CN114204905B - 太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置和冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置，包括输水管边框条、集水槽边框条、导水边框条和防水密封结构，其拼装组合成为一个闭合框体，闭合框体与至少一块所述太阳能采光天窗光伏玻璃面板的形状和大小相匹配，以在使用中固定在光伏玻璃面板的外周边上，在光伏玻璃面板的上表面形成一个容水空间。本冷却装置在光伏玻璃面板的朝外的玻璃表面上提供喷射水流，进行降温，解决现有技术中的冷却结构传热系统不合理设置的问题，还对光伏玻璃面板外表面清洗，有利于提高光伏玻璃面板对于阳光的接收效率；使得冷却效果很好，对采光窗的原有外观造型没有任何干涉，本冷却装置丝毫也没有影响到原有设计的美观性。本发明还提供了冷却方法。

Description

太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置和冷却方法

技术领域

本发明涉及光伏建筑一体化技术领域，提供一种水冷式温控冷却装置，用于建筑光伏太阳能采光天窗的光伏玻璃面板降温；本发明还提供使用所述冷却装置对太阳能采光天窗光伏玻璃面板进行冷却的方法。

背景技术

将太阳能光伏玻璃面板集成到建筑采光天窗，是光伏建筑一体化的一种表达形式。光伏建筑采光天窗玻璃一般采用中空夹层光伏玻璃，它既承担着转换太阳能的作用，又必须同时满足建筑热工性能的要求。对于目前的技术水平，光伏玻璃对太阳能的转换作用，只有少部分转换成了电能，而相当一部分太阳能作用在了产生热量上。因此，此时光伏玻璃必须及时散热，否则当热量积累到一定程度，使太阳能板的温度超过一定数值，将会影响太阳能板的工作效率，甚至损坏元器件。

传统的太阳能面板散热方式主要采用背面通风，或者背面设置冷却盘管的方式进行散热。而中空夹层光伏玻璃背面的空气层，有一定的隔热作用，这就在一定程度上阻隔了热量向背面传递。另一方面，由于建筑采光顶还兼备着隔热的功能要求，因此，这部分热量不能过多地向光伏玻璃的背面，也就是建筑物的室内传递，否则会影响建筑的整体热工性能。而这一切都影响着在太阳能光伏玻璃面板的背面设置冷却装置对光伏玻璃面板的降温效果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中上述光伏玻璃面板的散热问题，提供一种用于太阳能采光天窗光伏玻璃面板的作用在光伏玻璃面板外表面的水冷式温控冷却装置。

本发明的另一个目的是提供使用所述冷却装置对太阳能采光天窗光伏玻璃面板进行冷却的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置，包括输水管边框条、集水槽边框条、导水边框条和防水密封结构，其拼装组合成为一个闭合框体，该闭合框体与至少一块所述太阳能采光天窗光伏玻璃面板的形状和大小相匹配，以在使用中密封地固定在所述光伏玻璃面板的外周边上，在光伏玻璃面板的上表面形成一个容水空间；

所述输水管边框条在其横截面上包括上下两部分，其下部分为玻璃面板卡固部，具有一侧向开口的凹槽，用于卡固在所述光伏玻璃面板的边缘上，在该凹槽的上下两个内侧壁上设有所述防水密封结构使得玻璃面板与玻璃面板卡固部密封；其上部分为输水管部，在沿输水管边框条的轴线方向设置输水通道，在该输水管部的朝向所述闭合框体的一侧的侧壁上设置喷水口，使得从该喷水口喷出的水落在玻璃面板上，在该输水管边框条的上端设置输水管进水口与所述输水通道连通；

所述集水槽边框条在其横截面上包括上下两部分，其下部分为玻璃面板固定部，与所述光伏玻璃面板的外边缘固结，在玻璃面板固定部上设置所述防水密封结构使得玻璃面板与玻璃面板固定部密封；其上部分为集水槽部，在沿集水槽边框条的轴线方向设置集水槽通道，该集水槽通道在朝向所述闭合框体的一侧槽侧壁上开设集水槽进水口，使得玻璃面板上的水流入集水槽通道中，在该集水槽边框条的下端设置排水口与所述集水槽通道连通；

所述导水边框条的两端分别与所述输水管边框条和所述集水槽边框条的相应端头固连，使得构成所述闭合框体，在所述导水边框条的两端和所述输水管边框条和所述集水槽边框条之间以及与玻璃面板的贴合部分上设置所述防水密封结构。

优选地：

所述输水管边框条上：

所述输水通道在其横截面上为上宽下窄的直角倒梯形，在朝向所述闭合框体内侧，斜向的腰部侧壁的上部设置所述喷水口。

所述喷水口朝向所述闭合框体的横截面地朝下设置。

所述喷水口的轴线与所述闭合框体的横截面的夹角为110-120°。

所述喷水口的口径为5-15mm。

所述输水通道的斜向的腰部侧壁的优选形状为弯折形状，即两端分别是一段与对面的直角侧壁平行的直壁段，其间为一倾斜侧壁段，由此在输水通道的上方所述闭合框体内层形成一回型弯曲腔，所述喷水口设置在所述倾斜侧壁段上，位于该回型弯曲腔的下方。

所述回型弯曲腔的横截面，在输水管边框条的宽度方向上最宽处的长度为15-35mm，在高度方向上高度为15-35mm。

所述玻璃面板固定部的横截面为L形，底部的平板为玻璃面板支撑结构，竖直的侧板上设置所述防水密封结构。

所述输水管进水口则布置在所述输水管边框条的一个端部。

所述集水槽部的横截面为反C形，底部的平板与所述玻璃面板固定部的竖直的侧板固为一体，且低于所述侧板的上端边缘以构成一个集水凹槽，所述排水口设置在所述底部的平板上。

所述底部的平板低于所述侧板的上端边缘的距离为5-15mm。

更具体地：

在所述采光天窗光伏玻璃面板的周边固定安装包括输水管边框条、集水槽边框条、导水边框条的一闭合框体，所述输水管边框条位于所述太阳能采光天窗光伏玻璃面板的在上的边缘上，所述集水槽边框条位于该太阳能采光天窗光伏玻璃面板的在下的边缘上，所述输水管边框条上的每一个所述喷水口的位置与所述光伏玻璃面板上阵列式设置的光伏电池板的每一列的位置相对应。

所述防水密封结构为防水密封胶层。

本发明提供的使用上述冷却装置对太阳能采光天窗光伏玻璃面板进行冷却的方法，其是：

在所述输水管边框条的进水口通入冷却水，该冷却水通过该输水管边框条上朝下的出水口以设定流速和流量喷出，流过玻璃面板的外表面，再通过所述集水槽边框条上的所述集水槽进水口进入集水槽通道，再从所述集水槽边框条在下的所述排水口排出。

进一步地，冷却过程是间歇性进行，根据设置在光伏玻璃面板上的温度监测装置给出的温度，当温度达到一个设定值时，即启动冷却水输送装置，待温度降低到设定值时，停止冷却过程。

进一步地，保证在所述光伏玻璃面板上保持一设定厚度的水膜。

该水膜的厚度为3-5mm。本发明提供的太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置和使用该冷却装置对光伏玻璃面板的冷却方法，创造性的采用在光伏玻璃面板的朝外的玻璃表面上提供喷射水流，对光伏玻璃面板进行降温，解决的现有技术中的冷却结构传热系统不合理的设置，同时还可以对光伏玻璃面板的表面进行清洗，更有利于提高光伏玻璃面板对于阳光的接收效率；通过非常简单但十分有效的结构将冷却水流进行约束和导向排出，不仅使得冷却效果很好，同时因为本冷却装置围绕在采光天窗光伏玻璃面板的四周边缘，对采光窗的原有外观造型没有任何干涉，所以本冷却装置丝毫也没有影响到原有设计的美观性。

下面通过附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明提供的太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置的俯视结构示意图。

图2为图1的A-A剖视结构示意图。

图3为图1的B-B剖视结构示意图。

图4为图1所示冷却装置中输水管边框条的断面结构示意图。

图5为图1所示冷却装置中集水槽边框条的断面结构示意图。

图6为图1所述冷却装置中导水边框条的断面结构示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示为本发明提供的一种太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置的实施例，其包括输水管边框条1、集水槽边框条2、导水边框条3和防水密封结构，其拼装组合成为一个闭合框体，该闭合框体与一块倾斜设置的矩形太阳能采光天窗光伏玻璃面板4的大小相匹配，闭合框体固定在光伏玻璃面板4的外周边上。

如图1、图2和图3所示，采光天窗光伏玻璃面板4从外向内的结构是：两层透明玻璃41和45，其间通过透明的胶膜42和44将光伏电池板43固定在两层透明玻璃41和45之间，内侧还有一层透明玻璃47，透明玻璃47和透明玻璃45之间存在一密闭的空气层46。

输水管边框条1位于太阳能采光天窗光伏玻璃面板4在上的边缘上，集水槽边框条2位于玻璃面板4在下的边缘上，两根导水边框条3设置在光伏玻璃面板4的两个侧边缘上，再加上防水密封结构，构成密封的闭合框体，在光伏玻璃面板4的上表面形成一个容水空间。

结合图4所示，输水管边框条1为型材，在其横截面上包括上下两部分，其下部分为玻璃面板卡固部，具有一侧向开口的凹槽11，与玻璃面板4的厚度相匹配，光伏玻璃面板4的上边缘卡固在凹槽11中，在凹槽11的上下两个内侧壁面上设有防水密封胶层a构成的防水密封结构，使得玻璃面板4与玻璃面板卡固部密封。输水管边框条1的上部分为输水管部，在沿输水管边框条1的轴线方向设置输水通道12，在输水管部的朝向所述闭合框体的一侧的侧壁上设置喷水口13，喷水口13上连接喷水嘴，使得从喷水口13喷出的水落在玻璃面板4上，在输水管边框条1的上端设置输水管进水口14与输水通道12连通。喷水口13在输水管边框条的轴线方向根据光伏电池板的排布情况而均布在输水管边框条中间部位，输水管进水口14则布置在输水管边框条1的一个端部。

输水通道12在其横截面上为上宽下窄的直角倒梯形，在朝向所述闭合框体内侧，斜向的腰部侧壁的上部设置喷水口。

在如图4所示的具体实例中，输水通道12的斜向的腰部侧壁的形状为弯折形状，即两端分别是一段与对面的直角侧壁12a平行的直壁段12b和12d，其间为一倾斜侧壁段12c，由此在输水通道12的上方邻近所述闭合框体内侧形成一梯形回型弯曲腔12e，喷水口13设置在倾斜侧壁段12c上。

回型弯曲腔12e的横截面在输水管边框条1的宽度方向上最宽处的长度b为20mm，在高度方向上的高度c为20mm。输水管通道12的转折角12f出均为圆角设计。

喷水口13朝向所述闭合框体内的横截面的朝下设置，设置在倾斜侧壁段12c上，喷水口13向下朝向玻璃面板4，喷水口13的轴线与玻璃面板表面的夹角是117°，喷水口的轴线交汇在玻璃面板上部边缘，在光伏玻璃面板中第一排光伏电池板的上方。如果角度太小，喷水对面板表面的冲击力对面板有损害。

喷水口13的口径为10mm。

这样的输水管边框条具有如下优点：

（1）进水口14位置远离喷水口13位置，冷却液从进水口14进入输水管通道12并均匀充满，冷却液随即到达输水管通道12腔室右上角梯形回型弯曲腔位置，水压驱使冷却液从侧面喷水口13喷出。这样的输水管通道12的设计可以确保每一个喷水口13水压一致；

（2）输水管流道12内壁圆角设计，符合流体力学规律，避免局部水流冲击造成压力过大；

（3）喷水口13向下并与光伏玻璃面板4形成一定入射角度，能够确保冷却液喷洒在光伏玻璃面板的顶部并流向各个部位。另一方面，喷水口向下，也避免了喷水口积尘堵塞；

（4）输水管边框条1与光伏玻璃面板4的接合面设防水密封胶层a，可以避免冷却液渗漏到面板4的背面。

结合图5所示，集水槽边框条2为型材，在其横截面上包括上下两部分，其下部分为玻璃面板固定部，与光伏玻璃面板4的外边缘固结，玻璃面板固定部的横截面为L形，底部的平板24为玻璃面板4支撑结构，在平板24和光伏玻璃面板4之间以及竖直的侧板25上设置所述防水密封胶层a，使得玻璃面板4与玻璃面板固定部密封；

集水槽边框条2上部分为集水槽部，集水槽部的横截面为反C形，底部的平板26与玻璃面板固定部的竖直的侧板25为一体，在沿集水槽边框条2的轴线方向设置集水槽通道21，集水槽通道21在朝向所述闭合框体的一侧的槽侧壁上开设集水槽进水槽口22，使得流过玻璃面板4上的水通过集水槽进水槽口流入集水槽通道21中，在集水槽边框条2的下端设置排水口23与集水槽通道21连通。平板26低于侧板25的上端边缘以构成一个集水凹槽27，排水口23设置在底部的平板26上。底部的平板26低于侧板25的上端边缘25a有12mm。集水凹槽27内壁的转角28为圆角设计。

这样的集水槽边框条具有如下优点：

（1）使用本发明提供的冷却装置进行光伏玻璃面板的冷却是间断性进行的，设集水凹槽27，可避免在冷却过程停止的时候冷却液在防水密封层a位置停留，减少冷却液向室内渗漏；

（2）集水凹槽27内壁圆角设计，符合流体力学规律，避免局部水流冲击造成压力过大；

（3）集水槽边框条2与光伏玻璃面板4的接合面设防水密封层a，可以避免冷却液渗漏到面板的背面。

（4）集水槽边框条2还有一个作用就是让冷却剂有组织的排走避免污染建筑物。

结合图6所示，导水边框条3为空心矩形型材。其两端分别与输水管边框条1和集水槽边框条2的相应端头固连，使得构成所述闭合框体，在导水边框条3的两端和输水管边框条1和集水槽边框条2之间以及与玻璃面板4的贴合部分之间均设置防水密封胶层a。

这样的导水边框条具有如下优点：

（1）导水边框条3设置在伏太阳能采光天窗的光伏玻璃面板两侧，其两端与输水管边框条1和集水槽边框条2连接，组成口形边框并交圈密封的闭合框体，让冷却剂更集中作用于光伏面板区域用于降温；

（2）导水边框条3与光伏玻璃面板4接合面设防水密封层a，避免冷却液外流，造成冷却剂的四处流淌。

输水管边框条1上的每一个所述喷水口的位置与所述光伏玻璃面板上阵列式设置的光伏电池板的每一列的位置相对应。

本发明提供的使用上述冷却装置对太阳能采光天窗光伏玻璃面板进行冷却的方法，其是：

在输水管边框条1的进水口14通入冷却剂，例如是冷却水，该冷却水通过输水管边框条1上朝下的喷水口13以设定流速和流量喷出，流过玻璃面板4的外表面，再通过集水槽边框条2上的集水槽进水槽口22进入集水槽通道21，再从所述集水槽边框条2在下的排水口23排出。

冷却过程是间歇性进行，根据设置在光伏玻璃面板4上的温度监测装置给出的温度，当温度达到一个设定值时，即启动冷却水输送装置，待温度降低到设定值时，停止冷却过程。

在冷却过程中，通过对于进水口14中水 流速和流量与排水口23的排水量的控制，保证在所述光伏玻璃面板上保持一设定厚度的水膜。该水膜的厚度是根据实际工程经验和玻璃材料本身的导热性能设定的，通长该水膜厚度在3-5mm，既能达到冷却效果，又能节约用水。

从排水口23排出的冷却水，可以进行再利用。

Claims (8)

1.一种太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置，其特征在于：包括输水管边框条、集水槽边框条、导水边框条和防水密封结构，其拼装组合成为一个闭合框体，该闭合框体与至少一块所述太阳能采光天窗光伏玻璃面板的形状和大小相匹配，以在使用中固定在所述光伏玻璃面板的外周边上，在光伏玻璃面板的上表面形成一个容水空间；

所述输水管边框条在其横截面上包括上下两部分，其下部分为玻璃面板卡固部，具有一侧向开口的凹槽，用于卡固在所述光伏玻璃面板的边缘上，在该凹槽的上下两个内侧壁上设有所述防水密封结构使得玻璃面板与玻璃面板卡固部密封；其上部分为输水管部，在沿输水管边框条的轴线方向设置输水通道，在该输水管部的朝向所述闭合框体的一侧的侧壁上设置喷水口，使得从该喷水口喷出的水落在玻璃面板上，在该输水管边框条的上端设置输水管进水口与所述输水通道连通；

所述集水槽边框条在其横截面上包括上下两部分，其下部分为玻璃面板固定部，与所述光伏玻璃面板的外边缘固结，在玻璃面板固定部上设置所述防水密封结构使得玻璃面板与玻璃面板固定部密封；其上部分为集水槽部，在沿集水槽边框条的轴线方向设置集水槽通道，该集水槽通道在朝向所述闭合框体的一侧槽侧壁上开设集水槽进水口，使得玻璃面板上的水流入集水槽通道中，在该集水槽边框条的下端设置排水口与所述集水槽通道连通；

所述导水边框条的两端分别与所述输水管边框条和所述集水槽边框条的相应端头固连，使得构成所述闭合框体，在所述导水边框条的两端和所述输水管边框条和所述集水槽边框条之间以及与玻璃面板的贴合部分上设置所述防水密封结构。

2.根据权利要求1所述的太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置，其特征在于：

所述输水管边框条上：

所述输水通道在其横截面上为上宽下窄的直角倒梯形，在朝向所述闭合框体内侧，斜向的腰部侧壁的上部设置所述喷水口；和/或，

所述喷水口朝向所述闭合框体的横截面地朝下设置；和/或，

所述喷水口的轴线与所述闭合框体的横截面的夹角为110-120°；和/或，

所述喷水口的口径为5-15mm；和/或，

所述玻璃面板固定部的横截面为L形，底部的平板为玻璃面板支撑结构，竖直的侧板上设置所述防水密封结构；和/或，

所述输水管进水口则布置在所述输水管边框条的一个端部；和/或，

所述集水槽边框条上：

所述集水槽部的横截面为反C形，底部的平板与所述玻璃面板固定部的竖直的侧板固为一体，且低于所述侧板的上端边缘以构成一个集水凹槽，所述排水口设置在所述底部的平板上；和/或，

所述底部的平板低于所述侧板的上端边缘的距离为5-15mm。

3.根据权利要求2所述的太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置，其特征在于：

所述输水通道的斜向的腰部侧壁的形状为弯折形状，即两端分别是一段与对面的直角侧壁平行的直壁段，其间为一倾斜侧壁段，由此在输水通道的上方所述闭合框体内层形成一回型弯曲腔，所述喷水口设置在所述倾斜侧壁段上。

4.根据权利要求3所述的太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置，其特征在于：

所述回型弯曲腔的横截面在输水管边框条的宽度方向上最宽处的长度为15-35mm，在高度方向上高度为15-35mm。

5.根据权利要求1所述的太阳能采光天窗光伏玻璃面板温控冷却装置，其特征在于：

在所述采光天窗光伏玻璃面板的周边固定安装包括输水管边框条、集水槽边框条、导水边框条的一闭合框体，所述输水管边框条位于所述太阳能采光天窗光伏玻璃面板的在上的边缘上，所述集水槽边框条位于该太阳能采光天窗光伏玻璃面板的在下的边缘上，所述输水管边框条上的每一个所述喷水口的位置与所述光伏玻璃面板上阵列式设置的光伏电池板的每一列的位置相对应；和/或，

所述防水密封结构为防水密封胶层。

6.一种使用如权利要求1-5任一项所述的冷却装置对太阳能采光天窗光伏玻璃面板进行冷却的方法，其特征在于：

在所述输水管边框条的进水口通入冷却水，该冷却水通过该输水管边框条上朝下的出水口以设定流速和流量喷出，流过玻璃面板的外表面，再通过所述集水槽边框条上的所述集水槽进水口进入集水槽通道，再从所述集水槽边框条在下的所述排水口排出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：保证在所述光伏玻璃面板上保持一设定厚度的水膜；和/或，

冷却过程是间歇性进行，根据设置在所述光伏玻璃面板上的温度监测装置给出的温度，当温度达到一个设定值时，即启动冷却水输送装置，待温度降低到设定值时，停止冷却过程。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：该水膜的厚度为3-5mm。