CN112840559B - 太阳能系统 - Google Patents

Abstract

一种包括一个或更多个模块化太阳能面板的模块化太阳能系统。所述太阳能面板包括被固定在一起以在它们之间形成用于液体循环的窄通道的一对大体上平面的板。所述太阳能面板具有入口流体线和出口流体线，所述入口流体线和出口流体线分别经由歧管与冷流体供应线和暖流体返回线流体连通。所述板优选地由铝构成，并且一个板具有附连到其的面对太阳的光伏电池基体。所述板具有增强相对于流过所述板之间的通道的液体的热传递特性的分割物或分隔物。

Description

太阳能系统

相关申请的交叉引用：本申请要求2018年8月11日提交的美国临时申请No.62/717,830的权益，该申请的内容通过引用被合并在本文中。

技术领域

本发明在太阳能的技术领域中，并且更具体地，本发明在使用用于产生热量、热水和/或电力的太阳能面板的太阳能系统的技术领域中。

背景技术

目前存在利用太阳能面板的太阳能系统，所述太阳能面板从太阳收集辐射能，以要么对循环通过的流体进行加热(太阳能热面板)、产生电力(光伏或“PV”面板)、要么既对循环通过的流体进行加热、又产生电力。既产生电力、又产生有用的热量的面板被称为光伏热面板(PVT)或“混合”面板。这样的太阳能面板的示例在被作为美国专利申请公开No.2010/0224234公布的、2010年3月2日提交的、标题为“太阳能系统(SOLAR ENERGYSYSTEM)”的美国专利申请12/660,646中被示出和描述，并且该专利申请的说明书和公开内容特此通过引用被整个地合并到本专利申请中。这样的太阳能面板的另一个示例在被作为WO 2016/004276 A9公布的PCT/US2015/038942中被示出和描述。这二者的公开内容整个地通过引用被合并在本文中。

照此，虽然前述专利申请的太阳能系统和单个的模块化太阳能面板完全适合于提供加热的水和/或电力的目的，但是这样的太阳能系统的整个效率在它们的使用中是关键的，因此太阳能系统和太阳能面板的热传递特性的任何增强是有益的。另外，现有的混合面板(热量和电)既需要准备安装时的广泛的铺设(进给管、疏散管)，又需要局部定位的铺设(将每个面板铺设到两个进给管)。可取的是将进给管合并到展开的头部中。

混合太阳能面板的成本和安装这些混合太阳能面板的高成本一直是在市场中不景气的主要原因，所以将使得这个关键的市场细分能够增长的任何设计改进将是有利的。

因此，将有利的是提供太阳能系统的改进太阳能面板、因此该系统的整个热效率的材料、面板尺寸和各种增强的特征。

发明内容

本发明是包括至少一个、特别是多个太阳能面板的太阳能系统。所述面板包括与由导电材料(诸如金属(铝)或形成聚合材料的有机薄膜)的薄板的“囊状物”构成的面板结合的光伏电池，在联产电力期间捕捉能量(热量)。在囊状物内，当流体通过薄的平面的板之间形成的通道时，流体被加热。

所述板可以由导热材料(诸如金属或聚合物)形成，并且被定向在平行的平面中，在这些板之间形成有通道。所述板被并列设置，通常被固定地设置在一起，并且一个板具有光伏电池基体被贴附到其的平坦的外表面，所述光伏电池基体控制通过所述通道的液体的流动以增强所述液体和所述板之间的热传导。控制通过通道的容积的能力还用于通过迫使前述“囊状物”内的工作流体通过所述面板以用于所述面板的整个区域的均匀的热量吸收来使从PV电池基体(其在产生电力的同时变热)到所述流体的热转移最大化。流体路径和容积被建模为最大化地冷却PV层以产生最高的电输出，与设法为工作流体产生最大热量(以提供用于处理的更高温度的流体)的其他的PVT完全不同。有利地，本发明的目标不是最大化的流体温度，而是最大的电力，对于本发明来说，所述最大的电力是这二者的更高的值，并且通过创新的流体流动设计来实现这，从而比现有的PVT更均匀地冷却PV面板。甚至，PV层的均衡的冷却是用于最大电力产生的一个重要的考虑。

所述流体可以借助于头部组件被引入到所述通道以及从所述通道收回。所述头部组件可以包括上凸缘和下凸缘，端部歧管被夹在它们之间。端部歧管具有沿着所述板的相对的边缘的长度大幅度地或充分地间隔并且与所述板之间的通道连通的多个喷嘴。照此，所述流体在平稳的均匀的流中被引入并且从所述通道被移除。所述头部中的一个充当用于使流体进入到所述通道中的入口，并且另一个充当用于在所述流体已经通过所述通道之后移除所述流体的出口。在一些情况下，附加管可以被附连或贴附到头部组件，例如，顶部头部组件和底部头部组件这二者，以充当进给管。通常，包含流体的太阳能面板的安装必须被提供供应流体的进给管和移除流体的进给管这二者。通过将进给管合并到每个头部组件中，可以避免将每个单个的太阳能面板铺设到预先安装的进给管道。而且，快速的连接手段可以被提供来连接多个太阳能面板。可替换地，使用本发明的设计的外部头部或歧管来均匀地分布流体显著地降低了安装成本，并且将冷却的流体提供到每个面板(没有被串联连接)。

被合并到每个头部组件中或者被贴附到每个头部组件的进给管从而既进给流体，又从本文中描述的头部组件疏散流体。可替换地，使用外部歧管，利用从所述歧管到每个面板的快速连接，同样情况发生。

入口头部中的喷嘴的大小在示例性实施方案中是可控的，以使得入口流可以被操作者增大或减小，以当整个系统被用于具有多个面板的阵列中时优化整个系统。另外，从所述通道移除流体的出口头部中的喷嘴的全部的或累积的开口大于入口头部中的全部的或累积的开口，以便保持通过所述通道的平稳的流动。

本发明的太阳能面板可以被容易地且便宜地生产，并且进一步，易于组装。本发明的太阳能面板的制造和组装的简易性在用于生成热量、加热的水和电力的太阳能面板的使用中提供很大的优点。例如，本发明的太阳能面板与没有本发明的热技术的类似的常规的PV电池面板相比，可以具有多60％的年度电力产量。

在本发明的一方面中，一种使用太阳光对流体进行加热的模块化太阳能面板，所述模块化太阳能面板可以包括：由导热材料组成的大体上平面的第一板；由导热材料组成的大体上平面的第二板，所述平面的第二板被贴附到所述大体上平面的第一板，并且被定向在与所述大体上平面的第一板的平面大体上平行的平面中；所述大体上平面的第一板和所述大体上平面的第二板被以不透流体的关系贴附在一起，在它们之间形成通道，所述通道具有入口和出口，所述入口用于使流体被引入到所述通道中，所述出口用于从所述通道排放流体；所述大体上平面的第一板和所述大体上平面的第二板中的每个是薄的，所述大体上平面的第二板具有由其中的交替的分隔物限定的多个通道；以及光伏电池基体，所述光伏电池基体被以导热的关系贴附到所述大体上平面的第二板。所述入口可以被定位在比所述出口高的高度处。所述大体上平面的第一板和所述大体上平面的第二板这二者都可以由金属(诸如铝)组成。所述光伏电池基体可以包括玻璃或聚合物，诸如薄的聚合物片材。所述入口包括与入口流体线直接流体连通的孔口，并且所述出口包括与出口流体线直接流体连通的孔口。所述分隔物可以包括弯曲拐角以及具有弯曲端部的肋条。所述肋条的所述弯曲端部进一步可以包括倾斜部分。

在本发明的另一方面，一种构造太阳能面板的方法可以包括以下步骤：提供由导热材料组成的大体上平面的第一板，并且提供由导热材料组成并且其中具有细长的凹痕的大体上平面的第二板；将所述大体上平面的第二板贴附到所述大体上平面的第一板以便在被定向为与所述大体上平面的第一板的平面大体上平行的平面中，以形成由其中的交替的分隔物限定的多个通道；将所述第一板的周边密封到所述第二板，同时留出到所述通道的流体入口和流体出口；以及以导热的关系将光伏电池基体层压到所述平面的板中的一个。所述光伏电池基体可以包括薄的聚合物片材或玻璃，诸如薄的玻璃片材。交替的分隔物可以被焊接到所述第一板，或者被焊接到所述第二板，或者被焊接到所述第一板和所述第二板。

在本发明的另一方面中，一种具有多个太阳能面板的结构，所述多个太阳能面板被贴附到所述结构并且被定向为面对太阳，每个太阳能面板可以由以下组成部分组成：由导热材料组成的大体上平面的第一板；由导热材料组成的大体上平面的第二板，所述平面的第二板被贴附到所述大体上平面的第一板，并且被定向在与所述大体上平面的第一板的平面大体上平行的平面中；所述大体上平面的第一板和所述大体上平面的第二板被以不透流体的关系贴附在一起，在它们之间形成通道，所述通道具有入口和出口，所述入口用于使流体被引入到所述通道中，所述出口用于从所述通道排放流体；所述大体上平面的第一板和所述大体上平面的第二板中的每个是薄的，所述大体上平面的第二板具有由其中的交替的分隔物限定的多个通道；以及光伏电池基体，所述光伏电池基体被以导热的关系贴附到所述大体上平面的第二板；其中所述多个太阳能面板至少包括第一行太阳能面板和第二行太阳能面板，所述第二行面板在比所述第一行太阳能面板低的高度处，所述第一行面板每个具有入口和出口，并且所述第二行面板每个具有入口和出口；其中所述第一行面板和所述第二行面板的入口每个具有与冷流体供应线流体连通的流体入口线；并且其中所述第一行面板和所述第二行面板的出口每个具有与暖流体返回线流体连通的流体出口线。所述流体入口线可以经由入口歧管与所述冷流体供应线流体连通。所述流体出口线可以经由出口歧管与所述暖流体返回线流体连通。

根据本太阳能系统的优选的实施方案的下面的详细描述，并且如附图中所示的，本太阳能系统的其他的特征将变得更明显。

附图说明

图1是根据本发明构造的太阳能系统的示意图；

图2是本发明的太阳能面板的分解图；

图3是与本太阳能面板一起使用的入口头部组件的透视图；

图4A是用于构造本太阳能面板的出口头部组件的出口歧管的透视图，并且图4B是出口器官的放大侧视图；

图5是图示说明本发明的入口歧管的示意图；

图6A是图示说明本发明的主流体通道中使用的凹痕的形状和方位的示意图，并且图6B是这些凹痕的侧视图；

图7是图示说明凹痕的形状和方位的进一步的示意图；以及

图8是图示说明与本发明的太阳能面板一起使用的侧支撑组件的透视图。

图9是图示说明头部组件的示意图，所述头部组件的特征为附连或贴附到其以充当进给管的第二管或附加管；

图10是图示说明太阳能面板的示意图，所述太阳能面板的特征为在提供用于流体流动的有效的通道的两个板之间提供的、波纹形式或形状的金属(诸如，例如，铝或合适的聚合物)的分割物；

图11是用于支撑太阳能面板阵列的代表性支架的透视图；

图12是根据本发明的实施方案的具有歧管系统的流体流动路径的示意图；

图13是根据本发明的太阳能面板的内部框架和流动路径的平面图；

图14是图13的太阳能面板的透视图，该图描绘面板的外表面，其中内部结构由凸起限定；

图15描绘图13的太阳能面板的替换实施方案；

图16A是图15的太阳能面板的一部分的分解图；

图16B描绘图16A的太阳能面板的一部分的倾斜布置；

图17描绘根据本发明的太阳能面板环路布局的顶部示意图；

图18描绘图17的太阳能面板环路的侧示意图。

图19A和19B描绘图17和17的太阳能面板环路的歧管。

具体实施方式

首先翻到图1，示出了图示说明根据本发明构造的太阳能系统10的部分分解的示意图。可以看出，存在具有无论是直接的还是间接的暴露于某种形式的太阳光的屋顶14的建筑物结构12。建筑物结构12当然可以是具有对于电力和/或加热的水的需要的任何类型的建筑物。将看出，本发明可以与完全专用于生成热量、加热的水和/或电力的结构(即，专用的结构或框架，并且不服务于诸如用于居住者或用于容纳占用者的结构的任何其他的目的)一起使用。

如在图1中所见的，屋顶14具有按列(垂直对齐)和行(侧向对齐)布置的多个太阳能面板16。如所示，存在九(9)个太阳能面板16，然而，如将变得清楚的，面板的数量、它们的大小和方位可以根据特定的安装(包括其热量、加热的水和/或电力要求)而变化。利用模块化设计，单个面板可以被使用，或者两个或更多个面板可以被容易地连接在一起，以为它们被放置在其上的结构提供足够的太阳能需求。

太阳能面板16可以以使得空气可以在太阳能面板16和屋顶14之间循环的常规的方式被贴附到屋顶14，或者被安装在地面上，或者可以被直接齐平地贴附到屋顶14。如果被直接安装到结构的屋顶，在太阳能面板和屋顶之间可以插入绝缘材料。地面安装的太阳能系统10的一个示例在本文中被作为本发明的另一方面描述。如图1中还指出的，存在由第一板18和第二板20组成的分解的太阳能面板16。

可以看出，第一板18相对于第二板20在上面的位置上，并且太阳能面板16还包括稍后将说明的入口头部组件24和出口头部组件22，然而，入口头部组件24和出口头部组件22包括入口26和出口28，入口26和出口28分别用于将液体引入到太阳能面板16中、以及用于在液体已经通过太阳能面板16之后从太阳能面板16移除液体。

在如所示的实施方案中，每个太阳能面板16中的入口26被定向为相对于地面、高于出口28，以使得流体通过太阳能面板16是在向下的方向，从而受助于重力。如果存在多个面板，情况也是如此，也就是说，冷液体进入上面板或面板，然后在向下的方向前进到下一个太阳能面板或多个太阳能面板。虽然液体可以是通过太阳能面板16的水，但是其他流体可以被使用，包括，但不限于，乙二醇溶液。在本描述中，为了方便，所述介质在下文中将被称为液体。

如常规的，液体循环通过太阳能面板16，在太阳能面板16中，它被太阳的辐射能量加热。在图1的示例性实施方案中，第一板18在上面的位置，并且面对太阳，而第二板20在下面的位置，并且面对屋顶14。加热的液体可以通过合适的管30(闭环系统)传递到储存库32中的热交换器。储存库32也可以是模块化类型，在该类型中，附加容量可以被添加，或者容量由用户或设计者通过(用合适的连接器)堆叠和/或根据所需的配置使用多个堆叠的单元而减少。在任何情况下，加热的液体被储存和累积在储存库32中以通过排放管34被用于一些终端目的。

太阳能系统10还可以包括加热系统36以在需要时提供热量，以便使储存库32中的液体保持在预定温度下。一种类型的加热系统36可以是热泵；然而，其他系统可以被用来保持该预定温度。加热系统36是将是本质上非模块化的唯一部件；然而，几个大小/容量(输出)容易根据所需的配置获得。

现在翻到图2，连同图1，示出了太阳能面板16的分解图，并且图示说明示例性实施方案的单个的太阳能面板16的构造。可以看出，图2的太阳能面板16通过使用两个大体上平面的板(即，第一板18和第二板20)而构成。在图2中可以看出，太阳能面板16在使用中从其正常方位翻转，也就是说，第一板18在下面的位置，第二板20在其顶上，而在正常使用中，第一板18在上面的位置，不过，太阳能面板16在图2中被翻转，以便更好地图示说明第二板20的具体构造。

因此，当在使用中时，最上面的部件是常规的并且面对太阳光以接收辐射能量以生成电力的一个光伏电池40(PV电池)或多个光伏电池。PV电池基体40被贴附到第一板18的上表面42，并且可以通过粘合剂或者通过层压被贴附到那里。可与本申请的太阳能面板一起使用的PV电池容易在市场上买到，并且本申请的太阳能面板的优点之一是PV电池不需要被定制，而是可以包括目前可获得的商业的PV电池中的几乎任何一个。

典型的商业的封装的PV电池可以被作为具有期望尺寸的玻璃或聚合物盖子的单元获得，并且可以是覆盖第一板18的上表面42的所有的或基本上所有的区域的单个PV电池基体。如所指出的，第一板18的上表面42是大体上平面的表面，以使得PV电池基体40均匀地覆盖该表面以增强热量的传递。

在图2中，太阳能面板16被配置为具有端部44、46和侧面48、50的矩形，不过，可以看出，其他的几何形状可以被使用。如所指出的，太阳能面板16的端部44、46被入口头部组件24和出口头部组件22固定。在示例性实施方案中，入口头部组件24被用来经由入口26(图1)引入液体通过太阳能面板16，而出口头部组件22被用来经由出口28(图1)从太阳能面板16移除液体。

因此在图2中可以看出，虽然如稍后将说明的，入口头部组件24和出口头部组件22在某些方面基本上是不同的，但是每个包括上凸缘54和下凸缘52。另外，存在入口歧管56和出口歧管57。在入口头部组件24和出口头部组件22的制作中，上凸缘52和下凸缘22被用入口歧管56和出口歧管固定在一起，被夹在它们之间。

在图3中，连同图2，存在完成的入口头部组件24的透视图，并且连同图2，包括入口头部组件24和出口头部组件22这二者的共同的部件。因此，描述入口头部组件24，可以看出上凸缘54、下凸缘52和入口歧管56被定位在它们之间。入口头部组件24的组装可以用紧固件58来实现，紧固件58可以是螺钉、铆钉或其他紧固装置。还可以看出，细长狭槽60在被完全组装在一起时被形成在入口头部组件24中，在第一板18和第二板20已经被如稍后将描述的那样贴附在一起之后，接收第一板18和第二板20的端部边缘62、64。

如所说明的，入口头部组件24和出口头部组件22这二者是类似的，除了歧管被夹在上凸缘54和下凸缘52之间、并且该歧管在入口组件24和出口组件22之间是不同的之外。

然后翻到图4A和4B，示出了出口歧管57的透视图和前视图，并且可以看出，它包括出口28，出口28提供用于使液体退出出口歧管57内的细长通路的排放手段。多个出口喷嘴66被形成在出口歧管57中，并且每个出口喷嘴66与出口歧管57内的细长通路连通，以使得通过出口28退出的液体被均匀地接收到所述多个出口喷嘴66中。

在图4B中，可以看出，在示例性实施方案中，出口喷嘴66的形状是细长的或卵形的，并且可以沿着出口歧管57均匀地分布。

然后翻到图5，存在入口歧管56的示意图。可以看出，入口歧管56具有与图4A和4B的出口喷嘴66类似的多个细长的入口喷嘴67，不过，还存在套管69，套管69在入口歧管56内滑动，并且该套管还具有与入口喷嘴67大致(略远点)相同距离间隔的并且大小类似的多个开口71。照此，为了改变液体通过入口歧管56的流动，套管可以被相对于入口歧管56轴向移动，以使得开口71中的或多或少的开口与入口喷嘴67对齐。

因此，当套管69被移动到开口71与入口喷嘴67充分对齐的位置时，最多的液体可以通过入口歧管67。随着套管69然后被轴向移动，开口71将与入口喷嘴67不太对齐，并且入口喷嘴67的有效的累积开口缩小，从而减小通过入口歧管的流动。

以这种方式，通过入口歧管56的流动可以由操作者控制，并且可以存在手动地或自动地引起套管69的轴向移动的某个机构73。

如图9中所描绘的，本发明的头部组件可以包括被附连或贴附到其以充当进给管的第二管或附加管103。这样的附加进给管103可以被用来将流体进给到本文中描述的头部组件、或者从本文中描述的头部组件疏散流体。本发明可以包含将流体进给到本文中描述的头部组件中的一个附加进给管103、以及从本文中描述的头部组件疏散流体的另一个附加进给管103。

返回到图2，在太阳能面板16的组装中，第一板18和第二板20被贴附在一起以在它们之间形成用于使液体通过太阳能面板16的通道68。如关于入口头部组件24和出口头部组件22所描述的，一旦第一板18和第二板20被如将说明的那样贴附在一起，该组合就装到入口头部组件24中的细长狭槽60(图3)和出口头部组件22中的相同的细长狭槽中，以使得出口头部组件57的出口喷嘴66和入口头部组件24中的入口喷嘴可以与通道68连通。照此，基本上沿着或者完全沿着入口头部组件24的宽度安置的所述多个入口喷嘴67将液体引入到通道68中，并且基本上沿着或者完全沿着出口头部组件22的宽度安置的出口喷嘴66从通道68移除液体，以便创建液体通过通道68的平稳的均匀的流动。

对平稳的流动做出贡献的特征是出口喷嘴66的整个开口累积面积被设计为大于入口喷嘴67的累积面积，以便防止通过通道68的压力倒退。

液体的流动通过使用第二板20中的伸到通道68中的凹痕70而被进一步增强。凹痕70均匀地分布在第二板20上，并且延伸到通道68中，但是不一直延伸通过通道68以便接触第一板18。以这种方式，凹痕70使得通过通道68的液体可以占据下面的板20的整个区域以使热传递最大化、而且还引导液体流过窄的空间，而不是采取最快的路线(可能由斜率引起，或者最容易的流动路径)，并且凹痕70还用于管理通过太阳能面板16的液体的量。

可替换地，如图10中所描绘的，代替凹痕70，波纹形式或形状的金属(诸如，例如，铝或合适的聚合物)分割物100可以被提供在本文中描述的所述两个板(诸如第一板18和第二板20)之间，从而提供有效的通道102用于流体流动。以这样的金属分割物100为特征的这样的太阳能面板使得可以将本文中描述的所述两个板固定在一起。分割物100可以通过焊接、粘合贴附等被固定到所述板。

翻到图6A和6B，连同图2，存在示出通道68的顶视图和侧视图、以及图示说明凹痕70的形状和方位的示例性实施方案。可以看出，凹痕70被按图6的行(平行于箭头A图示的、液体的流动方向)和列(垂直于液体的流动)布置。

凹痕70可以进一步被描述为螺旋形形状，其中该螺旋形的端部被定向为垂直于通过通道68的流动方向。另外，如图6B中所见，螺旋形凹痕70的一端越来越多地伸到通道68中。

翻到图7，存在图示说明凹痕70的形状和方位的示意图。在图7中，流体的流动方向用箭头B指示。可以看出，凹痕70被按如线C指示的垂直于流动方向的行和线D指示的平行于流体流动的列布置。在图7的实施方案中，冷的流体可以在通道68的顶部(通常是抬高的)部分进入，加热的流体可以在通道68的底部(通常是较低的)部分退出。

凹痕70基本上是一个圆或360度的螺旋形线圈，其中盘绕的凹痕70的一端75与第二板20的平面表面基本上齐平，并且另一端或前端77被向外移置，远离第二板20的平面表面。与螺旋形配置一样，存在裂缝79，其中凹痕70的所述一端75和前端77相隔有限的距离。

因此，箭头E所示的较冷的液体的流动进入通道68，并且该流动的一部分被凹痕70改道，或者如箭头H所示，跟随通道102并且被加热，同时形成旋动的流动图案，从而增强热传导。在示例性实施方案中，裂缝81垂直于流体的流动，并且可以被定向为使得裂缝81与交替的行有180度的偏移。流体流动的螺旋形图案迫使倾泻流体围绕PV电池基体40(图2)的热点旋动，以便使对流体的热传递最大化。可替换地，提供通道102促进流体流过面板。

凹痕70被按压到第二板上，以使得在第二板20和凹痕70之间存在平滑的连续的金属转变，并且在它们之间没有断开或空间。

除了凹痕70之外，在第二板20中形成有浅凹72，这些浅凹72再次，向内延伸，并且均匀地分布在第二板20上。浅凹72向内延伸通过通道68以接触第一板18，并且在接触点处进行激光焊接以便将第一板18和第二板20固定在一起。浅凹72的使用具有两个功能，也就是说，浅凹72使第一板18和第二板20在整个太阳能面板16上相等地间隔开，以使得通道68具有均匀的深度，而且激光焊接的浅凹72的使用抑制第一板18和第二板20在意外膨胀的情况下鼓起。不过，该膨胀也可以通过安全阀门和/或工业标准“后退”系统来控制。

作为太阳能面板16的进一步的组件，再次存在侧面构件74、76，侧面构件74、76可以由金属(诸如铝)组成，并且被沿着太阳能面板16的侧面48、50定位在第一板18和第二板20之间以密封侧面48、50、并且防止液体从通道68泄漏。侧面48、50可以被激光焊接到侧面构件74、76以使侧面构件74、76保持在期望的位置上。

在图8中，连同图2，侧面构件74、76这二者可以被构造为侧面支撑组件80，侧面支撑组件80可以被用来加强太阳能面板16。因为侧面支撑组件沿着太阳能面板16的每个侧面48、50是相同的，所以只有一个将被描述。照此，侧面组件80包括外边缘挤出部分82。边缘挤出部分82具有用于保持侧面密封件86的主通道84，侧面密封件86与侧面构件74、76一样，被插入在第一板18和第二板20之间以在它们之间提供密封。

还可以看出，PV电池基体40与第一板18一起被贴附在边缘挤出部分82的凹口88内。以类似的方式，第二板20还装配在边缘挤出部分中的凹口90内。紧固装置92(诸如螺钉或铆钉)通过边缘挤出部分82以将所有的部件保持在一起。

返回到图2，作为太阳能面板16的进一步的特征，存在形成在第一板18中的开口94、以及形成在第二板20中的开口96，当第一板18已经被如前所述那样贴附到第二板20时，开口94和开口96对齐。垫圈98被提供在开口94、96的中间以密封在第一板18和第二板20之间。照此，开口94、96在太阳能面板16中提供贯通的开口，用于电布线通过或其他公共设施需要。

所有这些部件将能够基于用户输入(将被加热的区域的大小、热水使用、人数、结构大小、绝缘水平、地理区域等)、以及也是基于该输入可获得的所有的相关的数据(诸如配置、大小、效率、估计的节省(基于用户输入)等)进行计算机配置(用于估计和安装指示的目的)。

此外，这些太阳能面板在足够容量的储存库中提供保持在恒定温度下的足够的热水。不是当温度下降几度时点燃可替换的燃料驱动的加热单元，而是所述单元被设计为保持恒定的预定温度，从而消除低效的“峰和谷”以有利于更高效的温度保持。在模块化设计内，附加的(模块化的)太阳能面板可以被添加以提供足够的热量/热水或电力联产。

因此，例如最小公分母、适合于小型车库的大小将是每个模块化太阳能面板单元的基本大小，并且更大的大小可以通过容易地将这些模块化单元中的更多个模块化单元添加在一起而被组装。

如图1-5所示的本发明的构造细节是系统配置可以被改动以适应任何大小构造。所用的材料将适合于暴露(屋顶)，并且理想地适合于所有的气候和条件。另外，所述单元可以被容易地配置和安装到新的构造中，像改造到现有的结构中一样容易。本质上，太阳能面板包括囊状物，该囊状物由结合在一起的两个铝片材组成，使得工作流体在面板的整个背面上均匀地在薄“片材”中流动，这两个铝片材现在仅被薄的铝壁分离，从而更高效地冷却整个的PV电池阵列，并且在处理中提取更多的热量用于热水。

所述两个铝片材可以被激光焊接或者被形成拐角以用于不透水的密封，或者在内部被激光焊接以保持适当的间隔(流体体积控制)并且防止膨胀(除了安全压力阀门之外)。本发明被用来在操作期间进一步管理面板内的流体的总体积，而且还被用来将流体引导到面板的整个平面上的均匀的流动。所述设计迫使流体在PV层的最热的区域的上方，从而使得能够更高效地冷却和提取更多的热量以用于产生热水。而且，流体流动可以被设计为更均匀地冷却PV，从而使得可以最大化地产生电力，与降低电力产量的不均匀的冷却完全不同。

在一个广泛的实施方案中，本发明是独特的多维太阳能面板系统，该多维太阳能面板系统合并对水进行加热的太阳能面板、以及使用创新的材料、尺寸和构造产生电力的PV电池。另外，本发明在构思上是完全模块化的，以用于极其容易地安装和维护。

在本发明的特定的实施方案中，太阳能面板可以被安装在支架上，其中多个这样的面板被互连以便流体接合，并且被设置在表面(诸如结构的屋顶或地面)的上方。代表性支架在图11中被示出，并且包含用于以指示的方式倾斜安装这样的面板的支撑提供者。具体地说，支架104包括一对水平的支撑构件106，每个又被多个垂直基脚108支撑。多个面板支撑构件110被安装在水平的支撑构件106上并且成垂直于其的布置。

根据本发明的特征，水平的支撑构件106还适于用作用于热交换流体通过相应的太阳能面板进入和出来的流体导管。为了便利水平的支撑构件106用作流体导管，支撑构件由不锈钢、或相似的无腐蚀性和惰性材料制备，或者用无腐蚀性和惰性材料做衬里。

现在参照图12，面板组件的示意性表示被示出，并且流体导管的路径和配置可以被看见。因此，存在与在垂直方向上的下面的支撑构件流体连通的流体导管112的第一歧管，第一歧管将热交换流体递送到相应的太阳能面板16，或者从未示出的在支撑构件和所述面板中的每个的相应的下面的头部之间延伸的多个连接管，从相应的太阳能面板16接收热交换流体。

对于流体流动从上到下(或者向下的流动)的实施方案，诸如与结合图7描述的流动图案相关联的面板，流体可以被递送到在该图中被标记为116的上面的头部。流体然后可以垂直向下地行进通过相应的面板中的每个，并且然后可以通过下面的头部114从面板16被移除，在头部114中，它被收集并且被转交给这里未示出的对应的连接器管，这些连接器管在热回收之后将流体递送到流体导管116以用于再次循环通过所述系统。

然而，本发明不限于此。本发明的面板还可以具有从下到上的流体流动图案(或者向上的流动)。在这样的情况下，流体可以被递送到在该图中被标记为114的下面的头部。流体然后可以垂直向上行进通过相应的面板中的每个，并且然后可以通过上面的头部116从面板16被移除，在头部116中，它被收集并且被转交给这里也没有被示出的对应的连接器管，这些连接器管在热回收之后将流体递送回流体导管114以用于再次循环通过所述系统。下面描述本发明的具有向上的流体流动图案的面板的非限制性示例，例如，结合图13-16B描述。尽管如此，具有有向上、向下或侧向设计的流动通道的面板、并且如果期望、将流体流动从向上的流动修改为向下的流动、和/或将流体流动从向下的流动修改为向上的流动在本发明的范围内。

在本发明的进一步的可替换的实施方案中，太阳能面板16可以被制备不同的流体流动路径和构造。因此，参照图13，限定由如所示的交替的分隔物122建立的简化的可替换的流动路径的面板120被示出。面板120的外周由框架构件124限定，框架构件124能够由单种连续长度的管状或相似形状的材料形成。在特定的实施方案中，所述材料可以是铝，并且如图13所示，可以是或限定基本上矩形的周边的四个拐角中的每个处的弯曲部分。

在如图14所示的、该构造的替换实施方案中，面板120的外框架和分隔物可以由构成面板16的两个片材124、126中的一个的凸起或压印限定。在这样的情况下，面板的构造简单地通过所述两个片材中的一个的凸起、随后在凸起的构件接触相邻片材的情况下将相应的片材彼此结合、胶合或其他方式的紧固以限定最终的面板来实现。

如图15和16A中所描绘的，面板120可以具有拐角134，拐角134具有给予尤其是通过面板120的蛇形路径128的更一致的流体流动的拐角半径。拐角134可以具有从大约20mm到大约60mm的曲率半径R1，更可取地从大约30mm到大约42mm的曲率半径R1。此外，交替的分割物122的肋条端部136还可以具有弯曲的边缘138。弯曲的边缘138可以具有从大约3mm到大约12mm的曲率半径R2，更可取地从大约4mm到大约8mm的曲率半径R2。肋条端部136可以包括倾斜的端部140。如图16B中所描绘的，倾斜的端部140可以与面板120的基本表面121成锐角α。锐角α可以从大约15度变到大约30度，更可取地从大约20度变到大约25度。面板120可以进一步包括用于流体(诸如热交换流体)进入和出来的孔口或其他开口130、132。

本发明的太阳能面板120不需要具有如图11中描绘的“集成的头部”或支架设计。如图17中所描绘的，单个的流体入口线146可以与单个的面板120流体连通。入口头部22和出口头部24可以不再是必需的，并且如下所述，入口头部和出口头部被替换为简单的管件或软管布置和连接。流体入口线146可以经由歧管144与冷流体供应线140流体连通。虽然一个流体入口线146被描绘为与一个面板120的一个入口孔口130流体连通，但是本发明不限于此。例如，一个或更多个流体入口线146流体可以分岔或以其他方式分隔或分割以与一个或更多个入口孔口130、或者一个或更多个面板120流体连通。以类似的方式，单个的流体出口线148可以与单个的面板120流体连通。流体出口线148可以经由歧管144与暖流体返回线142流体连通。虽然一个流体出口线148被描绘为与一个面板120的一个出口孔口132流体连通，但是本发明不限于此。例如，一个或更多个流体出口线148可以分岔或以其他方式分隔或分割以与一个或更多个出口孔口132、或者一个或更多个面板120流体连通。线140、142、146、148可以是塑料或金属。高密度聚乙烯(HDPE)是一种有用的塑料材料，尤其是对于线140、142来说，线146、148可以是柔性的线或软管。对于这样的柔性的线或软管的一种有用的材料是乙烯丙烯二烃单体(EPDM)，用于一定范围的应用中的合成橡胶材料。通常，暖流体返回线142可以是绝缘的。线140、142、146、148可以是相同的材料或不同的材料。如有必要，线140、142、146、148的大小(包括线直径)可以变化。图17中描绘的布置的非限制性优点可以包括易于安装、改变配置灵活、和/或系统压降减小。

图18描绘图17的太阳能面板120配置的布置。这样的布置不是限制，并且其他布置可以合适地被使用。冷流体供应线140和暖流体返回线142可以部分地或基本上被设置在地面下方或地下152。冷流体供应线140的不同部分和暖流体返回线142的不同部分可以经由不同的连接器154(诸如图18中描绘的T形联接部分)被联接。通气孔150可以被设置在暖流体返回线142的一部分处。通气孔150在操作中可以是自动的或手动的。通气孔150通常被设置在所述系统中的最高的高度处，该高度在图18中被描绘为大约用于暖流体返回线142的歧管144。图18的布置不限于地面下方或地下，并且其他配置(诸如屋顶配置)可以合适地被使用。

图19A和19B描绘歧管144的一个配置。所述歧管可以具有多个数量的出口端口154。出口端口154b被用来连接到单个的流体入口线146或出口线148。出口端口154可以为有倒钩的配件的形式，尤其是当流体入口线146或出口线148由柔性材料(诸如EPDM软管)构成时。歧管144的一端可以是用于固定到冷流体供应线140和暖流体返回线142的螺纹端部。本发明不限于螺纹端部144，并且其他配置可以合适地被使用。歧管144的相对端部158可以具有连接部分160，连接部分160可以是敞开的以与其他装置(诸如通气孔150或用于通气孔150的管件或管道)流体连通。所述连接部分可以是关闭的端部，如果没有其他的连接是必要的话。歧管144可以具有防止不合需要的流动的球阀(未示出)。

在本发明的一个方面，PV电池基体40可以包括代替玻璃的薄的聚合物片材。第一板18和第二板20或面板120是铝基板，以使得所述组件被设计为装配到标准的PV层压件中以提供PVT面板。本发明的PVT面板生成提供比标准的PV多的(诸如四倍的)总热能和电能的面板。

虽然本发明的前面的撰写的描述使得能够做出并且使用目前被认为是最佳的、最方便的、最可配置的、且从各方面说最有利的其太阳能系统的发明，但是任何技能水平的人都将理解并且领会本文中的特定的实施方案、方法和示例的变化、组合和等同的存在。本发明因此不应受上述实施方案、方法和示例的限制，而是受如要求保护的本发明的范围和精神内的所有的实施方案和方法的限制。

Claims (16)

1.一种使用太阳光对流体进行加热的模块化太阳能面板，所述模块化太阳能面板包括：

由金属导热材料组成的平面的第一板；

由金属导热材料组成的平面的第二板，所述平面的第二板被贴附到所述平面的第一板，并且被定向在与所述平面的第一板的平面平行的平面中；

所述平面的第一板和所述平面的第二板被以不透流体的关系贴附在一起，在它们之间形成通道，所述通道具有入口和出口，所述入口用于使流体被引入到所述通道中，所述出口用于从所述通道排放流体；

所述平面的第二板具有由其中的交替的分隔物限定的多个通道；以及

光伏电池基体，所述光伏电池基体被以导热的关系贴附到所述平面的第一板或所述平面的第二板；

其中所述平面的第二板包括弯曲拐角，所述弯曲拐角具有从20 mm到60 mm的曲率半径，并且所述分隔物包括细长的肋条，所述细长的肋条具有弯曲的肋条端部，所述弯曲的肋条端部具有从3 mm到12 mm的曲率半径。

2.如权利要求1所述的模块化太阳能面板，其中所述出口被定位在比所述入口高的高度处。

3.如权利要求1所述的模块化太阳能面板，其中所述平面的第一板和所述平面的第二板这二者都由铝组成。

4.如权利要求1所述的模块化太阳能面板，其中所述光伏电池基体包括玻璃。

5.如权利要求1所述的模块化太阳能面板，其中所述光伏电池基体包括聚合物。

6.如权利要求1所述的模块化太阳能面板，其中所述光伏电池基体包括聚合物片材。

7.如权利要求1所述的模块化太阳能面板，其中所述入口包括与入口流体线直接流体连通的孔口。

8.如权利要求1所述的模块化太阳能面板，其中所述出口包括与出口流体线直接流体连通的孔口。

9.如权利要求1所述的模块化太阳能面板，其中所述细长的肋条的所述弯曲的肋条端部进一步包括倾斜部分，所述倾斜部分自所述平面的第二板的基部以从15度到30度的锐角倾斜。

10.一种构造如权利要求1所述的太阳能面板的方法，所述方法包括以下步骤：

提供所述平面的第一板和所述平面的第二板；

将所述平面的第二板贴附到所述平面的第一板以便在被定向为与所述平面的第一板的平面平行的平面中，以形成由其中的所述交替的分隔物限定的所述多个通道；

将所述平面的第一板的周边密封到所述平面的第二板，同时留出到所述通道的流体入口和流体出口；以及

以导热的关系将光伏电池基体层压到所述平面的第一板或所述平面的第二板中的一个。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述光伏电池基体是聚合物片材。

12.如权利要求10所述的方法，其中所述交替的分隔物被焊接到所述平面的第一板，或者被焊接到所述平面的第二板，或者被焊接到所述平面的第一板和所述平面的第二板。

13.一种具有多个太阳能面板的结构，所述多个太阳能面板被贴附到所述结构并且被定向为面对太阳，包括：

多个太阳能面板，所述太阳能面板是如权利要求1所述的太阳能面板；

其中所述多个太阳能面板至少包括第一行太阳能面板和第二行太阳能面板，所述第二行太阳能面板在比所述第一行太阳能面板低的高度处，所述第一行太阳能面板每个具有入口和出口，并且所述第二行太阳能面板每个具有入口和出口；

其中所述第一行太阳能面板和所述第二行太阳能面板的入口每个具有与冷流体供应线流体连通的流体入口线；并且

其中所述第一行太阳能面板和所述第二行太阳能面板的出口每个具有与暖流体返回线流体连通的流体出口线。

14.如权利要求13所述的结构，其中所述流体入口线经由入口歧管与所述冷流体供应线流体连通。

15.如权利要求13所述的结构，其中所述流体出口线经由出口歧管与所述暖流体返回线流体连通。

16.如权利要求13所述的结构，进一步包括附加行的太阳能面板。