。风冷冷凝器16的微通道冷凝器18内的液态冷媒通过回流管道和风冷回液管阀门19返回冷媒回液管9；室内冷风由特朗伯墙底部的特朗伯墙下风入口22进入到特朗伯墙内，被微通道集热板芯5加热后由特朗伯墙23顶端的特朗伯墙上风出口21进入到室内，完成室内采暖过程。
利用所述的热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统发电的方法为：太阳能电池片阵列4和微通道集热板芯5吸收太阳能，太阳能电池片阵列4吸收的热量转化为电能并存储于太阳能蓄电池24，太阳能逆控一体机25将蓄电池24的内的直流电转换成交流电供给用户端26使用。
如图4所示，利用所述的热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统调节室内空气质量的方法为：活性Al2O3二氧化碳吸附涂层7贴附于微通道集热板芯5背对太阳光照靠近用户的一面，利用等压状态下活性Al2O3二氧化碳吸附涂层7低温吸附CO2、高温脱附CO2的特性，在特朗伯墙低温工作时间打开特朗伯墙上风出口21和特朗伯墙下风入口22，关闭室外通风口20，活性Al2O3二氧化碳吸附涂层7吸附室内CO2；在特朗伯墙高温工作时间Al2O3二氧化碳吸附涂层7脱附CO2，关闭特朗伯墙上风出口21，打开特朗伯墙下风入口22和室外通风口20，以自然对流方式将高温脱附后的CO2气体排出室外，达到调节室内空气质量的目的。
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 (6)

1.一种热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统，其特征在于：包括太阳能光伏光热模块(1)、水冷冷凝器(11)、风冷冷凝器(16)，特朗伯墙(23)，太阳能蓄电池(24)，太阳能逆控一体机(25)；
太阳能光伏光热模块(1)用于吸收和转换太阳能、为系统提供电能和热能，所述太阳能光伏光热模块(1)包括靠近光照侧的玻璃板(2)、靠近用户侧的微通道集热板芯(5)、玻璃板(2)和微通道集热板芯(5)之间的隔热空气层(3)，太阳能电池片阵列(4)固定在微通道集热板芯(5)靠近太阳光照的一面，微通道集热板芯(5)背对太阳光照靠近用户的一面附着活性Al2O3二氧化碳吸附涂层(7)，太阳能光伏光热模块(1)侧面设置冷媒回液管(9)；
太阳能光伏光热模块(1)上方的墙体上设置室外通风口(20)，微通道集热板芯(5)的上端和冷媒蒸汽管(8)的下端连通，冷媒蒸汽管(8)的上端通过蒸汽管道和水冷蒸汽管阀门(10)连接铜管冷凝器(13)的蒸汽入口，铜管冷凝器(13)的回液出口通过回流管道和水冷回液管阀门(14)连接冷媒回液管(9)的上端，冷媒蒸汽管(8)的上端通过蒸汽管道和风冷蒸汽管阀门(15)连接风冷冷凝器(16)的蒸汽入口，风冷冷凝器(16)的回液出口通过回流管道和风冷回液管阀门(19)连接冷媒回液管(9)的上端；
特朗伯墙(23)设置于靠近用户的一侧，特朗伯墙的顶端设有特朗伯墙上风出口(21)用于使热风进入到室内，特朗伯墙的底部设有特朗伯墙下风入口(22)用于使室内冷风进入到特朗伯墙内，
风冷冷凝器(16)安装在室内，水冷冷凝器(11)和风冷冷凝器(16)二者位置高于太阳能光伏光热模块(1)；风冷冷凝器(16)包括微通道冷凝器(18)、连接于微通道冷凝器(18)末端的风扇(17)，风扇(17)带动室内空气不断与微通道冷凝器(18)换热；水冷冷凝器(11)包括储热水箱(12)和铜管冷凝器(13)，铜管冷凝器(13)位于储热水箱(12)内，用于将来自于太阳能光伏光热模块(1)的热量导入储热水箱(12)内的水中，储热水箱(12)的出水口和用户端(26)连通；
太阳能蓄电池(24)与太阳能电池片阵列(4)连接通过电线相连，用于储存电能，太阳能逆控一体机(25)与太阳能电池片阵列(4)并联后连接蓄电池(24)，太阳能逆控一体机(25)将蓄电池(24)的内的直流电转换成交流电供给用户端(26)使用。
2.根据权利要求1所述的热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统，其特征在于：太阳能电池片阵列(4)通过热熔胶层压在微通道集热板芯(5)靠近太阳光照的一面。
3.根据权利要求1所述的热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统，其特征在于：太阳能光伏光热模块(1)嵌于建筑物墙体内。
4.根据权利要求1所述的热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统，其特征在于：特朗伯墙(23)为建筑物墙体的一部分。
5.根据权利要求1所述的热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统，其特征在于：水冷冷凝器(11)安装在室外。
6.权利要求1至5任意一项所述的一种多功能热管式光伏光热模块-特朗伯墙结合系统的使用方法，其特征在于：
在非采暖季，关闭特朗伯墙(23)，打开水冷蒸汽管阀门(10)，打开水冷回液管阀门(14)，关闭风冷蒸汽管阀门(15)和风冷回液管阀门(19)，太阳能电池片阵列(4)和微通道集热板芯(5)吸收太阳能，微通道集热板芯(5)吸收的热量经过冷媒蒸汽管(8)、水冷蒸汽管阀门(10)进入铜管冷凝器(13)，将来自于太阳能光伏光热模块(1)的热量导入储热水箱(12)内的水中，吸收热量的水通过客户端(26)提供热水，铜管冷凝器(13)内热量交换后的液态冷媒通过回流管道和水冷回液管阀门(14)返回冷媒回液管(9)；
在采暖季，打开特朗伯墙(23)为室内提供热量，关闭水冷蒸汽管阀门(10)和水冷回液管阀门(14)，打开风冷蒸汽管阀门(15)和风冷回液管阀门(19)，太阳能电池片阵列(4)和微通道集热板芯(5)吸收太阳能，微通道集热板芯(5)吸收的热量经过冷媒蒸汽管(8)、风冷蒸汽管阀门(15)进入风冷冷凝器(16)的微通道冷凝器(18)，风扇(17)带动室内空气不断与微通道冷凝器(18)换热；风冷冷凝器(16)的微通道冷凝器(18)内的液态冷媒通过回流管道和风冷回液管阀门(19)返回冷媒回液管(9)；室内冷风由特朗伯墙底部的特朗伯墙下风入口(22)进入到特朗伯墙内，被微通道集热板芯(5)加热后由特朗伯墙(23)顶端的特朗伯墙上风出口(21)进入到室内，完成室内采暖过程；
太阳能电池片阵列(4)和微通道集热板芯(5)吸收太阳能，太阳能电池片阵列(4)吸收的热量转化为电能并存储于太阳能蓄电池(24)，太阳能逆控一体机(25)将蓄电池(24)的内的直流电转换成交流电供给用户端(26)使用；
活性Al2O3二氧化碳吸附涂层(7)贴附于微通道集热板芯(5)背对太阳光照靠近用户的一面，利用等压状态下活性Al2O3二氧化碳吸附涂层(7)低温吸附CO2、高温脱附CO2的特性，在特朗伯墙低温工作时间打开特朗伯墙上风出口(21)和特朗伯墙下风入口(22)，关闭室外通风口(20)，活性Al2O3二氧化碳吸附涂层(7)吸附室内CO2；在特朗伯墙高温工作时间Al2O3二氧化碳吸附涂层(7)脱附CO2，关闭特朗伯墙上风出口(21)，打开特朗伯墙下风入口(22)和室外通风口(20)，以自然对流方式将高温脱附后的CO2气体排出室外，达到调节室内空气质量的目的。
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