CN111564512A - 一种低温运行的太阳能光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温运行的太阳能光伏组件，包括框架，所述框架内从上到下依次设有盖板、太阳能电池和冷却装置，所述冷却装置包括固定设置在框架内壁上的固定架，所述固定架内设有透光板和集热板，所述固定架的下端设有保温层，所述保温层的上表面涂覆有反射层，且反射层的上表面与集热板的下表面紧密贴合，所述集热板的内设有导热管。本发明构思新颖，使用集热板代替普通太阳能光伏组件中的背板，既不会影响光伏组件的正常工作或使用寿命，又极大的提高了太阳能电池的散热效率，从而提升光伏系统的发电量，同时集热板吸收的热量可通过制冷剂的热交换被外部吸热部件再次利用，达到能源循环利用的目的。

Description

一种低温运行的太阳能光伏组件
技术领域
本发明涉及太阳能光伏组件技术领域，尤其涉及一种低温运行的太阳能光伏组件。
背景技术
太阳能电池是太阳能光伏发电系统的核心，光伏电池组件效率的提升、制造工艺的进步以及原材料价格下降等因素都会导致光伏发电成本的下降，有关测算表明，光伏组件效率提升百分之一，约相当于光伏发电系统价格下降百分之十七，但光伏电池效率提升非常困难，沿着原有技术方向继续提高常规太阳电池效率需要花费更大精力与财力，想要在短期内取得重大突破、效率获得大幅度提升面临着种种困难，因为光伏电池受温度等环境因素影响很大，较低的温度有利于效率的提升，因此，通过抑制太阳电池的温升来提高其发电效率成为研究的热点。
常规光伏组件为叠层结构，组件叠层顺序依次为玻璃铺设、第一层封装材料铺设、电池串排版、第二层封装材料铺设、背板铺设、组框，其中组件光伏组件所用的背板大多都是TPT、KPK、KPF、玻璃等材料制成，没有隔热降温效果，现有的光伏电池板通常使用额外的隔热材料或隔热水板对其进行降温，这种降温方式一方面效率较低，并且随着时间的增加降温效果会越来越差，另一方面无法对光伏板电池产生的热量进行利用，造成能源浪费，因此，我们提出一种低温运行的太阳能光伏组件。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种低温运行的太阳能光伏组件。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种低温运行的太阳能光伏组件，包括框架，所述框架内从上到下依次设有盖板、太阳能电池和冷却装置，所述冷却装置包括固定设置在框架内壁上的固定架，所述固定架内设有透光板和集热板，所述固定架的下端设有保温层，所述保温层的上表面涂覆有反射层，且反射层的上表面与集热板的下表面紧密贴合，所述集热板的内设有导热管，且导热管的进水口与出水口位于集热板的外部并连接有换热装置。
优选地，所述换热装置包括压缩机、冷凝器和膨胀阀，所述压缩机的进气口与排气口分别与导热管的出水口、冷凝器的进气管相连接，所述冷凝器的出气管通过膨胀阀与导热管的进水口相连接。
优选地，所述盖板由石英材料制成，所述集热板的外侧壁涂覆有吸热涂层。
优选地，所述盖板与太阳能电池之间设有第一封装层，所述太阳能电池与冷却装置之间设有第二封装层，且第一封装层与第二封装层均由乙烯-醋酸乙烯共聚物制成。
优选地，所述反射层、集热板、透光板与固定架之间均设置有隔热片。
本发明的有益效果：
1、通过设置使用冷却装置代替普通太阳能光伏组件中的背板，冷却装置中的集热板、导热管、反射层、保温层等装置可以将太阳能电池板上的热量快速吸收，并通过导热管内的冷却液与外接低温源换热，从而达到对太阳能电池板快速降温的目的，进而提升光伏组件的发电量，增加发电效率。
2、集热板为平板式超薄塑钢流道集热板，具有普通背板的所有的特性，如粘接性、绝缘性、抗腐蚀性等，不会影响太阳能光伏组件的正常工作与使用寿命，同时，与普通背板相比，平板式超薄塑钢流道集热板的厚度更小，有利于缩小光伏组件的厚度，使光伏组件构造更加精巧。
3、通过设置由压缩机、冷凝器、膨胀阀构成的换热装置，导热管内的制冷剂吸收太阳能电池的热量后蒸发为气态，气态冷媒介质在冷凝器中经过冷却凝结为液态，再经膨胀阀减压后进入集热板管路，完成一个制冷循环，通过制冷介质不断循环流动实现热能传输与交换，传输的热能可用于取暖或对物体进行加热，从而对此部分热量二次利用。
4、第二封装层采用高克重乙烯-醋酸乙烯共聚物，防止集热板压裂太阳能电池，并且乙烯-醋酸乙烯共聚物具有良好的耐低温性和耐水性，用于封装太阳能电池可以对其起到保护作用。
5、通过设置保温层和隔热片，可以避免集热板的热量散失，使热量回收的更充分，保温层上方的反射层可以将光线或热量反射到集热板上，帮助集热板吸收更多的热量用于制冷剂的热交换。
综上所述，本发明构思新颖，使用集热板代替普通太阳能光伏组件中的背板，既不会影响光伏组件的正常工作或使用寿命，又极大的提高了太阳能电池的散热效率，从而提升光伏系统的发电量，同时集热板吸收的热量可通过制冷剂的热交换被外部吸热部件再次利用，达到能源循环利用的目的。
附图说明
图1为本发明提出的一种低温运行的太阳能光伏组件的结构示意图；
图2为本发明提出的一种低温运行的太阳能光伏组件中冷却装置的结构示意图；
图3为本发明提出的一种低温运行的太阳能光伏组件中导热管与换热装置部分的结构示意图。
图中：1框架、2盖板、3第一封装层、4太阳能电池、5第二封装层、6冷却装置、7隔热片、8保温层、9反射层、10集热板、11透光板、12导热管、13固定架、14压缩机、15冷凝器、16膨胀阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3，一种低温运行的太阳能光伏组件，包括框架1，框架1内从上到下依次设有盖板2、太阳能电池4和冷却装置6，冷却装置6包括固定设置在框架1内壁上的固定架13，固定架13为绝热并有一定强度的材质制成，固定架13内设有透光板11和集热板10，集热板10为平板式超薄结构，固定架13的下端设有保温层8，保温层8可由无机材料，如岩棉、膨胀珍珠岩、微纳隔热等保温材料制成，用于对集热板10的保温，增加换热效率，同时保温层8只位于固定架10的下端，不会影响太阳能电池4的散热，保温层8的上表面涂覆有反射层9，且反射层9的上表面与集热板10的下表面紧密贴合，反射层9可将光线反射到集热板10上，增加集热板10吸收的热量，集热板10的内设有导热管12，导热管12由塑钢制成，换热系数高，且导热管12的进水口与出水口位于集热板10的外部并连接有换热装置。
本发明中，换热装置包括压缩机14、冷凝器15和膨胀阀16，压缩机14的进气口与排气口分别与导热管12的出水口、冷凝器15的进气管相连接，冷凝器15的出气管通过膨胀阀16与导热管12的进水口相连接，冷凝器15可由水箱或取暖源代替，将高温冷凝液携带的温度换热到低温物体中，实现对集热板10的降温，导热管12内流动有R22或其它制冷剂。
本发明中，盖板2由石英材料制成，不会影响阳光透过盖板2照射到太阳能电池4上，太阳能电池4可将光能转化为电能，集热板10的外侧壁涂覆有吸热涂层，可以加快太阳能电池4与集热板10之间的热量交换速率。
本发明中，盖板2与太阳能电池4之间设有第一封装层3，太阳能电池4与冷却装置6之间设有第二封装层5，且第一封装层3与第二封装层5均由乙烯-醋酸乙烯共聚物制成，第二层封装层5采用高克重乙烯-醋酸乙烯共聚物，目的是起到承重作用，防止太阳能电池4被压裂。
本发明中，反射层9、集热板10、透光板11与固定架13之间均设置有隔热片7，避免热量通过固定架13逸散，造成能源浪费。
本发明使用时，依次将冷却装置6、太阳能电池4、盖板2安装在框架1内，其中，冷却装置6与太阳能电池4的下表面通过第二封装层5固定粘合在一起，盖板2与太阳能电池4的上表面通过第一封装层3固定粘合在一起，且第一封装层3与第二封装层5均由乙烯-醋酸乙烯共聚物制成，第二层封装层5采用高克重乙烯-醋酸乙烯共聚物，目的是起到承重作用，防止太阳能电池4被压裂，冷却装置6中导热管12的出水口与压缩机14的进气口连通，导热管12的进水口与膨胀阀16相连通，压缩机14的出气口连接有冷凝器15进气管，冷凝器15的出气管连接有膨胀阀16；
集热板10为平板式超薄结构，且其上方设有透光板11，一方面是为了让集热板10接收光照，另一方面透光板11对集热板10起到保护作用，集热板10的下方设有反射层9和保温层8，保温层8用于对集热板10的保温，防止热量逸散，反射层9将其他方向的光照反射到集热板10上，用于集热板10的加热，导热管12由塑钢制成，换热系数高，使导热管12内的制冷剂充分吸收热量，增加换热效率，同时，保温层8只位于固定架10的下端，不会影响太阳能电池4的散热，此外，反射层9、集热板10、透光板11与固定架13之间均设置有隔热片7，避免热量通过固定架13逸散，造成能源浪费；
在太阳能电池4工作时，根据相关的经验公式可知，太阳能电池4的温度一般稳定在环境温度以上10℃-30℃,正常情况下，电池温度在60℃以下，但是在通风不良的情况下,板温甚至可能达到80℃，而且晶体硅太阳电池4的发电效率依赖其工作温度，温度每上升1℃将导致输出功率减少0.4％～0.5％，这种情况下除温度上升带来输出能量和效率的下降外,电池组件的失配也将造成整个系统的电压和电流的降低,甚至由于恶性循环导致热斑，造成太阳电池4的损坏，因此，在太阳能电池4下方设置冷却装置6，将太阳能电池4上的热量转移到集热板10上；
集热板10内的导热管12由塑钢制成，具有很好的导热性，导热管12内注入冷媒介质，如R22或其他制冷剂，冷媒介质通过集热板10吸收光伏组件运行时的热量后蒸发为气态，气态冷媒介质通过压缩机14升压升温后进入冷凝器15，然后气态冷媒介质在冷凝器15中经过冷却凝结为液态，再经膨胀阀16减压后进入集热板10内的管路中，完成一个制冷循环，通过制冷介质不断的在冷却装置6与换热装置之间循环流动进行热能传输与交换，一方面可以降低光伏组件的运行温度，并且降温效率很高，可使光伏组件一直处于最佳工作温度中，从而提升光伏系统的发电效率，另一方面，可以合理有效的利用组件运行时产生的热量对冷凝器15进行加热，冷凝器15可为水箱或取暖源或其他一切需要供暖、加热的装置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低温运行的太阳能光伏组件，包括框架(1)，其特征在于，所述框架(1)内从上到下依次设有盖板(2)、太阳能电池(4)和冷却装置(6)，所述冷却装置(6)包括固定设置在框架(1)内壁上的固定架(13)，所述固定架(13)内设有透光板(11)和集热板(10)，所述固定架(13)的下端设有保温层(8)，所述保温层(8)的上表面涂覆有反射层(9)，且反射层(9)的上表面与集热板(10)的下表面紧密贴合，所述集热板(10)的内设有导热管(12)，且导热管(12)的进水口与出水口位于集热板(10)的外部并连接有换热装置。
2.根据权利要求1所述的一种低温运行的太阳能光伏组件，其特征在于，所述换热装置包括压缩机(14)、冷凝器(15)和膨胀阀(16)，所述压缩机(14)的进气口与排气口分别与导热管(12)的出水口、冷凝器(15)的进气管相连接，所述冷凝器(15)的出气管通过膨胀阀(16)与导热管(12)的进水口相连接。
3.根据权利要求1所述的一种低温运行的太阳能光伏组件，其特征在于，所述盖板(2)由石英材料制成，所述集热板(10)的外侧壁涂覆有吸热涂层。
4.根据权利要求1所述的一种低温运行的太阳能光伏组件，其特征在于，所述盖板(2)与太阳能电池(4)之间设有第一封装层(3)，所述太阳能电池(4)与冷却装置(6)之间设有第二封装层(5)。
5.根据权利要求1所述的一种低温运行的太阳能光伏组件，其特征在于，所述反射层(9)、集热板(10)、透光板(11)与固定架(13)之间均设置有隔热片(7)。
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