CN115045603B - 一种光伏光热一体化百叶窗 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏光热一体化百叶窗，包括第一基板和第二基板，第一基板和第二基板相对设置于固定窗框中，围合形成第一密闭空腔；遮阳百叶设于第一密闭空腔内；遮阳百叶正面设有太阳能电池，太阳能电池为薄膜电池；固定窗框中设有光伏接线盒，光伏接线盒中的电极与通过涂锡带引出的太阳能电池的电极相连；遮阳百叶包括翅片和空管，空管用于固定翅片；热管设于第一密闭空腔内，热管包括蒸发段和冷凝段，蒸发段设于空管内；连集管设于固定窗框内，连集管设有凹槽，凹槽用于放置冷凝段，连集管中设有第一流体。本发明充分利用遮阳百叶设置的太阳能电池发电/产热，同时采用传热效率高的热管，实现太阳能光伏和光热一体化利用目的。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏光热技术与建筑节能技术领域，具体地，涉及一种光伏光热一体化百叶窗。
技术背景
我国建筑的运行能耗占到了社会总能耗的30％；建筑也是碳排放的大户，是“碳中和”的主要战场。透光围护结构的传热系数较高，是导致室内温度波动和建筑能耗的主要原因。将透光围护结构中的百叶窗与太阳能技术结合在一起，使透明围护结构实现太阳能热/电利用，减少室内得热量，从而降低建筑能耗，并减少碳排放。
中国专利(201510201783.4)提出了一种内置冷却水管的室内遮阳冷却装置，与冷源结合，利用冷冻水为室内遮阳冷却装置中的遮阳百叶降温，以降低室内夏季空调负荷。但是该设计中冷冻水只将遮阳百叶吸收的热量带走，并未对入射的太阳能进行热利用或电利用，因此造成一定程度的浪费。而且，上下两个分集水器的焊点较多，泄露隐患大；任一冷却水管失效将使得整个冷却装置失效。
中国专利(202110047869.1)提出了一种百叶窗式太阳能聚光光伏/光热/照明一体化系统，通过在叶片侧棱处覆盖太阳能薄膜电池，并在电池背面设计翅片和冷却水流道，使百叶在调节室内照明的情况下，利用太阳能产生电能和热水以供建筑使用。但是聚光百叶的形状导致只能采用有一定柔性的薄膜电池，而无法使用效率较高但弯曲受限的晶体硅。而且该设计只能利用百叶的向阳面发电，百叶的背阴面用于固定保温层而无法用来发电，效率降低。
因此，急需一种技术可以克服以上现有问题，能够将百叶窗与太阳能技术很好的融合在一起，提高太阳能的利用，同时使用和维护既安全又方便。
发明内容
本发明公开一种光伏光热一体化百叶窗，旨在解决现有技术中存在的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种光伏光热一体化百叶窗，其特征在于，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，围合形成第一密闭空腔；
遮阳百叶，遮阳百叶设于第一密闭空腔内；遮阳百叶正面设有太阳能电池，太阳能电池为薄膜电池；固定窗框中设有光伏接线盒，光伏接线盒中的电极与通过涂锡带引出的太阳能电池的电极相连；遮阳百叶包括翅片和空管，空管用于固定翅片；
热管，热管设于第一密闭空腔内，热管包括蒸发段和冷凝段，蒸发段设于空管内；
连集管，连集管设于固定窗框内，连集管设有凹槽，凹槽用于放置冷凝段，连集管中设有第一流体；
遮阳百叶和热管水平设置或垂直设置，连集管与所述热管呈90°角设置。
作为优选的技术方案，凹槽与冷凝段之间以及空管与热管之间设有导热油，能够确保充分接触，减少传热热阻。
作为优选的技术方案，空管的管壁为热管的管壁。
作为优选的技术方案，连集管设有入口和出口，入口和出口设于固定窗框，第二流体能够通过入口和出口进入和流出。
作为优选的技术方案，遮阳百叶背面设有弱光性能良好的太阳能电池。
作为优选的技术方案，固定窗框内侧设有第一通孔和第二通孔；第一通孔用于将蒸发段末端固定于固定窗框内侧，第二通孔用于蒸发段穿过固定窗框内侧并固定冷凝段。
作为优选的技术方案，第一通孔和第二通孔内设有环形柔性固定器，环形柔性固定器能够减少蒸发段和冷凝段与固定窗框的磨损。
作为优选的技术方案，连集管外侧设有保温层，能够减少热损失。
作为优选的技术方案，遮阳百叶和热管水平设置时，热管为柔性热管，或为在水平安放时运行良好的沟槽热管、烧结热管；遮阳百叶和热管垂直布置时，热管为在垂直安放时运行良好的重力热管、沟槽热管、烧结热管等。
作为优选的技术方案，固定窗框内设有智能电动控制系统，与遮阳百叶连接。
本发明相对现有技术取得的有益效果为：(1)当遮阳百叶遮阳面与背阴面均设置光伏电池组件时，可充分利用太阳直射光和散射光、充分利用遮阳百叶朝阳面和背阴面的面积，最大化太阳能光电利用率；(2)当遮阳百叶背阴面设置装饰层时，可更好的满足建筑师和用户对建筑美观度的追求；(3)通过采用利用相变传热的热管，实现对太阳能热能的高效传递；系统启动快；热管的“热二极管”效应使得百叶窗内无需设计保温层，并降低热损失。(4)本发明中，连集管与窗框的固定无需焊接，不会产生焊点，因此不会存在漏液风险，提升系统运行的安全可靠性；(5)加工简单，安装方便，后期维护与维修相对容易，运行可靠性高。本发明提供一种使用热管的光伏光热百叶窗，可通过举一反三用于建筑的其他遮阳设施中，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为本发明实施例提供的一种光伏光热一体化百叶窗(遮阳百叶与热管水平放置)的正视图；
图2为本发明实施例提供的一种光伏光热一体化百叶窗的侧视剖面图；
图3为本发明实施例提供的一种光伏光热一体化百叶窗构件之一连集管正视图以及沿A-A’剖面图；
图4为本发明实施例提供的一种光伏光热一体化百叶窗构件之一热管示意图；
图5为本发明实施例提供的一种光伏光热一体化百叶窗构件中的遮阳百叶与热管分开设计的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种光伏光热一体化百叶窗构件中的遮阳百叶与热管一体化的示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种光伏光热一体化百叶窗(遮阳百叶与热管垂直放置)的正视图。
附图标记说明：
100-固定窗框；101-第一窗框；102-第二窗框；103-第三窗框；104-第四窗框；105-第一通孔；201-第一基板；202-第一密闭空腔；203-第二基板；
300-热管；301-蒸发段；302-冷凝段；303-环形柔性固定器；304-导热油；
305-第一流体；400-连集管；401-入口；402-出口；403-凹槽；405-第二流体；500-遮阳百叶；501-翅片；502-空管；503-智能化电动控制系统；600-太阳能电池组件；604-光伏接线盒；605-装饰层。
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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示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。另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决现有技术中存在的问题，本发明具体实施方式部分提供了一种光伏光热一体化百叶窗，包括窗框围合形成的密闭空腔，密闭空腔中设有遮阳百叶和热管，遮阳百叶正面设置太阳能电池，进一步的，背面也可以设置弱光性能好的太阳能电池。其中，热管贯穿于遮阳百叶的空管中，热管中通过第一流体。太阳能电池进行光伏发电，通过光伏接线盒将电传输；太阳能光热转化后，热管中第一流体吸收热量，将热集中供给连集管，连接管中第二流体吸热后集中供应。具体的，参见实施例及附图部分进一步说明。
如图1-图3所示，本实施例提供的一种使用热管300的光伏光热百叶窗，包含第一基板201、第二基板203、固定窗框100，第一基板201和第二基板203相对地设置于固定窗框100中围合而成的第一密闭空腔202。以及遮阳百叶500、热管300、连集管400、太阳能电池组件600、智能电动控制系统503和光伏接线盒604等。第一密闭空腔202内安装有遮阳百叶500和热管300。
如图1所示，固定窗框100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，依次连接。第三窗框103内固定智能电动控制系统503与光伏接线盒604。光伏接线盒604中的电极与通过涂锡带引出的太阳能电池片的电极相连。
如图1、图3所示，连集管400按照固定间隔设置一定尺寸的凹槽403，便于与热管300的冷凝段302插入后充分吻合；连集管400的凹槽403和冷凝段302之间有导热油304，确保充分接触，减少传热热阻。连集管400的凹槽403的数目与热管300和遮阳百叶500的数目一致。
遮阳百叶500的朝阳面设置太阳能电池组件600，太阳能电池组件600可选用发电效率较高的晶体硅电池组件，由盖板，胶粘剂和太阳能电池片组成；或颜色多样的薄膜电池。遮阳百叶500背阴面则根据用户对美观性的需求设置装饰层605或弱光性能良好的太阳能电池组件600。盖板可以选用钢化玻璃或有机玻璃；胶粘剂可以选用乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。
如图5所示，一种光伏光热一体化百叶窗构件中的遮阳百叶500与热管300分开设计的示意图，遮阳百叶500的翅片501和空管502可以组合成管翼形状或管板形状，蒸发段301从遮阳百叶500的空管502中穿过。蒸发段301和遮阳百叶的空管502之间吻合较好，且填充导热油304，减少传热热阻。
如图6，一种光伏光热一体化百叶窗构件中的遮阳百叶500与热管300一体化的示意图，遮阳百叶500与热管300可以一体化，即遮阳百叶500的空管502作为蒸发段301管壁，进一步减少传热热阻。
以上两种实施方式中，遮阳百叶500与热管300的维护与更换较为方便，且任一热管300失效也不影响其余遮阳百叶500与其余热管300正常工作。
遮阳百叶500和热管300可水平固定或垂直固定。
继续参考图1，一种实施方式为，遮阳百叶500和热管300水平布置，连集管400设置在第二窗框102内；连集管400和热管300呈90°角设置。蒸发段301末端通过第四窗框104上的第一通孔105固定。此时，热管300应选择柔性热管300，或在水平安放时运行良好的沟槽热管300、烧结热管300等。
如图7所示，给出了另一种实施方式，遮阳百叶500和热管300垂直布置时，连集管400设置在第一窗框101内；蒸发段301的末端通过第三窗框103的第一通孔105固定。此时，遮阳百叶500和热管300垂直布置时，热管300可选择在垂直安放时运行良好的重力热管300、沟槽热管300、烧结热管300等。
如图1所示，以上两种实施方式中，蒸发段301和冷凝段302与窗框100接触处设有环形柔性固定器303，即第一通孔105和第二通孔内设有环形柔性固定器303，以便减少蒸发段301和冷凝段302与第一通孔105及第二通孔间的磨损，并使固定相对稳固。热管300的蒸发段301和冷凝段302分别已经在固定窗框100上两个对侧设置的第一通孔105和第二通孔中固定，连集管400只要将自身凹槽403卡入热管300的蒸发段301即可。同时，由于固定窗框100的尺寸往往不大，因此连集管400的尺寸也不大，如可以设置为直径5厘米，加之为了增加液体流速增强换热，连集管400为椭圆形，进一步减少了连集管400的重量，因此无需额外固定。因此，连集管400与窗框的固定无需焊接，不会产生焊点，不会存在漏液风险，提升系统运行的安全可靠性。
如图1、图3、图5所示，热管300的蒸发段301吸收太阳能热能，温度升高，使热管300内第一流体305由液态蒸发汽化变为气态；到热管300的冷凝段302放热，热管300内的第一流体305由气态凝结放热变为液态后流回热管300的蒸发段301，循环往复。其中，第一流体305与热管300的管壳材料具有良好的相容性，在热管300的使用寿命中，第一流体305能够保持良好的使用性能。连集管400内的第二流体405呈单向流动，即从连集管400入口401处流入，从连集管400出口402处流出，并透过连集管400的管壁吸收冷凝段302放出的热量。第二流体405可为市政管网供水。为使第二流体405达到特定温度，可将多个新型百叶窗的连集管400串联或并联连接；并在连集管400的管壁外侧设置一定厚度的保温层，减少热损失。
智能电动控制系统503连接遮阳百叶500，通过调整翅片501的角度实现太阳追踪、满足室内采光与隐私等需求。本领域技术人员应当能够理解智能电动控制系统503可采用现有技术中的任意的智能电动控制系统。实现，智能太阳追踪，或根据时间或者光照强度自动调节室内采光，尽可能的提高太阳能利用的同时，为现在家居生活及办公环境提供便捷、智能的服务。
Claims (8)
1.一种光伏光热一体化百叶窗，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，围合形成第一密闭空腔；
遮阳百叶，所述遮阳百叶设于所述第一密闭空腔内；所述遮阳百叶正面设有太阳能电池，所述太阳能电池为薄膜电池；所述固定窗框中设有光伏接线盒，所述光伏接线盒中的电极与通过涂锡带引出的所述太阳能电池的电极相连；所述遮阳百叶包括翅片和空管，所述空管用于固定所述翅片；所述遮阳百叶背阴面设置弱光性能良好的太阳能电池组件；
热管，所述热管设于所述第一密闭空腔内，所述热管包括蒸发段和冷凝段，所述蒸发段设于所述空管内或所述空管为所述蒸发段的管壁，所述热管中设有第一流体；
连集管，所述连集管设于所述固定窗框内，所述连集管设有凹槽，所述凹槽用于放置所述冷凝段，所述凹槽与所述冷凝段之间以及所述空管与所述热管之间设有导热油，能够确保充分接触，减少传热热阻；
所述连集管中设有第二流体，所述第二流体为市政管网供水；
所述遮阳百叶和所述热管水平设置或垂直设置，所述连集管与所述热管呈90°角设置。
2.根据权利要求1所述的一种光伏光热一体化百叶窗，其特征在于，所述连集管设有入口和出口，所述入口和出口设于所述固定窗框，所述第二流体能够通过所述入口和出口进入和流出。
3.根据权利要求1所述的一种光伏光热一体化百叶窗，其特征在于，所述固定窗框内侧设有第一通孔和第二通孔；所述第一通孔用于将所述蒸发段末端固定于所述固定窗框内侧，所述第二通孔用于所述蒸发段穿过所述固定窗框内侧并固定所述冷凝段。
4.根据权利要求3所述的一种光伏光热一体化百叶窗，其特征在于，所述第一通孔和第二通孔内设有环形柔性固定器，所述环形柔性固定器能够减少所述蒸发段和冷凝段与固定窗框的磨损。
5.根据权利要求1所述的一种光伏光热一体化百叶窗，其特征在于，所述连集管外侧设有保温层，能够减少热损失。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种光伏光热一体化百叶窗，其特征在于，所述遮阳百叶和所述热管水平设置时，所述热管为柔性热管，或为在水平安放时运行良好的沟槽热管、烧结热管；所述遮阳百叶和所述热管垂直布置时，所述热管为在垂直安放时运行良好的重力热管。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种光伏光热一体化百叶窗，其特征在于，所述遮阳百叶和所述热管水平设置时，所述热管为柔性热管，或为在水平安放时运行良好的沟槽热管、烧结热管；所述遮阳百叶和所述热管垂直布置时，所述热管为在垂直安放时运行良好的沟槽热管或烧结热管。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种光伏光热一体化百叶窗，其特征在于，所述固定窗框内设有智能电动控制系统，与所述遮阳百叶连接。
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