CN114607239A - 一种光伏节能液流窗 - Google Patents

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陈鸿明
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Abstract

本发明公开了一种光伏节能液流窗，涉及建筑节能围护结构技术领域，包括第一基板和第二基板，固定窗框，第一基板和第二基板相对设置于固定窗框中，包括密封胶，设置于第一基板和第二基板之间四周区域，密封胶与第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔，第一密闭空腔内设有第一流体；第一基板或第二基板为半透明光伏夹层玻璃，在固定窗框内设有光伏接线盒，光伏接线盒中的电极与通过涂锡带引出的半透明光伏夹层玻璃内的太阳能电池片的电极相连。该光伏节能液流窗可以同时实现并提升对太阳能的电利用和热利用，极大地提升太阳能转换的整体效率和建筑节能率。

Description

一种光伏节能液流窗
技术领域
本发明涉及太阳能利用式建筑节能围护结构技术领域，具体地，是关于半透明光伏夹层玻璃与液流窗相结合的一种光伏节能液流窗。
技术背景
在建筑中利用太阳能，包括太阳能的光热利用、太阳能的光电利用等方式可以全部或部分代替化石燃料，并减少碳排放，通过转变建筑内的能源结构实现节能降碳。
液流窗是一种可吸收并利用太阳能热能的新型节能窗体。在不影响建筑美观的情况下，充分利用现代建筑中大规模的建筑外窗面积，无需额外的安装场地。在建筑中利用太阳能转化成的热能，降低建筑内热水系统能耗；并降低房间得热，从而降低房间夏季空调系统的能耗；同时减少返回室外环境的热量，缓解城市的热岛效应。但是到目前为止，在液流窗内使用最广泛的第一基板和第二基板是玻璃，第一流体是无色无毒的蒸馏水，其综合太阳能吸收率非常低，因此导致整个窗体对太阳能的热利用效率不高，而且无法实现对太阳能的电利用。
发明内容
鉴于以上背景技术，本发明将半透明光伏窗技术与液流窗技术结合，提出一种半透明光伏夹层玻璃与液流窗相结合的一种光伏节能液流窗。该光伏节能液流窗采纳了现有液流窗技术实现太阳能光热利用以及半透明光伏夹层玻璃实现太阳能光电利用的优点，同时又规避了现阶段液流窗技术太阳能吸收率较低和半透明光伏夹层玻璃中常用的晶体硅光伏电池的光电转化效率随电池温度的升高而降低的缺点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光伏节能液流窗，包括
第一基板和第二基板，固定窗框，第一基板和第二基板相对设置于固定窗框中，间距为10–100mm；
密封胶，设置于第一基板和第二基板之间四周区域，密封胶与第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔，第一密闭空腔内设有第一流体；
第一基板或第二基板为半透明光伏夹层玻璃，半透明光伏夹层玻璃，包括盖板，胶粘剂和太阳能电池片；在固定窗框内设有光伏接线盒，光伏接线盒中的电极与通过涂锡带引出的半透明光伏夹层玻璃内的太阳能电池片的电极相连。
作为优选的技术实施方案，半透明光伏夹层玻璃内部的太阳能电池片为晶体硅太阳能电池，晶体硅太阳能电池为单晶硅电池或多晶硅电池。
作为优选的技术实施方案，盖板为钢化玻璃或有机玻璃。
作为优选的技术实施方案，胶粘剂为乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。
作为优选的技术实施方案，第一基板或第二基板为普通玻璃或真空玻璃或中空玻璃；在真空玻璃中设有支撑柱。
作为优选的技术实施方案，密封胶内设有浸没式换热器，浸没式换热器的一侧浸没于第一流体内，在浸没式换热器内通过呈单向流动的第二流体，第一流体和第二流体通过浸没式换热器实现换热。
作为优选的技术实施方案，浸没式换热器包括设置于第一密闭空腔外的入口侧水平连接管和出口侧水平连接管、入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管以及设置于第一密闭空腔内的主体换热水平管；入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管分别穿过密封胶的第一开孔和第二开孔；入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管的外端分别连通入口侧水平连接管和出口侧水平连接管，入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管的内端分别连通主体换热水平管的两端。
作为优选的技术实施方案，第一流体的液位线位于浸没式换热器的主体换热水平管之上。
作为优选的技术实施方案，密封胶上部还设有第三开孔，第三开孔上设有可拆卸的密封塞。
本发明还提出了一种光伏节能液流窗，包括
第一基板、第二基板、第三基板和第四基板，固定窗框，第一基板和第二基板相对设置于固定窗框中，间距为10–100mm；
密封胶，设置于第一基板和第二基板，第二基板和第三基板，第三基板和第四基板之间四周区域，密封胶与第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔，第一密闭空腔内设有第一流体；
第一基板或第二基板为半透明光伏夹层玻璃，半透明光伏夹层玻璃，包括盖板，胶粘剂和太阳能电池片；在固定窗框内设有光伏接线盒，光伏接线盒中的电极与通过涂锡带引出的半透明光伏夹层玻璃内的太阳能电池片的电极相连；
第二基板和第三基板相对设置于固定窗框中，与密封胶围合形成第二密闭空腔，在第二密闭空腔内填充空气或惰性气体或维持真空状态；
第三基板和第四基板相对设置于固定窗框中，与密封胶围合形成第三密闭空腔，第三密闭空腔内通过第二流体。
其中，第一基板和/或第二基板和/或第三基板和/或第四基板可进行镀膜，如low-e镀膜，提升窗体的节能性；如减反射薄膜，降低反射太阳光造成的城市光污染。
本发明相对现有技术取得的有益效果为：(1)将半透明太阳能光伏技术与液流窗技术相结合，同时实现对太阳能的电利用和热利用，提升窗体综合利用率。对液流窗而言，其太阳能吸收率得到提升，太阳能热利用能力增强；对晶体硅光伏电池而言，其温度降低，太阳能电利用能力增强。(2)太阳能电利用率不低于10％，太阳能热利用率不低于15％，因此本专利窗户的太阳能综合利用率不低于25％。实现建筑内空调系统和热水系统的节能，为建筑内照明系统和空调系统等提供电能，并缓解城市的热岛效应。本发明提供一种光伏节能液流窗，可应用于新建建筑和改建建筑，推动太阳能与建筑一体化技术的发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明内容，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明实施例1和实施例2提供的一种光伏节能液流窗的正视图；
图2为本发明实施例1提供的一种光伏节能液流窗沿剖线A-A`的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的一种光伏节能液流窗的结构示意图；
图4为本发明实施例1提供的一种含中空设计的光伏节能液流窗结构示意图；
图5为本发明实施例1提供的一种含真空设计的光伏节能液流窗结构示意图；
图6为本发明实施例1和实施例2提供的一种光伏节能液流窗的浸没式换热器的安装示意图；
图7为本发明实施例2提供的一种光伏节能液流窗沿剖线A-A`的剖面结构示意图。
附图标记说明：
101-第一窗框；102-第二窗框；103-第三窗框；104-第四窗框；201-第一基板；202-第一密闭空腔；203-第一流体；204-第二基板；205-密封胶；206-第二流体；207-第一开孔；208-第二开孔；209-第三开孔；210-液位线；211-软塞；212-第二密闭空腔；213-第三基板；214-第三密闭空腔；215-第四基板；300-浸没式换热器；301-水平连接管；302- 竖直连接管；303-水平管；304-竖直连接管；305-水平连接管；306-第一固定圈；307-第二固定圈；401-光伏接线盒；402-第一盖板；403-胶粘剂；404-太阳能电池片；405-第二盖板；406-气体层；407-真空层；408-支撑柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图及实施例对技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”“下”“左”“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例1
如图1-2所示，提供一种光伏节能液流窗，包括第一基板201和第二基板204，第一基板 201和第二基板204相对设置，还包括固定窗框，用于固定第一基板201和第二基板204；固定窗框通常由四个窗框边组成，包括位于上侧的第一窗框101，位于左侧的第二窗框102，位于下侧的第三窗框103和位于右侧的第四窗框104。
包括密封胶205，设置于所述第一基板201和第二基板204之间四周区域，密封胶205与第一基板201及第二基板204围合形成第一密闭空腔202，第一基板201和第二基板204之间的间距即第一密闭空腔202的厚度为10–100mm，第一密闭空腔202内设有第一流体203。
优选的，第一基板201或第二基板204为半透明光伏夹层玻璃，在第三窗框103内设有光伏接线盒401，光伏接线盒401中的电极连线与通过涂锡带引出的半透明光伏夹层玻璃内的太阳能电池片的电极相连。
如图3所示，本实施例中第一基板201为半透明光伏夹层玻璃，采用通用的半透明光伏夹层玻璃的封装方式，其结构依次是第一盖板402、胶粘剂403、太阳能电池片404、胶粘剂403、第二盖板405。其中，第一盖板402和第二盖板405为钢化玻璃或有机玻璃，胶粘剂403为EVA (乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物)。
如图4所示，优选的，当在需要保温隔热的环境中使用时，第二基板204为中空玻璃或真空玻璃，选用中空玻璃时，气体层406可以保持空气状态，也可以充入惰性气体。
如图5所示，优选的，当选用真空玻璃时，为了抵抗负压，在真空层407内还设有真空支撑柱408。
在通常环境下使用时，第二基板204可以选用普通玻璃。
如图3-5所示，半透明光伏夹层玻璃的太阳能电池片为晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、异质结太阳能电池、硅基柔性薄膜电池、钙钛矿太阳能电池等。
其中，优选的，晶体硅太阳能电池可选用单晶硅电池或多晶硅电池，通过利用激光刻蚀等技术实现所述的半透明第一基板201对可见光的透过率；
薄膜太阳能电池可选用非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、碲化镉薄膜电池、砷化镓薄膜电池、铜铟硒薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机化合物电池等。
本实施例中，在第三窗框103内设有的光伏接线盒401将太阳能电池片404互联后产生的电力与外部线路连接，实现发电和供电效果。
如6所示，优选的，提供一种光伏节能液流窗中含有的浸没式换热器300的安装示意图。按照顺序包括入口侧的水平连接管301，入口侧的竖直连接管302，主体换热水平管303，出口侧的竖直连接管304和出口侧的水平连接管305。其中，入口侧的水平连接管301和出口侧的水平连接管305可采用保温棉进行适度保温，防止热损失。整个浸没式换热器300可采用铜等导热系数较高的材料制作，其中主体换热水平管303的两侧可采用环形肋片设计，加强换热。
优选的，第一窗框101以及周围区域的密封胶205上设有3个开孔，分别是第一开孔207 用于通过浸没式换热器300的入口侧的竖直连接管302，第二开孔208用于通过浸没式换热器 300的出口侧的竖直连接管304，第三开孔209用于利用虹吸效应对第一密闭空腔202进行充/ 放第一流体203。其中，第三开孔209用软塞211密封，保持常闭状态，防止第一流体203蒸发或氧化变质。通过在入口侧的竖直连接管302和出口侧的竖直连接管304上使用上端的第一固定圈306和下端的第二固定圈307，使整个浸没式换热器300固定于第一窗框101。
浸没式换热300的主体换热水平管303和部分入口侧的竖直连接管302及部分出口侧的竖直连接管304浸没在位于第一密闭空腔202的第一流体203内。第一密闭空腔202内第一流体 203的液位线210总是没过浸没式换热器300的主体换热水平管303，防止传热恶化。同时，浸没式换热器300完全被第一窗框101遮挡，不影响美观和视野交互。
浸没式换热器300内设有第二流体206，浸没式换热器300一侧浸没于第一流体203中，第一流体203可以是水、防冻液或纳米流体等可以增强传热的流体；或是特定颜色的稳定的染料溶液，满足用户对幕墙外观审美的需求。浸没式换热器300另一侧的第二流体206可以是建筑内的市政供水或其他温度低于第一流体203的流体。第一流体203在太阳辐射作用下温度升高，在第一密闭空腔202内沿温度较高的第一基板201向上流动，到达位于第一密闭空腔202 的浸没式换热器300一侧进行放热，降温后的第一流体203沿着温度较低的第二基板204向下流动，整体因此呈自然环形流动；所述第二流体206在浸没式换热器300内呈单向流动。第二流体206主要在浸没式换热器300的主体换热水平管303内进行换热，通过吸收第一流体203 的热量，自身温度提升，流经管道连接到集热装置。
本实施例中，提出的一种光伏节能液流窗，可以通过对太阳能的热利用和电利用，在发电的同时实现建筑内空调系统、热水系统、照明系统等的节能，可以用于各种气候环境下。在室外温度高于某一用户设定温度时，如在夏季，本发明光伏液流窗的半透明光伏夹层玻璃部分，利用其不透明(或半透明)的光伏电池通过光伏效应发电，主动将部分太阳辐射转变为高品位的电能，而透明(或半透明)部分则实现室内自然采光以及室内外的视觉交互。当第一基板 201选用的半透明光伏夹层玻璃内的太阳能电池片404是晶体硅时，随着温度的变化其发电效率也会受到影响，而第一密闭空腔202内的第一流体203的循环，可以有效降低太阳能电池片 404的温度，提升了窗体的发电效率。而且第一流体203通过直接的太阳辐射和间接的基板传热两种方式得到热量，加热第二液体206，实现了太阳能热利用，对建筑内的热水系统起到了预热的作用，降低了建筑内热水系统的能耗及相应的碳排放。
当户外温度低于某一设定温度时，如在冬天，同样的，本发明光伏液流窗的半透明光伏夹层玻璃内的太阳能电池片404可以通过光伏效应发电，主动将部分太阳辐射转变为高品位的电能，而透明(或半透明)部分则实现室内自然采光以及室内外的视觉交互。为减少室内散热，一种可行的操作为移开软塞211，使第一密闭空腔202内的第一流体203在虹吸作用下从第一窗框101密封胶内设有的第三开孔209处排出，利用第一密闭空腔202内的空气层实现建筑的保温。特别地，可在第一密闭空腔202内充入惰性气体，进一步提升窗体在寒冷情况下的保温能力，降低通过建筑窗体的热损失。此时，本发明提到的一种光伏节能液流窗转换为一种半透明光伏与中空窗相结合的新型节能多层玻璃窗，实现建筑保温和发电。
进一步的，当半透明光伏夹层玻璃中的电池片为晶体硅太阳能电池时，可以通过改变电池片的排列间隙，调节透光率。
其中，第一基板和/或第二基板可进行镀膜，如low-e镀膜，提升窗体的节能性；如减反射薄膜，降低反射太阳光造成的城市光污染。
实施例2
如图1和图7所示，提供一种光伏节能液流窗，包括第一基板201、第二基板204、第三基板213和第四基板215，第一基板201和第二基板204相对设置；还包括固定窗框，用于固定第一基板201、第二基板204、第三基板213和第四基板215；固定窗框通常由四个窗框边组成，包括位于上侧的第一窗框101，位于左侧的第二窗框102，位于下侧的第三窗框103和位于右侧的第四窗框104。
包括密封胶205，设置于所述第一基板201和第二基板204，第二基板204和第三基板213，第三基板213和第四基板215之间四周区域，密封胶与第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔202，第一密闭空腔202的厚度即第一基板201和第二基板204之间的间距为10–100mm，第一密闭空腔202内设有第一流体203。
优选的，第一基板201或第二基板204为半透明光伏夹层玻璃，本实施例中第一基板201 为半透明光伏夹层玻璃，在第三窗框103内设有光伏接线盒401，光伏接线盒401中的电极连线与通过涂锡带引出的半透明光伏夹层玻璃内的太阳能电池片的电极相连。
第二基板204和第三基板213相对设置于固定窗框中，与密封胶205围合形成第二密闭空腔212，在第二密闭空腔212内填充空气或惰性气体或维持真空状态；
第三基板213和第四基板215相对设置于固定窗框中，与密封胶205围合形成第三密闭空腔214，第三密闭空腔214内通过第二流体。
优选的，在第一密闭空腔202或第三密闭空腔214中还可以设有浸没式换热器300。
进一步的，当半透明光伏夹层玻璃中的电池片为晶体硅太阳能电池时，可以通过改变电池片的排列间隙，调节透光率。
其中，第一基板和/或第二基板和/或第三基板和/或第四基板可进行镀膜，如low-e镀膜，提升窗体的节能性；如减反射薄膜，降低反射太阳光造成的城市光污染。
无需进一步详细说明，相信本领域技术人员可以使用本文描述最大程度地利用本发明。这里所描述的实施例应被解释为说明性的，而不是以任何方式限制本发明的其余部分。虽然已经示出和描述了实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和教导的情况下对其进行许多变化和修改。因此，保护范围不受上述说明的限制，而是仅受专利要求的限制，包括专利要求主题的所有等同物。

Claims (10)

1.一种光伏节能液流窗，其特征在于，包括
第一基板和第二基板，固定窗框，所述第一基板和第二基板相对设置于所述固定窗框中，间距为10–100 mm；
密封胶，设置于所述第一基板和第二基板之间四周区域，所述密封胶与所述第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔，所述第一密闭空腔内设有第一流体；
所述第一基板或第二基板为半透明光伏夹层玻璃，所述半透明光伏夹层玻璃，包括盖板，胶粘剂和太阳能电池片；在所述固定窗框内设有光伏接线盒，所述光伏接线盒中的电极与通过涂锡带引出的所述半透明光伏夹层玻璃内的太阳能电池片的电极相连。
2.根据权利要求1所述的一种光伏节能液流窗，其特征在于，所述半透明光伏夹层玻璃内部的所述太阳能电池片为晶体硅太阳能电池，所述晶体硅太阳能电池为单晶硅电池或多晶硅电池。
3.根据权利要求1所述的一种光伏节能液流窗，其特征在于，所述盖板为钢化玻璃或有机玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种光伏节能液流窗，其特征在于，所述胶粘剂为乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种光伏节能液流窗，其特征在于，所述第一基板或第二基板为普通玻璃或真空玻璃或中空玻璃；在所述真空玻璃中设有支撑柱。
6.根据权利要求1所述的一种光伏节能液流窗，其特征在于，所述密封胶内设有浸没式换热器，所述浸没式换热器的一侧浸没于所述第一流体内，在所述浸没式换热器内通过呈单向流动的第二流体，所述第一流体和所述第二流体通过所述浸没式换热器实现换热。
7.根据权利要求6所述的一种光伏节能液流窗，其特征在于，所述浸没式换热器包括设置于所述第一密闭空腔外的入口侧水平连接管和出口侧水平连接管、入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管以及设置于所述第一密闭空腔内的主体换热水平管；所述入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管分别穿过所述密封胶的第一开孔和第二开孔；所述入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管的外端分别连通入口侧水平连接管和出口侧水平连接管，所述入口侧竖直连接管和出口侧竖直连接管的内端分别连通所述主体换热水平管的两端。
8.根据权利要求6或7所述的一种新型光伏节能液流窗，其特征在于，所述第一流体的液位线位于所述浸没式换热器的主体换热水平管之上。
9.根据权利要求1-7中任一项的一种光伏节能液流窗，其特征在于，所述密封胶上部还设有第三开孔，所述第三开孔上设有可拆卸的密封塞。
10.一种光伏节能液流窗，其特征在于，包括
第一基板、第二基板、第三基板和第四基板，固定窗框，所述第一基板和第二基板相对设置于固定窗框中，间距为10–100 mm；
密封胶，设置于所述第一基板和第二基板，第二基板和第三基板，第三基板和第四基板之间四周区域，所述密封胶与所述第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔，所述第一密闭空腔内设有第一流体；
所述第一基板或第二基板为半透明光伏夹层玻璃，所述半透明光伏夹层玻璃，包括盖板，胶粘剂和太阳能电池片；在所述固定窗框内设有光伏接线盒，所述光伏接线盒中的电极与通过涂锡带引出的所述半透明光伏夹层玻璃内的太阳能电池片的电极相连；
所述第二基板和所述第三基板相对设置于固定窗框中，与所述密封胶围合形成第二密闭空腔，在第二密闭空腔内填充空气或惰性气体或维持真空状态；
所述第三基板和所述第四基板相对设置于固定窗框中，与所述密封胶围合形成第三密闭空腔，所述第三密闭空腔内通过第二流体。
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