CN111954981A - 热交换系统 - Google Patents

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Hall Enterprises Ltd
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Abstract

一种用于太阳能光伏板的热交换单元，包括：支撑板，该支撑板包括凹入该支撑板的上表面中的U形通道；柔性管，该柔性管被定位在被配置为运送流体的U形通道内；以及后板，该后板被定位在该支撑板后方，该后板具有反射表面，以反射来自该支撑板的热量；其中，该热交换单元被配置为被定位成与太阳能板处于热接触，在该支撑板与该太阳能光伏板之间具有柔性管，以便有助于该柔性管与该太阳能板之间的热交换。

Description

热交换系统
技术领域
本发明涉及一种热交换系统，尤其涉及一种用于太阳能光伏板的热交换单元。
背景技术
太阳能光伏板电转换效率随温度升高而降低。例如，250W的额定光伏板在70℃时只能输出170W。
本发明试图提供一种方式来克服或大幅改善现有技术的至少一些缺陷、或至少提供替代性方案。
应当理解，如果本文中提及任何现有技术信息，那么这种提及并不构成对该信息在澳大利亚或任何其他国家构成了本领域的公知常识的一部分的承认。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了一种用于太阳能光伏板的热交换单元，该热交换单元包括：
支撑板，该支撑板包括凹入该支撑板的上表面中的U形通道；
柔性管，该柔性管被定位在被配置为运送流体的U形通道内；以及
后板，该后板被定位在该支撑板后方，该后板具有反射表面，以反射来自该支撑板的热量；
其中，该热交换单元被配置为被定位成与太阳能板处于热接触，在该支撑板与该太阳能光伏板之间具有柔性管，以便有助于该柔性管与该太阳能板之间的热交换。
该热交换单元的实施例是独立式的并且可以装配至太阳能光伏板上，以调节太阳能光伏板的温度。
在实施例中，该柔性管被布置为在连续的路径中在该板周围运输流体，该热交换器具有入口和出口，该入口用于接纳流体进入该热交换器，该出口用于使流体从该热交换器流出，该热交换单元被配置为有助于该流体与该太阳能板之间的热交换。
这种实施例的优点在于热交换单元可以简单地连接到流体系统的流体路径中。对流体的性质(包括温度、压力、和流量)的控制允许管理太阳能光伏板与流体之间的热交换。
在实施例中，U形通道被配置为在该U形通道的表面与该柔性管的表面之间提供接触表面积。
在实施例中，该柔性管被配置为被加压，以使该柔性管在该U形通道内扩张，从而增加该接触表面积。这种实施例允许通过增加接触表面积来改进柔性管与U形通道之间的热连接。
实施例包括金属层，该金属层被定位在该柔性管上、被配置为当该热交换单元附着至太阳能光伏板上时被定位在该柔性管与该太阳能光伏板之间。这种实施例包含柔性管并且避免了柔性管的暴露。金属层增加了支撑板与柔性管之间的热连接。
在实施例中，该后板在较低温度时反射来自该支撑板的热量，但是在较高温度时用作散热器。这种实施例使得热量能够包含在单元内但是也允许离开单元的热量的交换，以避免过热。
取决于板安装在的气候，不同程度的隔热材料可以放置在后板的内部。白天最高温度较低的较冷气候能够覆盖后板的较大百分比的内面，由此使效率最大化，并且使过热以及随后传递流体的沸腾的风险较低。
在实施例中，至少一个间隔件将后板与支撑板分开。这种实施例避免了支撑板与后板之间的接触，以减少支撑板与后板之间的热交换。
在实施例中，该热交换器被划分成多个热室，这些热室由定位在该支撑板与该后板之间的隔热材料限定，该隔热材料被配置为限制沿该热交换器的长度的气流。这种实施例防止沿热交换器的长度的气流，以减少在热交换单元上的温度梯度。
在实施例中，通过将该热交换器附着至该太阳能板上的至少一个后部的附着杆来保持该热交换单元与该太阳能光伏板热接触，该后部的附着杆被配置为与该太阳能光伏板接合，该后部的附着杆起拱，以驱动该热交换器与该太阳能板接触。这种实施例改进了热交换单元与太阳能光伏板之间的表面接触。
在实施例中，热交换单元被配置为改装到太阳能光伏板中。
在第二实施例中，本发明提供了一种用于太阳能光伏板的热交换器，该热交换器包括
支撑板，该支撑板包括凹入该支撑板的上表面中的U形通道；以及
柔性管，该柔性管被定位在被配置为运送流体的U形通道内；
其中，该热交换器被配置为被定位成与太阳能板热接触，在该支撑板与该太阳能光伏板之间具有柔性管，以便有助于该柔性管与该太阳能板之间的热交换。
在实施例中，该柔性管被布置成在连续的路径中在该板周围运送流体，该柔性管具有管入口和管出口，该管入口用于接纳流体进入该热交换器，该管出口用于使流体从该热交换器流出，该热交换器被配置为有助于该流体与该太阳能板之间的热交换。
在实施例中，U形通道被配置为在该U形通道的表面与该柔性管的表面之间提供接触表面积。
在实施例中，该柔性管路被配置为被加压，以使该柔性管路在该U形通道内膨胀，从而增加接触表面积。
在实施例中，该金属层被定位在该柔性管上、被配置为当该热交换器附着至太阳能光伏板上时被定位在该柔性管与该太阳能光伏板之间。
实施例进一步包括后板，该后板被定位在该后板后方，该后板具有反射表面，以反射来自该支撑板的热量。
在实施例中，该后板在较低温度时反射来自该支撑板的热量，但是在较高温度时用作散热器。
实施例包括至少一个间隔件，该至少一个间隔件用于将该后板与该支撑板分开。
在实施例中，该热交换器被划分成多个热室，这些热室由定位在该支撑板与该后板之间的隔热材料限定，该隔热材料被配置为限制沿该热交换器的长度的气流。
在实施例中，通过将该热交换器附着至该太阳能板上的至少一个后部的附着杆来保持该热交换器与该太阳能光伏板热接触，该后部的附着杆被配置为与该太阳能光伏板接合，该后部的附着杆起拱，以驱动该热交换器与该太阳能板接触。
在第三方面中，本发明提供了一种用于太阳能光伏板的热交换单元，该热交换单元包括：
根据第二方面的热交换器；
用于包含该热交换器的框架。
在第四方面本中，本发明提供了一种光伏热交换系统，该光伏热交换系统包括至少一个太阳能光伏板和附着至该太阳能光伏板上的至少一个热交换单元，该热交换单元是根据第一方面和第二方面所述的，每个热交换单元连接至流体路径，该系统被配置为将流体从泵运送通过该流体路径并通过该热交换器的柔性管。
实施例进一步包括至少一个温度传感器，该至少一个温度传感器用于检测该流体路径中的流体的温度。
实施例进一步包括流量控制单元，该流量控制单元被配置为根据该流体的温度控制该系统周围的流体的流量。
实施例进一步包括定位在该流体路径中的至少一个压力传感器。
在本发明的第五方面中，提供了一种用于太阳能热交换系统的歧管，该歧管被配置为提供与热交换单元的流体连接，该歧管包括管并且具有至少一个从该管延伸的延伸管道，该延伸管道适合于与该热交换器快速装配连接，从而在该歧管与该热交换器的柔性管道之间运送流体。
在第六方面，本发明提供了一种热交换板，该热交换板被配置成与太阳能光伏板一起使用，包括通过改装的方式。
热交换板包括热传导金属支撑片材，该热传导金属支撑片材包括凹入其上表面中的U形通道。此外，流体通道柔性管在U形通道内成网状。
可以在柔性管上粘附金属箔纸，以将柔性管保持在U形通道内。
热交换板被配置成粘附至太阳能光伏板的后表面上。
热传导金属支撑从太阳能光伏板吸收热量，该太阳能光伏板通过流过柔性管的比如水等冷却剂来冷却。
这样，本布置通过不仅冷却太阳能光伏板和提高电能转换效率，还同时允许热能捕获来增加能量捕获。例如，本布置可以允许太阳能光伏板以接近最佳效率工作(例如在250W，而不是如上所述的170W)，由此将电能转换效率提高20％
本发明的配置实施例允许其低成本、相对简单的制造，其中，可以在低成本批量生产过程中切割和形成通常低成本的金属片材，其中在相对低成本之后，柔性管相对容易地在U形通道内成网状，并在其上使用粘性金属箔纸。
此外，尽管柔性管不是特别导热，也不是通常用于需要导热性的应用，但是金属支撑片材能够轻易地将热量从光伏板传导走，使得柔性管主要冷却金属支撑片材。在这方面，金属支撑片材的U形通道的大小可以被设置成增强U形通道的内表面与硅胶管的外表面之间的表面接触，由此使通过其的热传递最大化。
此外，在实施例中，柔性管可以被略微加压，以使得柔性管扩张并且更紧密地容纳在金属支撑片材与光伏板之间的U形通道的内部。
此外，使用比如硅胶管等柔性管有利地是低成本的，并且此外提供了一种通常无腐蚀性、轻质、柔性和耐温度范围的材料，从而允许长的使用寿命。此外，硅胶管不易燃烧，由此减少或消除了潜在的火灾隐患。
在另外的实施例中，热交换器被分成至少一个热室。热室由分隔条限定。在现有技术的系统中，管和金属片材的热导性可能不足以保持热交换器的顶部比下部区段温度更低。热室的结合通过热空气在热交换单元内的移动产生热传递。
在第七方面，本发明提供了一种用于热交换系统的控制系统，该热交换系统包括多个热交换器、穿过该热交换器的流体路径、以及泵，该泵用于在该热交换系统中形成流体流动，该系统包括多个传感器，这些传感器用于向该控制系统提供系统测量值，其中，该控制系统根据这些系统测量值控制该热交换系统的工作参数。
这种实施例根据工作状况控制热交换系统的状态。
在实施例中，传感器包括温度传感器、压力传感器中的至少一个；或者声波流量计。
在实施例中，该热交换系统的工作参数包括热交换系统中的流体的流量、热交换系统中的流体的温度、热交换系统中的阀门的位置中的至少一个。
还公开了本发明的其他方面。
附图说明
尽管可能落入本发明范围内的任何其他形式，现在将参考附图仅通过举例的方式描述本公开的优选实施例，在附图中：
图1示出了根据实施例的用于太阳能光伏板的太阳能热板的侧视立视图；
图2示出了根据实施例的、粘附至太阳能光伏板的后表面上的太阳能热板的后平面视图；
图3展示了根据实施例的后部隔热片材的使用。
图4展示了热交换单元的截面视图；
图5展示了热交换单元的截面视图；
图6展示了包括热室的热交换单元；
图7展示了包括热室的热交换单元；
图8展示了热交换单元内的热室的透视图；
图9展示了安装在太阳能光伏板中的热交换单元；
图10展示了根据实施例使用附着杆将太阳能热板附接至太阳能光伏板；
图11展示了热交换系统；
图12展示了连接管；
图13展示了歧管；
图14展示了管道和连接器的分解视图；
图15展示了用于热交换单元的连接器；
图16展示了固定杆；
图17展示了系统示意图；以及
图18示出了热交换系统的性能。
具体实施方式
图1示出了用于太阳能板105的热交换器100。热交换器包括支撑板102。支撑板包括凹入支撑板102的上表面中的U形通道103。术语“U形通道”是指通道的截面形状是大致U形的。还可以使用其他形状的通道。管101被定位在U形通道内。在图1的实施例中，管101是柔性的。在图1的实施例中，热交换器100支撑片材102是金属的。此外，柔性管是硅胶管101。硅胶管在U形通道103内成网状。柔性管是指可以变形以增加与太阳能板的接触的任何管。
柔性管的直径被选择成允许柔性管101坐于U形通道内并且与通道的内侧表面相接触。如图1所示，柔性管101具有与U形通道的第一侧壁接触的部分101a、与U形通道的下表面接触的第二部分101b、以及与U形通道的第二侧壁接触的第三部分101c。柔性管101d的上表面延伸至U形通道的顶部。热交换器通过在柔性管与支撑板之间提供热传导路径进行工作。因此，U形通道与柔性管之间的接触表面积被配置成尽可能大。
在实施例中，柔性管101可以通过粘性箔纸104被保持在U形通道103内，该粘性箔纸铺设在U形通道103内的柔性管101上。在优选的配置中，柔性管101d的上表面与粘性箔纸相接触。同样，柔性管与粘性箔纸之间的传导路径有助于两个表面之间的热交换。
如可以从图1了解到的是，热交换器100被配置成抵靠太阳能光伏板105的后表面定位。在使用中，太阳能光伏板105与支撑板102发生接触。在图1的粘性箔纸设置在U形通道的开口上的实施例中，太阳能光伏板105与粘性箔纸发生直接接触。经由该表面接触有助于热交换。柔性管101位于太阳能光伏板105与金属支撑片材102之间。
柔性管被配置位运送流体。在优选的实施例中，流体是液体，而在一些系统中，可以使用其他流体。系统在柔性管内的流体与太阳能光伏板之间提供热交换。如从图1所示的配置将清楚的是，热交换路径通过物理接触从太阳能光伏板延伸至粘性箔纸或支撑板、或直接延伸至柔性管(取决于位置和配置)。热交换路径经由柔性管与U形通道之间的接触接续到柔性管。
取决于柔性管内的流体与太阳能光伏板的相对温度，热量可以从太阳能板传递至流体或从流体传递至太阳能板。
这样，在第一示例中，太阳能光伏板的温度高于流体的温度，例如处于阳光直射的炎热环境中。在此示例中，金属支撑片材102将热量从太阳能光伏板105传导出去并且传导到柔性管101内的流体中。在这种情况下，流体是冷却剂。在寒冷的条件下，例如当太阳能光伏板上有积雪时，可以环绕柔性管泵送温热的流体，以经由支撑板将热量传递至太阳能光伏板，从而升高太阳能伏打板的温度，例如融化雪并且将太阳能光伏板暴露于阳光下。
热交换器的尺寸可以根据太阳能光伏板的大小而变化。支撑板的典型尺寸为940mm宽×1600mm长。
在实施例中，金属支撑片材102可以在低成本的切压批量生产过程中被切割和压制。此外，在实施例中，通道103可以被成形成允许金属支撑片材102在试生产时、在储存期间堆叠在一起，从而减少这些金属支撑片材占据的空间，以便于运输。
在实施例中，金属片材的优选物理特性包括高导热性。另外优选的特性是重量轻。在优选的实施例中，金属支撑片材102可以由铝制成。此外，铝箔纸104可以粘附在金属支撑片材102的上表面上。铝在重量轻情况下提供高导热性。
如上文讨论的，在优选的实施例中，U形通道103的大小被设置成使硅胶管101的外表面与U形通道103的内表面之间的接触表面积最大化。
在实施例中，可以对硅胶管101内的流体加压，以使硅胶管101扩张从而压靠在U形通道103的内表面上并且填充通道103的内表面与太阳能光伏板105的后表面之间的间隙。这增加了柔性管与U形通道之间的接触表面积，以提高热交换。
图2展示了粘附至太阳能光伏板105的后表面上的太阳能热板100的后平面视图。
如图2所示，柔性管101被布置为形成穿过支撑板从入口106到出口107的单个流体路径。如可以看到的，通道103被形成为使得硅胶管101布置在多个平行过道中，并且边缘环路109在U形通道外部延伸、结合相邻的平行过道。在所示的实施例中，柔性管101采用10个平行过道，这些平行过道在金属支撑片材102上是大致等距的。此外，可以使用偶数个平行过道，使得入口106和出口107可以从太阳能热板100的同一边缘露出。
此外，平行过道可以间隔开比如大约10cm，使得硅胶管101的边缘环路109包含足够的半径，以消除或减少打结和/或施工。
在典型的实施例中，柔性管的大部分长度坐于U形通道内并且小部分位于支撑板外部的边缘环路中。例如，在尺寸为940mm×1600mm的支撑板中，柔性管的总长度为约16m，其中约15m被定位在U形通道内。为了进一步提高热传递效率，边缘环路109可以被金属箔纸包裹。箔纸可以连接至支撑板，以帮助与边缘环路109内的流体的热交换。
此外，图2展示了金属支撑片材102，该金属支撑片材的大小和形状被设置成与太阳能光伏板105的后表面大致一致。在所示的实施例中，金属支撑片材的长度减小以便允许为边缘环路109留出空间，这些边缘环路被完全容纳在太阳能光伏板105下方。
此外，示出了金属支撑片材102包括用于容纳太阳能光伏板105的接线盒108的切口。
在典型的制造加工中，在铝制支撑板中压制出U形通道被。以并行配置布置通道有助于冲压。通道的其他构型也是可能的，例如通过使用特定合金和热冲压技术；在板的端部处可以在通道中形成弯折部。这样，在一些实施例中，支撑板包括弯曲的边缘环路以接纳柔性管的边缘环路部分。
图3展示了在金属支撑片材的后表面处使用后部的后板113。根据这个实施例，后部的后板113可以在C形框架112的后边缘内滑动。
后板113可以将处于低温的热量保持在金属支撑片材102周围，由此提高冷却效率。如果内部温度过分升高，例如在炎热天泵不运行的情况下(即，热交换单元周围没有流体流动)，则金属后板用作散热器，从而允许通过交换板的后部消散热量。这防止管内的流体沸腾。沸腾可能导致系统超压并最终失效。
在一些实施例中，不同材料或材料组合可以用于后板，以优化后板的性质。
图3的这个实施例提供了热交换单元，该热交换单元被配置成附接至太阳能光伏板。该实施例在图4和图5中更详细地示出。在图4的实施例中，示出了框架112，该框架围绕热交换单元的周边延伸。典型地，框架112由轻质、强度大的材料制成。优选的实施例可以是铝。在图4和图5中，框架具有C形截面。如图4的截面表示所示，支撑板102在C形框架112的外部。支撑板102具有延长的侧区段102a、102b，这些延长的侧区段以与支撑板102成角度地并且沿框架112的外侧延伸。这种布置将C形框架定位在支撑板102的内侧以及热交换单元内。在热交换单元的相反侧，后板113也在C形框架周围延伸。后板具有延长的侧区段113a、113b，这些延长的侧区段以与后部的后板113成角度地并且围绕框架112的外侧延伸。优选地，支撑板112a、112b的侧部分与后板113a、113b的相应侧部分相重叠。
在图4的实施例中，热交换单元使用铆钉114a、114b固定在一起，这些铆钉将C形框架固持至支撑片材和后板的侧部分。
在另外的实施例中，支撑板和后板的端部部分可以不重叠，并且可以分别使用铆钉来将支撑板固定至C形框架和将后板固定至C形框架。
在图4的实施例中，在支撑片材与C形框架之间设置了粘合剂115c、115d。在后板113与C形框架112之间设置了粘合剂115a、115b。粘合剂优选的性质在于其耐热温度高于100℃，并且其在支撑板与框架之间提供了一些隔热。
隔热条122a、122b、122c被定位在热交换单元的内侧上，在U形通道103与后板113之间。取决于所使用的材料，隔热条122a、122b、122c为热交换单元提供结构性支撑。隔热条122a、122b、122c被用作间隔件，以防止支撑板的通道103与后板之间接触。这种配置避免支撑板的通道与后板之间的直接接触，从而避免过多热量从热交换单元中泄漏的机制。隔热条优选的材料包括PVC泡沫。
当热交换单元与太阳能光伏板一起定位时，隔热条122a、122b、122c另外可以用作用于固定杆124a、124b、124c的优选固定点。
本发明的实施例的附加特征是热室，这些热室是在热交换单元内形成的，如图6、图7和图8所示。热室在热交换单元的限定部分内包含辐射热。
图6是热交换单元的剖面部分。分隔条130包含在热交换单元内，在支撑板与后板113之间。如图7和图8所示，分隔条130铺设在通道上。优选地，分隔条在热交换单元的宽度上延伸，并且在热交换室的整个深度‘d’上延伸。如图7所示，分隔条包括用于接纳通道103的切除部分132。分隔条优选的材料包括泡沫或其他低密度的隔热材料。
分隔条形成热屏障，以防止空气沿热交换单元移动。当热交换单元成角度地布置在例如房屋的有角度的屋顶上时，温暖空气的移动可能是特别有问题的。在这种布置中，温暖空气趋向于上升到热交换器内的最高点。这在热交换单元上形成温度梯度，从而影响抵靠太阳能光伏电池的热交换器的冷却或加温性质。热室将热量捕获在这些室内。这提高了热交换单元的效率并且还提高了热交换单元附接的太阳能光伏板的性能。分隔条形成热屏障并且将热室分隔开，以防止热交换单元内的所有热量上升至最高点。
当分隔条就位时，分隔条为热交换单元提供附加的结构性支撑、可以为热交换单元的背部提供附加的支撑、并且帮助改进与太阳能光伏板的接触。
分隔条的数量和间隔条之间的距离取决于板的尺寸。
在实施例中，分隔条被放置成与固定杆124成一直线，从而提供抵靠光伏电池的最大升起。
现在参考图15描述入口106和出口107。入口106和出口107连接至柔性管101。优选地入口106和出口107成角度延伸至柔性管101，并且经由中间位置(位置(b))旋转到热交换单元的平面中(位置(a))、并且旋转出热交换单元的平面(位置(c))。优选地，入口和出口具有连接喷嘴142，该喷嘴具有总体上锥形的配置。连接喷嘴142包括至少一个周向倒钩。以改进密封。
图10展示了太阳能热板101抵靠太阳能光伏板105的后表面的附接方式。根据这个实施例，太阳能光伏板105可以包括外周框架142。就此而言，横向附着杆110可以跨在外周框架112的相对边缘之间并且可以在框架112内的预钻孔101内附着至这些边缘。
横向附着杆110抵靠金属支撑片材的后表面固持。
图10展示了横向附着杆110，这些横向附着杆楔入在热交换单元与光伏板146a、146b的框架之间。
图9示出了在光伏板105内的合适位置的热交换单元的截面视图。框架142包括下侧唇缘部分145a、145b。热交换板100的一部分可以被定位在唇缘145a或145b的下面。
图16中更详细地示出附着杆156的示例。附着杆具有成角度的截面。这使得附着杆的深度在附着杆的宽度上发生变化。在图16的示例中，附着杆的深度在端点150a、150b处为最小‘d2’，并且在中点周围为最大d1。这种配置使得端部部分152、154能够楔入在热交换单元与太阳能光伏板146a、146b的框架之间。附着杆156的有角度的表面被放置成与热交换单元接触。深度变化产生弹簧效应，以将附着杆压入热交换单元并且改进支撑板在太阳能光伏板上的升起。
热交换单元使用的设计和材料具有若干因素和考虑因素。如上文讨论的，太阳能光伏板与热交换单元之间的导热性是重要的，以便高效地管理太阳能光伏板与柔性管中运送的流体之间的热交换。还应当通过分隔条管理后板的热量损失。热交换单元的总重量也是设计中的一个因素。如上所述，热交换单元被改装到太阳能板上。太阳能光伏板通常被定位在房屋和其他建筑物的屋顶上。重量是安装简易以及还有支撑结构或屋顶的强度的一个考虑因素。重量取决于热交换单元的大小和要求而变化。具有铝支撑板、弹性体管和铝后板的热交换单元的典型重量为约6kg至8kg。
表1示出了板规格的示例：
Figure BDA0002716852340000111
Figure BDA0002716852340000121
表1：板规格
热交换单元可以被改装到太阳能光伏板和现有太阳能光伏系统中。每个热交换单元的独立配置具有分开的流体输入和输出，提供系统设计的多功能性并且使得热交换单元能够以模块化配置连接到热交换系统中。
图11示出了热交换系统600的图示。热交换系统600包括热交换单元605a、605b、605c。每个热交换单元附接至太阳能光伏板(未示出)。热交换单元以并行配置连接到流体管线内。流体经由歧管610输送至热交换单元并且经由歧管620从热交换单元中取出。
歧管610和620是包括泵的闭环循环流体系统的一部分。在实施例中，可以使用水冷剂，水冷剂可以被抽送通过热交换系统。热交换系统可以包括电动泵，该电动泵将水通过歧管610抽送至用于加热的热交换单元，并且沿着歧管620经由每个热交换单元的出口流出，然后直接流入隔热加热容器中或通过热交换线圈加热隔热加热容器。
在实施例中，热交换系统可以包括温度传感器，以监测太阳能光伏板或热交换单元的温度(或者热传导效率)。可以响应于温度测量值控制泵，以便根据温度/电转换效率提供冷却剂或调节冷却剂流量。
热交换系统可以包括传感器，这些传感器用于测量系统内的多个不同位置处的水的温度。在一些系统中，温度传感器被定位在热交换单元处。传感器可以定位在热交换单元的入口或出口处。传感器还可以定位在太阳能光伏板上，以测量太阳能光伏板的温度。温度传感器连同声波流量计检测并且报告系统产生的热能。
在一些系统中，这些传感器向控制泵和阀门的可编程序逻辑控制器(PLC)计算机提供数据。在低温日子里，当太阳能光伏板处于它们以可接受效率工作的温度时，泵速度以及因此能量需求可能减少、或完全停止。在较温暖的环境中，当太阳能光伏板升高至它们以较低效率工作的温度时，泵速度可以增加，由此增加水流量并且更有效地冷却板。
可以在管系统中放置压力传感器。在管道工程中有阻塞且压力增大的情况下，比如阀门已经关闭，则PLC将关闭泵，以防止管道工程受到任何损坏。
温度传感器连同声波流量计检测并且报告系统产生的热能。所有的信息可以通过IIOT报告给(基于云的)用户界面。可以对系统进行编程，以参照预定义值监测温度、压力或其他测量值。当达到那些预定义值时，可以触发警报或可以启动系统或改变性能。
在实施例中，太阳能热水加热系统可以被控制成在白天期间加热水，但是在较凉爽的晚上通过将温水抽送通过硅胶管101来散热(例如空调等)。在另外的实施例中，例如如果雪或霜遮盖了太阳能光伏板，热交换系统可以在热交换单元周围抽送温热的流体，以加温太阳能光伏板。
图17示出了热交换系统的架构。该系统包括热交换单元1710、1711、1712、1713、1714、1715，这些热交换单元各自附接至太阳能光伏板(未示出)。在图17中，闭环流体回路包括用于将流体运送到热交换单元中并且从中运送出去的入口歧管1720和出口歧管1721。歧管连接至水箱1730。在图17的示例中，隔热敞开的水箱1730具有一个隔室1731，水在该隔室中分层，其中温水上升到水箱的顶部，冷水沉到水箱的底部。用于冷却热交换单元的水通常从水箱的较低部分取下。为了快速融化雪，可以从水箱的较温热的上部区段取出水。另外的实施例可以在水箱内包括一个热交换线圈1732或多个热交换线圈。来自这个系统的温水可以用于比如液体循环(地板下)加热或在水进入锅炉之前进行预加热。
该系统包括泵1741、1742，以形成围绕系统的流体流动。
该系统由PLC计算机1750控制。PLC计算机控制系统内的泵以及阀门，以优化系统的性能。用于太阳能板的温度传感器以及水温度传感器和压力传感器分布在系统周围。这些传感器连接至PLC计算机。PLC计算机根据传感器的测量值独立地控制泵和由泵产生的流量。例如，如果太阳能光伏板太热，则可以增加冷流体的流量。
准确温度传感器(+-0.1C)装配到系统中的多个不同位置处，包括热交换单元、入口管和出口管。这些传感器向控制泵和阀门的PLC计算机提供数据。在低温的日子里，可以减小或完全停止泵速度和因此能量需求，在温暖的日子里，可以增加泵速度，由此增加水流并且更高效地冷却板。
可以在管系统中放置压力传感器。在管道工程中有阻塞且压力增大的情况下，例如阀门已经关闭，则PLC可以参照预定标准监测压力并且关闭泵，以防止管道工程受到任何损坏。
图13示出了歧管系统700的图示。歧管系统包括管道702、隔热材料703和鞍状倒钩管件704。延长的歧管系统可以沿其长度包括成内联配置的多个鞍状倒钩管件。图14中更详细地示出了鞍状/倒钩管件。鞍状倒钩管件704具有接合部分706。圆柱形接合部分具有合适的尺寸，以接合管道702中的开口708。优选地，接合部分706和管道702具有圆形配置。还可以使用其他配置和形状。接合部分706的深度和形状被配置成匹配管道702的壁。当鞍状倒钩管件安装到管道702中时，接合部分710的下侧与管702的内侧的轮廓相匹配。这种布置为管道702提供了光滑的内侧表面。这种设计通过减小流动阻力帮助使管道702中的流体内的湍流最小化。管道隔热材料可以是合成橡胶护套，比如EPDM，其通常具有一定的UV阻力。
鞍状倒钩管件704包括鞍状部分714。鞍状部分714的下侧712被配置成与管道702的外侧表面的角度和轮廓相匹配。
喷嘴716从鞍状部分714突出。喷嘴716通常具有圆锥形配置，其中，喷嘴的外直径随着其背离鞍状部分714延伸而减小。
喷嘴716包括周向地围绕喷嘴延伸的倒钩718。倒钩在连接期间提供稳定性并且提高了喷嘴的密封性能。歧管管件和管道的优选材料是聚乙烯(PE)或防UV聚丙烯无规共聚物(PPR)。
在安装期间，鞍状倒钩管件被熔焊到管道702上。先在隔热材料上钻孔，然后再在主管上钻孔，然后使用工具将孔和鞍状倒钩管件同时加热，然后将它们推到一起。此过程可以是自动化的，并且倒钩管件可以预先安装在歧管的长度上，以简化安装并加快安装。
在安装期间，如果系统设计需要，可以在管道702中钻出开口708。通过允许在安装期间选择鞍状倒钩管件在管道上的位置，从而在系统设计中提供了灵活性。
歧管经由连接管连接至热交换单元。图12展示了连接管的实施例。优选地，连接管包括柔性管。合适的材料的示例包括硅胶管或EPDM管。在安装之后，连接管典型地暴露于自然元素。螺旋缠绕物804设置在柔性管802周围以提供强度和隔热。螺旋缠绕物的优选材料包括聚丙烯。
在图12的实施例中，热收缩部在连接管的端部处定位在螺旋缠绕物上。热收缩部向连接管的端部提供了向内的弹性力，以在连接后增加连接接头上的压力，从而改进连接的密封性。
图18示出了热交换系统中的太阳能光伏板的温度。迹线1示出了不包括热交换器的太阳能光伏板中的温度。迹线2示出了包括热交换器的太阳能光伏板中的温度。两个面板暴露在相同的环境条件下，并且同时进行温度测量。如图18所示，在整个测试中热交换单元降低了太阳能光伏电池的温度。由于24C的相对较高的水温和26C的较低环境温度，在此早期原型的测试期间，测得的光伏电池性能提高了约4％。
本发明的实施例提供了柔性热交换系统。可以将热交换单元改装到现有太阳能光伏板上，或者在太阳能板安装过程中进行安装。
热交换单元的实施例包括设计特征和材料的组合，这提高了热交换效率和热交换单元的性能。实施例使得能够进行材料选择以提供易于运输的轻质热交换单元，对于必须被运到高的区域以进行安装的单元(例如房屋或其他建筑物的屋顶)而言，易于安装。
歧管系统和使用鞍状倒钩管件的快速装配连接为系统设计和配置的灵活性提供了机会。
可以在几分钟内将热交换单元的实施例装配在大多数光伏面板的后面，并且显著地改变了我们可以利用太阳能的方式。板不仅可以通过PV板吸收太阳光的热量，还可以降低光伏板的温度，使其效率提高15％。
本发明的实施例不包括与传递流体接触的金属部件，因此氯化水或盐水对系统的影响可忽略不计。这使得游泳池水可以在靠近游泳池的系统中使用。
为了说明的目的，前面的描述使用特定的术语来提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，不需要具体细节即可实践本发明。因此，出于展示和描述的目的，给出了本发明的特定实施例的前述描述。前述描述并不旨在是穷举的或将本发明限制为所公开的精确形式；显然，鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，因此它们使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明以及具有适于所考虑的特定用途的各种修改的各种实施例。旨在由以下权利要求及其等同物限定本发明的范围。

Claims (30)

1.一种用于太阳能光伏板的热交换单元，包括：
支撑板，该支撑板包括凹入该支撑板的上表面中的U形通道；
柔性管，该柔性管被定位在被配置为运送流体的该U形通道内；以及
后板，该后板被定位在该支撑板后方，该后板具有反射表面，以反射来自该支撑板的热量；
其中，该热交换单元被配置为被定位成与太阳能板处于热接触，在该支撑板与该太阳能光伏板之间具有柔性管，以便有助于该柔性管与该太阳能板之间的热交换。
2.根据权利要求1所述的热交换单元，其中，该柔性管被布置为在连续的路径中在该板周围运送流体，该热交换器具有入口和出口，该入口用于接纳流体进入该热交换器，该出口用于使流体从该热交换器流出，该热交换单元被配置为有助于该流体与该太阳能板之间的热交换。
3.根据权利要求1或2所述的热交换单元，其中，该U形通道被配置为在该U形通道的表面与该柔性管的表面之间提供接触表面积。
4.根据权利要求3所述的热交换单元，该柔性管被配置为被加压，以使该柔性管在该U形通道内扩张，从而增加该接触表面积。
5.根据权利要求1、2、3、或4所述的热交换单元，进一步包括金属层，该金属层被定位在该柔性管上、被配置为当该热交换单元附着至太阳能光伏板上时被定位在该柔性管与该太阳能光伏板之间。
6.根据权利要求1、2、3、4、5或6中任一项所述的热交换单元，其中，该后板在较低温度时反射来自该支撑板的热量，但是在较高温度时用作散热器。
7.根据任一项前述权利要求所述的热交换单元，包括至少一个间隔件，该至少一个间隔件用于将该后板与该支撑板分开。
8.根据任一项前述权利要求所述的热交换单元，其中，该热交换器被划分成多个热室，这些热室由定位在该支撑板与该后板之间的隔热材料限定，该隔热材料被配置为限制沿该热交换器的长度的气流。
9.根据任一项前述权利要求所述的热交换单元，其中，通过将该热交换器附着至该太阳能板上的至少一个后部的附着杆来保持该热交换单元与该太阳能光伏板热接触，该后部的附着杆被配置为与该太阳能光伏板接合，该后部的附着杆起拱，以驱动该热交换器与该太阳能板接触。
10.根据任一项前述权利要求所述的热交换单元，该热交换单元被配置为改装到太阳能光伏板中。
11.一种用于太阳能光伏板的热交换器，包括
支撑板，该支撑板包括凹入该支撑板的上表面中的U形通道；以及
柔性管，该柔性管被定位在被配置为运送流体的该U形通道内；
其中，该热交换器被配置为被定位成与太阳能板热接触，在该支撑板与该太阳能光伏板之间具有柔性管，以便有助于该柔性管与该太阳能板之间的热交换。
12.根据权利要求12所述的热交换器，其中，该柔性管被布置成在连续的路径中在该板周围运送流体，该柔性管具有管入口和管出口，该管入口用于接纳流体进入该热交换器，该管出口用于使流体从该热交换器流出，该热交换器被配置为有助于该流体与该太阳能板之间的热交换。
13.根据权利要求12或13中任一项所述的热交换器，其中，该U形通道被配置为在该U形通道的表面与该柔性管的表面之间提供接触表面积。
14.根据权利要求14所述的热交换器，该柔性管被配置为被加压，以使该柔性管在该U形通道内扩张，从而增加该接触表面积。
15.根据权利要求12、13、14或15所述的热交换器，进一步包括金属层，该金属层被定位在该柔性管上、被配置为当该热交换器附着至太阳能光伏板上时被定位在该柔性管与该太阳能光伏板之间。
16.根据权利要求12、13、14、15或16中任一项所述的热交换器，进一步包括后板，该后板被定位在该后板后方，该后板具有反射表面，以反射来自该支撑板的热量。
17.根据权利要求17所述的热交换器，其中，该后板在较低温度时反射来自该支撑板的热量，但是在较高温度时用作散热器。
18.根据权利要求16或17所述的热交换器，包括至少一个间隔件，该至少一个间隔件用于将该后板与该支撑板分开。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的热交换器，其中，该热交换器被划分成多个热室，这些热室由定位在该支撑板与该后板之间的隔热材料限定，该隔热材料被配置为限制沿该热交换器的长度的气流。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的热交换器，其中，通过将该热交换器附着至该太阳能板上的至少一个后部的附着杆来保持该热交换器与该太阳能光伏板热接触，该后部的附着杆被配置为与该太阳能光伏板接合，该后部的附着杆起拱，以驱动该热交换器与该太阳能板接触。
21.一种用于太阳能光伏板的热交换单元，包括：
根据权利要求12至20中任一项所述的热交换器；
用于包含该热交换器的框架。
22.一种光伏热交换系统，包括至少一个太阳能光伏板和附着至该太阳能光伏板上的至少一个热交换单元，该热交换单元是根据权利要求1至11中任一项所述的，每个热交换单元连接至流体路径，该系统被配置为将流体从泵运送通过该流体路径并通过该热交换器的柔性管。
23.根据权利要求22所述的光伏热交换系统，进一步包括至少一个温度传感器，该至少一个温度传感器用于检测该流体路径中的流体的温度。
24.根据权利要求23所述的光伏热交换系统，进一步包括流量控制单元，该流量控制单元被配置为根据该流体的温度控制该系统周围的流体的流量。
25.根据权利要求24所述的光伏热交换系统，进一步包括定位在该流体路径中的至少一个压力传感器。
26.一种用于太阳能热交换系统的歧管，该歧管被配置为提供与热交换单元的流体连接，该歧管包括管并且具有至少一个从该管延伸的延伸管道，该延伸管道适合于与该热交换单元快速装配连接，从而在该歧管与该热交换单元的柔性管道之间运送流体。
27.根据权利要求26所述的歧管，包括施加到该管件上的隔热材料。
28.一种用于热交换系统的控制系统，该热交换系统包括多个热交换器、穿过该热交换器的流体路径、以及泵，该泵用于在该热交换系统中形成流体流动，该系统包括多个传感器，这些传感器用于向该控制系统提供系统测量值，其中，该控制系统根据这些系统测量值控制该热交换系统的工作参数。
29.一种控制系统，该控制系统用于根据权利要求28所述的热交换系统，其中，这些传感器包括以下中的至少一个：
温度传感器；
压力传感器；或
声波流量计。
30.一种控制系统，该控制系统用于根据权利要求28所述的热交换系统，其中，该热交换系统的工作参数包括以下中的至少一个：
该热交换系统中的流体的流量；
该热交换系统中的流体的温度；
该热交换系统中的阀门的位置。
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