CN114866025A - 一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置，属于太阳能光伏光热技术领域。包括集热机构和铜管保温支撑机构；集热机构包括集热板、多片光伏电池、矩形框架和柔性盖板；多片光伏电池均布设于集热板的顶面。水管保温支撑机构包括保温板、多根铜管和集管；多根铜管设于集热板的底面上，多根铜管的一端分别连通着集管，部分铜管的另一端分别连通着出水管，另一部分铜管的另一端分别连通着进水管；保温板设于集热板底面下方，保温板和集热板之间形成空气流道；空气流道的四周上均设有风门。在冬季，柔性盖板展开密封住集热板的顶面，空气流道四周的风门关闭，实现保温；在夏季或春季，收起柔性盖板，空气流道四周的风门打开，实现降温。

Description

一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置

技术领域

本发明属于太阳能光伏光热技术领域，具体涉及一种可调节热功率的太阳能光伏光热（PV/T）综合利用装置。

背景技术

为了实现我国提出的“双碳”目标，利用可再生能源进行建筑供能是未来建筑领域的重要发展方向之一。

太阳能光伏光热综合利用装置（PV/T）是将光伏电池和光热集热器结合在同一个装置中，为建筑同时输出热能和电能，易于与建筑相结合。为了与建筑屋顶相结合，PV/T装置多为平板型，通过在PV/T集热板上方放置一块玻璃盖板引入一个空气夹层保温层来起到保温的效果，减少PV/T装置热量损失。

然而，由于我国东部地区具有冬冷夏热的特点，建筑在不同季节对于热量的需求有所不同，PV/T装置收集热量的能力在不同季节也有所不同。在非供暖季（通常4-10月），由于太阳能辐射和环境温度较高，此时PV/T装置收集热量的能力处于高水平，但在非供暖季建筑对热量的需求较小，这导致PV/T装置收集的热量不能全部的被建筑所消耗，未消耗的热量堆积形成大量的夏季‘废热’，‘废热’的堆积会对PV/T中光伏电池造成极大的负面影响，更加严重的是，光伏电池长期处于高温状态会使得其发生断裂和破损，造成永久失效。有鉴于此，需要对PV/T装置进行新的设计来解决上述问题。

发明内容

为了实现在不影响PV/T装置中光伏电池性能的情况下，解决PV/T装置季节性废热问题，同时解决PV/T装置中光伏电池在炎热季节电效率低下的问题，本发明提供一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置。

一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置包括集热机构和铜管保温支撑机构。

集热机构包括集热板12、十片以上的光伏电池11、矩形框架和柔性盖板5；所述集热板12设于矩形框架内，十片以上的光伏电池11均布设于集热板12的顶面；所述柔性盖板5的一端设于卷轴6上，柔性盖板5的另一端上均布设有卡扣4；卷轴6设于矩形框架的长度方向的一端，柔性盖板5通过卷轴6展开时，柔性盖板5的两侧边沿矩形框架两侧的密封槽23展开，覆盖住光伏电池11，柔性盖板5上均布的卡扣4均卡设在矩形框架的长度方向的另一端上；所述矩形框架的长度方向的两端分别通过铰链设有上风板13和下风板1，矩形框架的宽度方向的两端分别通过铰链设有左风板8和右风板18；

所述水管保温支撑机构包括保温板15、四根以上的铜管22和集管24；所述四根以上的铜管22固定设于集热板12的底面上，四根以上的铜管22的一端分别固定连通着集管24，其中一半数量铜管22的另一端分别连通着出水管3，另一半数量铜管22的另一端分别连通着进水管2；保温板15固定设于集热板12底面下方，保温板15平行于集热板12，保温板15和集热板12之间形成空气流道21；

与上风板13对应的为上风口19，与下风板1对应的为下风口16，与左风板8对应的为左风口17，与右风板18对应的为右风口20；所述上风板13的下端、下风板1的下端、左风板8的下端和右风板18的下端根据需求实现对空气流道21的开启或关闭；

所述柔性盖板5实现透过0.3～2.5μm太阳辐射，在冬季，柔性盖板5展开覆盖住集热板12的顶面，实现保温；在夏季，通过卷轴将柔性盖板5卷收在卷轴上，实现降低光伏电池11的温度；

在冬季，所述上风口19、下风口16、左风口17和右风口20均关闭，空气流道21中的空气处于静止状态，实现保温及提高铜管中流动工质温度，为建筑供暖；在夏季，所述上风口19、下风口16、左风口17和右风口20开启，空气流道21中的空气自然对流，实现带走光伏电池11的废热。

进一步的技术方案如下：

所述保温板15内侧面的四外角处分别通过支撑块固定连接着集热板12底面，使保温板15位于集热板12底面下方；保温板15的内侧面上均布设有六只以上的支撑柱14，六只以上的支撑柱14高度低于四块支撑块，分别支撑着集热板12底面上的四根以上的铜管22。

所述上风板13下端的两侧、下风板1下端的两侧、左风板8下端的两侧和右风板18下端的两侧均分别设有固定扣11；与每块风板上的一对固定扣11对应的所述矩形框架上分别设有一对固定栓12；所述固定栓12为杆状，一端固定连接着矩形框架，另一端固定连接着固定扣11时，对应的风板呈打开状；另一端与固定扣11脱开时，风板将对应的风口关闭。

所述铜管22共六根，沿长度方向平行固定于集热板12底面上；六根铜管22的一端分别固定连通着集管24，集管24垂直于铜管22，三根铜管22的另一端分别连通着出水管3的一端，另三根铜管22的另一端分别连通着进水管2的一端；出水管3的另一端和进水管2的另一端均位于所述矩形框架同侧外部。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明的太阳能光伏光热（PV/T）综合利用装置实现根据建筑对于热量及其温度的需求来对PV/T装置进行调节。通过控制PV/T装置背部空气流道开启和PV/T装置上表面柔性盖板的开启或关闭，在建筑需要供暖时，为建筑供暖和供电；在建筑热量需求较少时，减少PV/T装置热量收集输运，降低光伏电池温度，避免了装置中堆积的废热造成光伏电池的电效率下降或永久物理损坏。

2.本发明的太阳能光伏光热（PV/T）综合利用装置相较于现有PV/T装置性能方面有明显优势，在冬季时，风口和柔性盖板处于关闭的状态，此时PV/T装置可以提供45℃以上的热量，为建筑提供热水和供暖；在夏季时，空气流道和柔性盖板处于开启的状态下，光伏电池的温度可以下降15~20℃，有效地降低了光伏电池的温度，避免了废热的堆积。

3.本发明的太阳能光伏光热（PV/T）综合利用装置可通过控制PV/T装置侧面的风板和柔性盖板打开或关闭对PV/T实现多种功能的切换，当柔性盖板打开时，光伏电池上表面通过与空气之间直接对流换热，降低光伏电池的温度；当风板打开时，集热板背部与保温板之间的间隙形成一个空气流道，空气的自然对流过程中会进一步的带走光伏电池的热量，提高光伏电池的电效率。当风板和柔性盖板关闭时，集热板背部密封的空气层和柔性盖板与集热板之间的空气层是减少PV/T装置热量损失绝佳的保温层，对于提高集热板在冬季的热利用效率有很大作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为集热结构和风门结构示意图。

图3为保温板和支撑结构示意图。

图4为下风口和左风口开启状态示意图。

图5为上风口和右风口开启状态示意图。

图6为图1的横截示意图。

图7为集热板剖开的俯视图。

图8为集热板背部铜管、进水口和出水口结构示意图。

图9为本发明在冬季工作的示意图。

图10为本发明在春季、秋季降低温度的示意图。

图11为本发明在春季、秋季进一步降低温度的示意图。

图12为本发明在夏季工作的示意图。

上图中序号：下风板1、进水管2、出水管3、卡扣4、柔性盖板5、卷轴6、铰链7、左风板8、固定栓9、固定扣10、光伏电池11、集热板12、上风板13、支撑柱14、保温板15、下风口16、左风口17、右风板18、上风口19、右风口20、空气流道21、铜管22、密封槽23、集管24。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

参见图1和图2，一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置包括集热机构和铜管保温支撑机构。

集热机构包括集热板12、十片以上的光伏电池11、矩形框架和柔性盖板5。

集热板12固定安装于矩形框架内，十片以上的光伏电池11均布安装于集热板12的顶面。柔性盖板5的一端固定安装于卷轴6上，柔性盖板5的另一端上均布安装有卡扣4。卷轴6固定安装于矩形框架的长度方向的一端，柔性盖板5通过卷轴6展开时，柔性盖板5的两侧边沿矩形框架两侧的密封槽23展开，覆盖住光伏电池11，柔性盖板5上均布的卡扣4均卡设在矩形框架的长度方向的另一端上。

参见图2，矩形框架的长度方向的两端分别通过铰链7安装有上风板13和下风板1，矩形框架的宽度方向的两端分别通过铰链7安装有左风板8和右风板18。

参见图4和图5，与上风板13对应的为上风口19，与下风板1对应的为下风口16，与左风板8对应的为左风口17，与右风板18对应的为右风口20。上风板13的下端、下风板1的下端、左风板8的下端和右风板18的下端根据需求实现对空气流道21的开启或关闭。

参见图2，上风板13下端的两侧、下风板1下端的两侧、左风板8下端的两侧和右风板18下端的两侧均分别固定安装有固定扣10。与每块风板上的一对固定扣10对应的矩形框架上分别安装有一对固定栓9。固定栓9为杆状，一端固定连接着矩形框架，另一端固定连接着固定扣10时，对应的风板呈打开状，见图5；固定栓9的另一端与固定扣10脱开时，风板将对应的风口关闭，见图6。

参见图3，水管保温支撑机构包括保温板15、六根铜管22和集管24。

参见图7和图8，六根铜管22沿长度方向平行固定安装于集热板12底面上；六根铜管22的一端分别固定连通着集管24，集管24垂直于铜管22，其中三根铜管22的另一端分别连通着出水管3的一端，另三根铜管22的另一端分别连通着进水管2的一端；出水管3的另一端和进水管2的另一端均位于所述矩形框架同侧外部。

参见图6，保温板15内侧面的四外角处分别通过支撑块固定连接着集热板12底面，使保温板15位于集热板12底面下方，保温板15和集热板12之间形成空气流道21。参见图3，保温板15的内侧面上均布设有十二只支撑柱14，保温板15内侧面的四个角上分别安装有支撑块；十二只支撑柱14的高度低于四块支撑块的高度，十二只支撑柱14分别支撑着集热板12底面上的六根铜管22和集管24。

柔性盖板5实现透过0.3～2.5μm太阳辐射，在冬季，柔性盖板5展开覆盖住集热板12的顶面，实现保温；在夏季，通过卷轴将柔性盖板5卷收在卷轴上，实现降低光伏电池11的温度。

本发明的工作原理详细说明如下：

参见图9，在冬季，太阳辐射低，环境温度低，建筑需要供暖，此时透明的柔性盖板5覆盖住光伏电池11，四个风口均处于关闭状态，太阳透过柔性盖板5到达光伏电池11和集热板12，一部分太阳辐射被光伏电池11转换成电能供建筑使用，未转换成电能的太阳辐射被光伏电池11和集热板12吸收转换成热量。此时本发明太阳能光伏光热综合利用装置（PV/T）通过集热板12和光伏电池11上表面热损被柔性盖板5阻止。空气流道21关闭，而进水管2和出水管3开启，使得水箱中的水从进水管2进入铜管22，经过集热板12，将集热板12所吸收的太阳辐射转换成的热量转移到水中，被加热的水再经过出水管3进入水箱，完成一个循环。水箱中收集到的水用于为建筑供暖。

参见图10和11，在春季和秋季，太阳辐照值和环境温度有所上升，建筑中对热量的需求相比于冬季有所减少。此时为了减少‘废热’和减少光伏电池的温度，可将柔性盖板5通过卷轴6沿着密封槽23抽出。此时一小部分光伏电池11和集热板12得到的热量通过光伏电池11和集热板12上表面散失到环境当中去，另一部分通过铜管22中的水收集进水箱当中，由于一部分热量散失，使得水箱中的水温不会太高，但也能满足建筑的需求，避免了本发明太阳能光伏光热综合利用装置（PV/T）中光伏电池11的效率受到较高环境温度和较高太阳辐射的影响。如果通过上述做法水箱中温度依旧较高，建筑无法将所有热量消耗完，热量堆积在本发明太阳能光伏光热综合利用装置（PV/T）中，形成‘废热’，从而使得光伏电池11的电效率降低。为了避免光电效率受到影响，可在上述基础上打开上风板13和下风板1将上风口19和下风口16开启，使得空气流道21中的空气自然对流，从而使得光伏电池11的温度进一步下降，减少不能消耗的‘废热’堆积。

参见图12，在夏季，太阳辐射和环境温度处于一年之中的最高值，此时建筑中对热量的需求也是一年之中最小，此时若不对本发明太阳能光伏光热综合利用装置（PV/T）进行散热，光伏电池11的温度会极高，长期处于高温下，会对光伏电池11造成永久性损害。因此，在夏季时，可将柔性盖板5通过卷轴6沿着密封槽23抽出，打开上风板13、下风板1、左风板8和右风板18，让上风口19、下风口16、左风口17和右风口20都处于开启的状态，使得空气流道21中的空气自然对流，光伏电池11和集热板12得到的热量通过空气流道21中的空气自然对流带走，此时本发明太阳能光伏光热综合利用装置（PV/T）与普通的光伏电池无异，发电效率也不会受到本发明太阳能光伏光热综合利用装置（PV/T）所堆积的‘废热’的影响。

Claims (4)

1.一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置，其特征在于：包括集热机构和铜管保温支撑机构；

所述集热机构包括集热板（12）、十片以上的光伏电池（11）、矩形框架和柔性盖板（5）；所述集热板（12）设于矩形框架内，十片以上的光伏电池（11）均布设于集热板（12）的顶面；所述柔性盖板（5）的一端设于卷轴（6）上，柔性盖板（5）的另一端上均布设有卡扣（4）；卷轴（6）设于矩形框架的长度方向的一端，柔性盖板（5）通过卷轴（6）展开时，柔性盖板（5）的两侧边沿矩形框架两侧的密封槽（23）展开，覆盖住光伏电池（11），柔性盖板（5）上均布的卡扣（4）均卡设在矩形框架的长度方向的另一端上；所述矩形框架的长度方向的两端分别通过铰链设有上风板（13）和下风板（1），矩形框架的宽度方向的两端分别通过铰链设有左风板（8）和右风板（18）；

所述铜管保温支撑机构包括保温板（15）、四根以上的铜管（22）和集管（24）；所述四根以上的铜管（22）固定设于集热板（12）的底面上，四根以上的铜管（22）的一端分别固定连通着集管（24），其中一半数量铜管（22）的另一端分别连通着出水管（3），另一半数量铜管（22）的另一端分别连通着进水管（2）；保温板（15）固定设于集热板（12）底面下方，保温板（15）平行于集热板（12），保温板（15）和集热板（12）之间形成空气流道（21）；

与上风板（13）对应的为上风口（19），与下风板（1）对应的为下风口（16），与左风板（8）对应的为左风口（17），与右风板（18）对应的为右风口（20）；所述上风板（13）的下端、下风板（1）的下端、左风板（8）的下端和右风板（18）的下端根据需求实现对空气流道（21）的开启或关闭；

所述柔性盖板（5）实现透过0.3～2.5μm太阳辐射，在冬季，柔性盖板（5）展开覆盖住集热板（12）的顶面，实现保温；在夏季，通过卷轴将柔性盖板（5）卷收在卷轴上，实现降低光伏电池（11）的温度；

在冬季，所述上风口（19）、下风口（16）、左风口（17）和右风口（20）均关闭，空气流道（21）中的空气处于静止状态，实现保温及提高铜管中流动工质温度，为建筑供暖；在夏季，所述上风口（19）、下风口（16）、左风口（17）和右风口（20）开启，空气流道（21）中的空气自然对流，实现带走光伏电池（11）的废热。

2.根据权利要求1所述一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述保温板（15）内侧面的四外角处分别通过支撑块固定连接着集热板（12）底面，使保温板（15）位于集热板（12）底面下方；保温板（15）的内侧面上均布设有六只以上的支撑柱（14），六只以上的支撑柱（14）高度低于四块支撑块，分别支撑着集热板（12）底面上的四根以上的铜管（22）。

3.根据权利要求1所述一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述上风板（13）下端的两侧、下风板（1）下端的两侧、左风板（8）下端的两侧和右风板（18）下端的两侧均分别设有固定扣（11）；与每块风板上的一对固定扣（11）对应的所述矩形框架上分别设有一对固定栓（12）；所述固定栓（12）为杆状，一端固定连接着矩形框架，另一端固定连接着固定扣（11）时，对应的风板呈打开状；另一端与固定扣（11）脱开时，风板将对应的风口关闭。

4.根据权利要求1所述一种可调节热功率的太阳能光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述铜管（22）共六根，沿长度方向平行固定于集热板（12）底面上；六根铜管（22）的一端分别固定连通着集管（24），集管（24）垂直于铜管（22），三根铜管（22）的另一端分别连通着出水管（3）的一端，另三根铜管（22）的另一端分别连通着进水管（2）的一端；出水管（3）的另一端和进水管（2）的另一端均位于所述矩形框架同侧外部。

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