CN112378123B - 一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，涉及光伏/光热耦合技术领域，为上下压制粘结的多层结构，包括：光伏表面玻璃覆膜、光伏电池、第一EVA胶膜、电绝缘层、第二EVA胶膜、吹胀式集热/蒸发器。本发明采用六边形、棋盘型和直线型耦合的流道结构设计和变径流道的布置，使得板内的工质流量分配更为均匀，进出口段采用宽流道使得分流均匀；本发明采用特殊流道设计的吹胀式集热/蒸发器，使得板内工质流动阻力降低，从而降低直膨式太阳能热泵系统中的压缩机功率，进而提高系统性能系数；本发明使得光伏组件表面的温度分布更加均匀，提高光伏组件的发电效率，从而延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及光伏/光热耦合技术领域，尤其涉及一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器。
背景技术
随着社会的发展和技术的进步，各国城市化比率逐年提高，一次能源的消耗也逐年提升，从而引发能源危机与环境危机。中国作为能耗大国，能源结构转型迫在眉睫，大力发展可再生能源是我国的基本国策。建筑能耗占社会总能耗40％以上，以化石能源为热源的生活热水能耗占15％。太阳能作为分布广泛的可再生能源可通过光热利用等方式用于建筑供热，从而大大降低建筑能耗，实现节能减排。
光伏/光热技术的提出即可以实现电能的输出，也可以提供部分高品位热能。相比于传统的以水、空气等为工质的太阳能集热器热水系统，太阳能光伏/光热热泵由于其高效、稳定的电/热输出成为首选。而其中的关键部件为太阳能集热/蒸发器。用于太阳能热泵的太阳能集热/蒸发器发展至今主要有三代，第一代管板焊接式，第二代为裸板式，第三代为吹胀式。发展至今，此类太阳能集热/蒸发器均存在集热效率低、均流性差、流动阻力大、光伏组件表面温度不均的问题。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，解决现有技术中存在的集热效率低、均流性差、流动阻力大、光伏组件表面温度不均的问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何设计一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，解决现有技术中存在的集热效率低、均流性差、流动阻力大、光伏组件表面温度不均的问题。
为实现上述目的，本发明所提出一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，其特殊的结构设计和变径流道的使用，可以使得板内工质流动更加均匀，且通过流道的布置和变径流道的使用使得板内流动阻力降低，从而提高光伏组件表面温度的均匀性，提高综合能源利用率。本发明结构紧凑、高效、均流、低阻，为分布式可再生能源的高效利用提供新思路。
本发明提供的一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，包括：
所述变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器为上下压制粘结的多层结构，包括：
光伏表面玻璃覆膜；
光伏电池，所述光伏电池设置于所述光伏表面玻璃覆膜的下方；
第一EVA胶膜，所述第一EVA胶膜设置于所述光伏电池的下方；
电绝缘层，所述电绝缘层设置于所述第一EVA胶膜的下方；
第二EVA胶膜，所述第二EVA胶膜设置于所述电绝缘层的下方；
吹胀式集热/蒸发器，所述吹胀式集热/蒸发器设置于所述第二EVA胶膜的下方。
进一步地，所述吹胀式集热/蒸发器包括：
吹胀式集热/蒸发器进口，所述吹胀式集热/蒸发器进口设置于所述吹胀式集热/蒸发器的一侧；
吹胀式集热/蒸发器出口，所述吹胀式集热/蒸发器出口与所述吹胀式集热/蒸发器进口位于所述吹胀式集热/蒸发器的同一侧；
流道，所述流道为U型流道，所述U型流道的一端与所述吹胀式集热/蒸发器进口连接，另一端与所述吹胀式集热/蒸发器出口连接。
进一步地，所述U型流道包括：
U型弯处，所述U型弯处设置于所述U型流道的中间位置，与所述吹胀式集热/蒸发器进口和所述吹胀式集热/蒸发器出口相对设置于所述吹胀式集热/蒸发器的另一侧。
进一步地，所述U型流道的流道结构包括六边形流道、棋盘型流道和直线型流道。
进一步地，在所述吹胀式集热/蒸发器进口和所述吹胀式集热/蒸发器出口端均采用所述六边形流道；在所述U型弯处采用所述直线型流道和所述棋盘型流道的组合。
进一步地，所述U型弯处的所述直线型流道为变径直线型流道。
进一步地，所述吹胀式集热/蒸发器采用单面吹胀的结构，胀起部分流道采用裸露方式直接暴露于环境中。
进一步地，所述吹胀式集热/蒸发器采用下进下出的竖放安装模式，安装角度根据不同纬度进行安装；所述吹胀式集热/蒸发器的面积大于所述光伏组件；在安装过程中，先将光伏组件与所述吹胀式集热/蒸发器通过所述第二EVA胶膜封装后，再将所述吹胀式集热/蒸发器进口、所述吹胀式集热/蒸发器出口采用氩弧焊方式与外延管进行焊接；所述吹胀式集热/蒸发器进口、所述吹胀式集热/蒸发器出口端的流道宽度均设置为16毫米。
进一步地，所述U型弯处的所述变径直线型流道，根据直线型流道的数量设置不同的流道宽度。
进一步地，所述吹胀式集热/蒸发器的中板上设置有接线盒安装孔，所述接线盒安装孔为光伏组件接线盒的安装位置；所述接线盒安装孔的宽度为103毫米、长度为117毫米；，所述接线盒安装孔的位置离所述中板的上沿为145毫米，所述接线盒安装孔左右居中；光伏组件上沿离所述吹胀式集热/蒸发器的上沿为100毫米。
本发明提供的一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器至少具有以下技术效果：
1、本发明采用的光伏/光热组件，结构紧凑，采用六边形、棋盘型和直线型耦合的流道结构设计和变径流道的布置，使得板内的工质流量分配更为均匀，进出口段采用宽流道使得分流均匀；
2、本发明采用特殊流道设计的吹胀式集热/蒸发器，使得板内工质流动阻力降低，从而使得工质流经蒸发器内的压力损失降低，降低直膨式太阳能热泵系统中的压缩机功率，进而提高系统性能系数；
3、本发明设计的高效均流低阻的流道可以有效提高板内流体分布的均匀性，从而使得光伏组件表面的温度分布更加均匀，提高光伏组件的发电效率，从而延长使用寿命。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的剖面图；
图2为图1所示实施例的流道结构图；
图3为图1所示实施例的俯视图；
图4为图1所示实施例的流道剖面图。
其中：1-光伏表面玻璃覆膜，2-光伏电池，3-第一EVA胶膜，4-电绝缘层，5-第二EVA胶膜，6-吹胀式集热/蒸发器，7-吹胀式集热/蒸发器胀起流道，8-工质流动通道，9-直线型变径流道，10-吹胀式集热/蒸发器出口，11-光伏组件上沿标线，12-吹胀式集热/蒸发器进口，13-接线盒安装孔，14-光伏组件上沿。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
本发明所要解决的技术问题是如何设计一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，解决现有技术中存在的集热效率低、均流性差、流动阻力大、光伏组件表面温度不均的问题。为解决上述技术问题，本发明所提出一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器(Photovoltaic/thermal collector/evaporator)，在传统光伏组件背面封装高效均流低阻的太阳能集热/蒸发器，不仅可以降低光伏组件温度提高发电效率，还可以利用工质收集废热用于生活供热。区别于传统的太阳能集热/蒸发器，该板采用特殊的流道结构设计降低板内流动阻力，并通过直线型变径流道(8～13毫米)的设置使得板内工质分配均匀，从而使得光伏组件表面温度分布均匀，提高其发电效率，延长使用寿命；此外，单进双出的进出口采用16毫米的宽流道设计，使得进出口端流量分配更加均匀，且便于焊接延长管。本发明结构紧凑、高效、均流、低阻，为分布式可再生能源的高效利用提供新思路。
如图1所示，为本发明所提供的一个较佳实施例的剖面图。在该实施例中，本发明提供的一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器用于直膨式太阳能热泵中实现板内工质高效的集热，降低流动阻力，从而使得该组件可以实现稳定的热电联产。具体来说，本发明提供的一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器为上下压制粘结的多层结构，包括：
光伏表面玻璃覆膜1；
光伏电池2，光伏电池2设置于光伏表面玻璃覆膜1的下方；
第一EVA胶膜3，第一EVA胶膜3设置于光伏电池2的下方；
电绝缘层4，电绝缘层4设置于第一EVA胶膜3的下方；
第二EVA胶膜5，第二EVA胶膜5设置于电绝缘层4的下方；
吹胀式集热/蒸发器6，吹胀式集热/蒸发器6设置于第二EVA胶膜5的下方。
其中，吹胀式集热/蒸发器6包括(如图2所示)：
吹胀式集热/蒸发器进口12，吹胀式集热/蒸发器进口12设置于吹胀式集热/蒸发器的一侧；
吹胀式集热/蒸发器出口10，吹胀式集热/蒸发器出口10与吹胀式集热/蒸发器进口12位于吹胀式集热/蒸发器6的同一侧；
流道，流道为U型流道，U型流道的一端与吹胀式集热/蒸发器进口12连接，另一端与吹胀式集热/蒸发器出口10连接。
其中，进出口的设计为单进双出，即包括吹胀式集热/蒸发器进口12包括一个进口，吹胀式集热/蒸发器出口10包括两个出口。
其中，U型流道包括：
U型弯处，U型弯处设置于U型流道的中间位置，与吹胀式集热/蒸发器进口12和吹胀式集热/蒸发器出口10相对设置于吹胀式集热/蒸发器6的另一侧。
U型流道的流道结构包括六边形流道、棋盘型流道和直线型流道。
在吹胀式集热/蒸发器进口12和吹胀式集热/蒸发器出口10端均采用六边形流道；在U型弯处采用直线型流道和棋盘型流道的组合，在降低阻力的同时保证角落位置有工质流动，从而进一步提高板内流体的均匀性。
U型弯处的直线型流道为变径直线型流道，通过直线型变径流道9的布置实现U型弯处合理、均匀的流量分配。
如图1所示，吹胀式集热/蒸发器6采用单面吹胀的结构，在吹胀式集热/蒸发器6下面设置有吹胀式集热/蒸发器胀起流道7，还包括工质流动通道8，胀起部分流道采用裸露方式直接暴露于环境中，使低温工质可以吸收环境热量，从而增加吸热量，提高整板集热效率。
如图2所示，吹胀式集热/蒸发器6采用下进下出的竖放安装模式，安装角度根据不同纬度进行安装；吹胀式集热/蒸发器6的面积大于光伏组件；在安装过程中，先将光伏组件与吹胀式集热/蒸发器6通过第二EVA胶膜5封装后，再将吹胀式集热/蒸发器进口12、吹胀式集热/蒸发器出口10采用氩弧焊方式与外延管进行焊接；吹胀式集热/蒸发器进口12、吹胀式集热/蒸发器出口10端的流道宽度均设置为16毫米(G-G)。
U型弯处的直线型变径流道9，根据直线型流道的数量设置不同的流道宽度。在图2中，U型弯处共有5个流道，流道宽度分别为9毫米(A-A)、10毫米(B-B)、11毫米(C-C)、13毫米(D-D)、13毫米(E-E)，而其余流道宽度为10毫米(F-F)。通过直线型流道和棋盘型流道的合理组合及直线型变径流道9的布置，使得U型弯处的流量分配更为均匀，从而使得整板的均温性提高。
如图3和图4所示，吹胀式集热/蒸发器6的中板上设置有接线盒安装孔13，接线盒安装孔13为光伏组件接线盒的安装位置；接线盒安装孔13的宽度为103毫米、长度为117毫米；，接线盒安装孔13的位置离中板的上沿为145毫米，接线盒安装孔13左右居中；光伏组件上沿14离吹胀式集热/蒸发器6的上沿为100毫米。如图2所示，光伏组件上沿标线11为光伏组件上沿14的相关标线。
一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器可以有效提高组件的综合能源利用率。该组件结构紧凑、高效、低阻、均流、表面均温性高，与建筑合理耦合可以有效提高可再生能源占比，降低建筑能耗中的生活用热能耗。该部件用于直膨式太阳能热泵系统后，可以提高太阳能保证率，降低化石能源消耗，具有较高的节能减排效益，在推动我国能源结构转型、分布式能源的推广具有积极意义。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，其特征在于，包括：
所述变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器为上下压制粘结的多层结构，包括：
光伏表面玻璃覆膜；
光伏电池，所述光伏电池设置于所述光伏表面玻璃覆膜的下方；
第一EVA胶膜，所述第一EVA胶膜设置于所述光伏电池的下方；
电绝缘层，所述电绝缘层设置于所述第一EVA胶膜的下方；
第二EVA胶膜，所述第二EVA胶膜设置于所述电绝缘层的下方；
吹胀式集热/蒸发器，所述吹胀式集热/蒸发器设置于所述第二EVA胶膜的下方；
所述吹胀式集热/蒸发器包括：
吹胀式集热/蒸发器进口，所述吹胀式集热/蒸发器进口设置于所述吹胀式集热/蒸发器的一侧；
吹胀式集热/蒸发器出口，所述吹胀式集热/蒸发器出口与所述吹胀式集热/蒸发器进口位于所述吹胀式集热/蒸发器的同一侧；
流道，所述流道为U型流道，所述U型流道的一端与所述吹胀式集热/蒸发器进口连接，另一端与所述吹胀式集热/蒸发器出口连接；
所述U型流道包括：
U型弯处，所述U型弯处设置于所述U型流道的中间位置，与所述吹胀式集热/蒸发器进口和所述吹胀式集热/蒸发器出口相对设置于所述吹胀式集热/蒸发器的另一侧；
所述U型流道的流道结构包括六边形流道、棋盘型流道和直线型流道；
在所述吹胀式集热/蒸发器进口和所述吹胀式集热/蒸发器出口端均采用所述六边形流道；在所述U型弯处采用所述直线型流道和所述棋盘型流道的组合；所述U型弯处的所述直线型流道为变径直线型流道，所述变径直线型流道包括五个直线型流道，宽度分别为9毫米、10毫米、11毫米、13毫米和13毫米。
2.如权利要求1所述的高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，其特征在于，所述吹胀式集热/蒸发器采用单面吹胀的结构，胀起部分流道采用裸露方式直接暴露于环境中。
3.如权利要求2所述的高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，其特征在于，所述吹胀式集热/蒸发器采用下进下出的竖放安装模式，安装角度根据不同纬度进行安装；所述吹胀式集热/蒸发器的面积大于光伏组件；在安装过程中，先将光伏组件与所述吹胀式集热/蒸发器通过所述第二EVA胶膜封装后，再将所述吹胀式集热/蒸发器进口、所述吹胀式集热/蒸发器出口采用氩弧焊方式与外延管进行焊接；所述吹胀式集热/蒸发器进口、所述吹胀式集热/蒸发器出口端的流道宽度均设置为16毫米。
4.如权利要求3所述的高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，其特征在于，所述U型弯处的所述变径直线型流道，根据直线型流道的数量设置不同的流道宽度。
5.如权利要求4所述的高效均流低阻的变径太阳能光伏/光热集热/蒸发器，其特征在于，所述吹胀式集热/蒸发器的中板上设置有接线盒安装孔，所述接线盒安装孔为光伏组件接线盒的安装位置；所述接线盒安装孔的宽度为103毫米、长度为117毫米；所述接线盒安装孔的位置离所述中板的上沿为145毫米，所述接线盒安装孔左右居中；光伏组件上沿离所述吹胀式集热/蒸发器的上沿为100毫米。
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