CN116436401A - 一种太阳能光伏光热一体化系统及方法 - Google Patents

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CN116436401A CN202310314447.5A CN202310314447A CN116436401A CN 116436401 A CN116436401 A CN 116436401A CN 202310314447 A CN202310314447 A CN 202310314447A CN 116436401 A CN116436401 A CN 116436401A
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Abstract

本申请公开了一种太阳能光伏光热一体化系统及方法，其包括墙体，墙体上设置有光伏板组件一、光伏板组件二；光伏板组件一、光伏板组件二包括光伏板本体与合金框，光伏板本体上贯穿开设有多个进气通道，光伏板本体密封设置在合金框中，合金框的一侧壁贯穿开设有导风通道，导风通道上连接有外护座，外护座中设置有用于抽气和排气的吸风组件和吹风组件，外护座的一端壁贯通连接有引风管。本申请可以通过风冷给光伏板降温来提升光伏板本体的发电效率，同时具有在寒冷的季节通过光伏板加热的热空气引入室内提高室内温度；在炎热的季节，利用室内相对低的空气给光伏板降温，可以促进室内空气流通。同时可以给房间通风除湿，改善室内人员的居住的效果。

Description

一种太阳能光伏光热一体化系统及方法
技术领域
本申请涉及太阳能集热技术领域，尤其为一种太阳能光伏光热一体化系统及方法。
背景技术
太阳能作为免费的自然能源，其实存在很大的局限性，如何收集到足够的能量并持续用于加热干燥是最重要的关键。太阳能的收集取决于集热器，而当前市场上的集热器所能收集的热量都是一定的，简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。
太阳能是未来人类发展最主要的能量来源之一。但相对于传统能源，目前太阳能的利用效率依然很低。在最常见的光电转换和光热转换方式中，两者往往相互独立利用，其中在光电转换过程中，大部分太阳辐射能以热能的形式散发到周围环境中，不仅造成了能量的浪费，还增加了组件的温度。光电效率和温度成负相关，组件的高温降低了组件的发电效率，局部过高的温度还会导致热斑效应，对光伏组件造成严重损坏。为了提高光伏组件的发电效率，要尽可能降低其表面温度。在光伏组件背板上设冷却管道，光电、光热耦合利用，设计成为太阳能光伏光热一体化系统(PV/T)。通过传热介质将太阳能光伏组件背板上产生的热量带走并利用，可有效降低组件温度，并获取一定热量，提高系统对太阳能的综合利用效率，同时减少了占地面积，具有强大的应用市场和发展潜力，亟待改进。
申请内容
为了解决如何将太阳能空气集热器与光伏板结合以及降低光伏板温度的问题，本申请提供一种太阳能光伏光热一体化系统及方法。
本申请提供的一种太阳能光伏光热一体化系统及方法采用如下的技术方案：
一种太阳能光伏光热一体化系统，包括墙体，所述墙体上设置有光伏板组件一、光伏板组件二；
所述光伏板组件一、光伏板组件二包括光伏板本体与合金框，所述光伏板本体上贯穿开设有多个进气通道，所述光伏板本体密封设置在合金框中，所述合金框的一侧壁贯穿开设有导风通道，所述导风通道上连接有外护座，所述外护座中设置有用于抽气和排气的吸风组件和吹风组件，所述外护座的一端壁贯通连接有引风管。
通过采用上述技术方案，由于光伏板本体上开设有进气通道，且光伏板设置在合金框中，光伏板本体与合金框之间为密封设置，当自然风吹向光伏板组件时，由于光伏板组件表面的高温，将自然风加热，外部风力进入进气通道中进入光伏板本体与合金框之间的间隙中；这时开启外护座中的吸风组件将间隙中的带有热量的风进行吸引，这时风力穿过导风通道进入，即通过引风管进入室内，并通过排风口排向室内，使得室内温度升高，同时使得光伏板本体表面的温度下降。
优选的，所述合金框的一端壁上贯穿开设有平行的插槽，所述合金框的另一端上固接有平行的插条，至于所述平行的插槽和插条之间的合金框的端壁上贯穿开设有边孔，所述合金框的顶端壁上贯穿开设有销槽，且销槽内活动插装有销板。
优选的，所述光伏板组件一中的合金框一端壁的插条插接在光伏板组件二中的合金框的另一端壁的插槽中，所述光伏板组件一与光伏板组件二中的合金框端壁上的边孔连通。
通过采用上述技术方案，合金框可通过插条和插槽进行拼接，进而使得多个光伏板组件一和光伏板组件二拼装形成一个大的整体，以适合大面积墙面或屋顶使用，同时可以通过合金框与光伏板组件一进行组合使用，以适应较小的安装地。
优选的，所述合金框的内壁开设有多个内卡槽，所述光伏板本体的外圈壁固接有多个卡块，且卡块卡接在卡槽中，所述光伏板本体的一侧壁与合金框的内底壁之间存在间隙。
优选的，多个所述光伏板本体通过螺栓连接，多个所述光伏板本体密封安装在墙体上，且光伏板本体的一次壁与墙体之间设有间隙，所述墙体上开设有进气通道，且进气通道上亦连接有外护座，所述引风管的另一端置于室内，所述引风管上开设有多个排风口。
通过采用上述技术方案，将由多个光伏板本体组成的光伏板组件通过螺栓设置在墙体上，由于螺栓安装具有机动性，且可以根据墙体或屋顶的角度自行调整光伏板组件的安装角度，进而选取以更适合光伏板本体的光照位置，同时由于光伏板组件与墙体之间为封闭连接，进而可以将光伏板组件与墙体之间的空气封闭，进一步的确保光伏板组件的发电部位不会受到外界影响，同时亦可以将光伏板组件引流的风吹入墙体上开设的导风口内，提升装置的导风措施。
太阳能光伏光热一体化方法，包括如下步骤：
S1:光伏板组件由太阳照射产生电力，由于光伏板组件表面具有吸能效果，光伏板组件表面产生高温，当自然风吹向光伏板组件时，由于光伏板组件表面的高温，将自然风加热，外部风力进入进气通道中，后进入光伏板组件与墙体之间的间隙中，或光伏板本体与合金框之间的间隙中；
当外部风力处于上述间隙中时，即可通过开启外护座中的吸风组件将间隙中的带有热量的风进行吸引，这时风力穿过导风通道进入，即通过引风管进入室内，并通过排风口排向室内，使得室内温度升高，同时使得光伏板本体表面的温度下降；
S2:当室内温度进入热风后温度升高，这时可以关闭吸风组件，处于引风管中的热风会部分通过排风口持续排出，与室内消散的热量抵消，使得室内温度达到均衡，当室内温度低于光伏板本体的温度时，即可通过吹风组件将室内温度低的空气吸出，通过引风管将其输送至上述间隙中，进而将温度较高的光伏板本体的温度进行缓解，进而预防光伏板本体的温度较高影响其发电效果。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
由于光伏板本体上开设有进气通道，且光伏板设置在合金框中，光伏板本体与合金框之间为密封设置，当自然风吹向光伏板组件时，由于光伏板组件表面的高温，将自然风加热，外部风力进入进气通道中进入光伏板本体与合金框之间的间隙中；这时开启外护座中的吸风组件将间隙中的带有热量的风进行吸引，这时风力穿过导风通道进入，即通过引风管进入室内，并通过排风口排向室内，使得室内温度升高，同时使得光伏板本体表面的温度下降；
将由多个光伏板本体组成的光伏板组件通过螺栓设置在墙体上，由于螺栓安装具有机动性，且可以根据墙体或屋顶的角度自行调整光伏板组件的安装角度，进而选取以更适合光伏板本体的光照位置，同时由于光伏板组件与墙体之间为封闭连接，进而可以将光伏板组件与墙体之间的空气封闭，进一步的确保光伏板组件的发电部位不会受到外界影响，同时亦可以将光伏板组件引流的风吹入墙体上开设的导风口内，提升装置的导风措施。
附图说明
图1为本申请结构示意图；
图2为本申请组合安装结构示意图；
图3为本申请中侧视图。
图中：1、墙体；2、光伏板组件一；21、光伏板本体；211、进气通道；212、卡块；22、合金框；221、插条；222、内卡槽；223、销槽；224、插槽；225、导风通道；226、边孔；26、吸风组件；261、吹风组件；27、密封板；3、光伏板组件二；4、外护座；5、引风管；51、排风口；。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1-3，本申请提供一种技术方案：一种太阳能光伏光热一体化系统及方法，包括墙体1，墙体1上设置有光伏板组件一2、光伏板组件二3；
光伏板组件一2、光伏板组件二3皆包括光伏板本体21与合金框22，光伏板本体21上贯穿开设有多个进气通道211，光伏板本体21密封设置在合金框22中，合金框22的一侧壁贯穿开设有导风通道225，导风通道225上连接有外护座4，外护座4中设置有用于抽气和排气的吸风组件26和吹风组件261，外护座4的一端壁贯通连接有引风管5。
进气通道211为进气管、进气口、进气槽，且进气通道211中亦配合阀门使用，通过阀门即可控制进气的速率与气体流速；导风通道225为进气管、进气口、进气槽；吹风组件261与吸风组件26为吸风扇和吹风扇，或能通过正反转转动产生风力的装置。
合金框22的一端壁上贯穿开设有平行的插槽224，合金框22的另一端上固接有平行的插条221，至于平行的插槽224和插条221之间的合金框22的端壁上贯穿开设有边孔226，所述合金框22的顶端壁上贯穿开设有销槽223，且销槽223内活动插装有销板24。
光伏板组件一2中的合金框22一端壁的插条221插接在光伏板组件二3中的合金框22的另一端壁的插槽224中，光伏板组件一2与光伏板组件二3中的合金框22端壁上的边孔226连通。
合金框22的内壁开设有多个内卡槽222，光伏板本体21的外圈壁固接有多个卡块212，且卡块212卡接在卡槽中，光伏板本体21的一侧壁与合金框22的内底壁之间存在间隙。
或在合金框22的内壁边上开设L型的槽口，并且由于光伏板本体21的一侧壁亦呈倒L型，直接将光伏板本体21与合金框22进行嵌合，同样可以实现光伏板本本体22与合金框22的密封连接，为了预防光伏板本体21的一侧壁与合金框22的内底壁之间的空气外泄，即在光伏板本体21与合金框22之间的连接缝中进行涂胶，增强光伏板本体21和合金框22之间的连接紧密性的同时增加其的密封效果。
合金框22可通过插条221和插槽224进行拼接，进而使得多个光伏板组件一2和光伏板组件二3拼装形成一个大的整体，以适合大面积墙面或屋顶使用，同时合金框22侧边的边孔226是为了使单个的光伏板本体21上的进气通道211内进入风进行多个合金框22之间流通汇总，这时即可将合金安装支架进行安装在墙体1或屋顶上，这时开启吸风组件26，通过引风管5的作用，进而使得合金框22与光伏板组件的空气进入室内，在夏天可以通过反转的风扇吸出房间内的凉风，反吹至光伏板本体21的背面，对光伏板本体21进行降温；
光伏板组件一2或光伏板组件二3进行单个使用时，这时即可将销板插接在销槽223中，或在不开设销槽223的前提下将边孔226内通过堵头进行封堵，进而将合金框22侧壁上的边孔226隔断，预防合金框22与光伏板组件一2或光伏板组件二3之间的间隙中的风量外泄，进而适应较小的安装地，将合金框22与光伏板组件之间的导风措施如上述一致。
在光伏板组件一2和光伏板组件二3组合使用时，需要将两个合金框22侧壁上的边孔226进行对接，预防合金框22中的空气外泄，这时即可将两个合金框22进行挤压对接，使得两个合金框22上的边孔226连通，亦可以采用管道连接，且管道的两端皆与两个合金框22上的边孔226进行密封连接。
多个光伏板本体21通过螺栓连接，多个光伏板本体21密封安装在墙体1上，且光伏板本体21的一次壁与墙体1之间设有间隙，墙体1上开设有进气通道211，且进气通道211上亦连接有外护座4，引风管5的另一端置于室内，引风管5上开设有多个排风口51。
将多个不带有合金框22的光伏板组件一2和光伏板组件二3通过螺栓连接，并通过螺栓安装在墙体1或屋顶上，且光伏板组件一2和光伏板组件二3与墙体1之间进行密封连接，在墙体1上亦进行导风通道225的开设，同时导风通道225上同样配合外护座4和引风管5使用，通过多个光伏板组件一2和光伏板组件二3上的进气通道211吸入风量，风量进入墙体1与光伏板组件一2和光伏板组件二3背面之间，同时根据室内的温度控制吸风组件26和吹风组件261进行气流的交换，亦对室内提供热风或对光伏板本体21提供降温的热风。
一种太阳能光伏光热一体化方法，包括如下步骤：
S1:光伏板组件由太阳照射产生电力，由于光伏板组件表面具有吸能效果，光伏板组件表面产生高温，当自然风吹向光伏板组件时，由于光伏板组件表面的高温，将自然风加热，外部风力进入进气通道211中，后进入光伏板组件与墙体1之间的间隙中，或光伏板本体21与合金框22之间的间隙中；
当外部风力处于上述间隙中时，即可通过开启外护座4中的吸风组件26将间隙中的带有热量的风进行吸引，这时风力穿过导风通道225进入，即通过引风管5进入室内，并通过排风口51排向室内，使得室内温度升高，同时使得光伏板本体21表面的温度下降；
S2:当室内温度进入热风后温度升高，这时可以关闭吸风组件26，处于引风管5中的热风会部分通过排风口51持续排出，与室内消散的热量抵消，使得室内温度达到均衡，当室内温度低于光伏板本体21的温度时，即可通过吹风组件261将室内温度低的空气吸出，通过引风管5将其输送至上述间隙中，进而将温度较高的光伏板本体21的温度进行缓解，进而预防光伏板本体21的温度较高影响其发电效果。
本申请具有通过光伏板组件与墙板或屋顶的组合实现太阳能空气集热的效果，同时可以将光伏板表面上吸附的多余热量转化成热风传导至室内，在夏天可以通过反转的风扇吸收房间内的凉风，降低光伏板表面及反面温度，提升光伏板发电的效果。太阳能光伏电池是利用光伏效应完成光电转化的。商业化太阳能光伏电池有：光电转化效率为13％～21％的单晶硅光伏电池，光电转化效率为11％--19％的多晶硅光伏电池，光电转化效率为6％--11％的非晶硅光伏电池。对于太阳辐射总量，80％～90％的能量没有转化为电能，而是转化为热能或以电磁波形式辐射出去，使太阳能光伏电池温度升高。对于硅基太阳电池，随着温度升高，效率降低的幅度不断增大。研究表明，每上升1℃，单晶硅太阳电池的效率降低0.3％～0.5％，多晶硅太阳电池的效率降低0.4％。由此可见，降低太阳电池温度，回收太阳电池废热，既可以提高太阳电池光电转化效率，又可以获取额外热能。本太阳能光伏光热一体化的热效率最高可以达到80％以上，远远优于在光伏板背面给光伏板降温的其他风冷及水冷系统。因为热效率高，所以给太阳能电池的降温效果也会远远好于其他系统，实现一体化组件光伏发电效率提升10％以上。在寒冷地区有广泛市场。
本申请既可以通过风冷给光伏板降温来提升光伏板本体的发电效率，可达12％；又可以当做太阳能空气集热器使用，集热效率可高达80％，能够充分吸收光伏板正反面的热量给房间加热。在寒冷的季节，将经过黑色光伏板加热的热空气引入室内提高室内温度；在炎热的季节，利用室内相对低的空气给光伏板降温，可以促进室内空气流通。同时可以给房间通风除湿，改善室内人员的居住效果。
本申请工作原理：将光伏板组件一2或光伏板组件二3安装在合金框22内，这时卡块212卡接在内卡槽222中，将光伏板组件一2或光伏板组件二3与合金框22之间封闭连接，这时当自然风吹向光伏板组件时，由于光伏板组件表面的高温，将自然风加热，外部风力进入进气通道211中进入光伏板本体21与合金框22之间的间隙中；这时开启外护座4中的吸风组件26将间隙中的带有热量的风进行吸引，这时风力穿过导风通道225进入，即通过引风管5进入室内，并通过排风口51排向室内，使得室内温度升高，同时使得光伏板本体21表面的温度下降，进而提升光伏板本体21的产电效果；
同时亦可以将多个不带有合金框22的光伏板组件一2和光伏板组件二3通过螺栓连接，并通过螺栓安装在墙体1或屋顶上，且光伏板组件一2和光伏板组件二3与墙体1之间进行密封连接，在墙体1上亦进行导风通道225的开设，同时导风通道225上同样配合外护座4和引风管5使用，通过多个光伏板组件一2和光伏板组件二3上的进气通道211吸入风量，风量进入墙体1与光伏板组件一2和光伏板组件二3背面之间，同时根据室内的温度控制吸风组件26和吹风组件261进行气流的交换，亦对室内提供热风或对光伏板本体21提供降温的热风。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种太阳能光伏光热一体化系统，包括墙体(1)，所述墙体(1)上设置有光伏板组件一(2)、光伏板组件二(3)，其特征在于：
所述光伏板组件一(2)、光伏板组件二(3)包括光伏板本体(21)与合金框(22)，所述光伏板本体(21)上贯穿开设有多个进气通道(211)，所述光伏板本体(21)密封设置在合金框(22)中，所述合金框(22)的一侧壁贯穿开设有导风通道(225)，所述导风通道(225)上连接有外护座(4)，所述外护座(4)中设置有用于抽气和排气的吸风组件(26)和吹风组件(261)，所述外护座(4)的一端壁贯通连接有引风管(5)。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热一体化系统，其特征在于：所述合金框(22)的一端壁上贯穿开设有平行的插槽(224)，所述合金框(22)的另一端上固接有平行的插条(221)，至于所述平行的插槽(224)和插条(221)之间的合金框(22)的端壁上贯穿开设有边孔(226)，所述合金框(22)的顶端壁上贯穿开设有销槽(223)，且销槽(223)内活动插装有销板。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能光伏光热一体化系统，其特征在于：所述光伏板组件一(2)中的合金框(22)一端壁的插条(221)插接在光伏板组件二(3)中的合金框(22)的另一端壁的插槽(224)中，所述光伏板组件一(2)与光伏板组件二(3)中的合金框(22)端壁上的边孔(226)连通。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏光热一体化系统，其特征在于：所述合金框(22)的内壁开设有多个内卡槽(222)，所述光伏板本体(21)的外圈壁固接有多个卡块(212)，且卡块(212)卡接在卡槽中，所述光伏板本体(21)的一侧壁与合金框(22)的内底壁之间存在间隙。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏光热一体化系统，其特征在于：多个所述光伏板本体(21)拼接，多个所述光伏板本体(21)密封安装在墙体(1)上，且光伏板本体(21)的一次壁与墙体(1)之间设有间隙，所述墙体(1)上开设有进气通道(211)，且进气通道(211)上亦连接有外护座(4)，所述引风管(5)的另一端置于室内，所述引风管(5)上开设有多个排风口(51)。
6.一种太阳能光伏光热一体化方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-5中任一所述的系统，包括如下步骤：
S1:光伏板组件由太阳照射产生电力，由于光伏板组件表面具有吸能效果，光伏板组件表面产生高温，当自然风吹向光伏板组件时，光伏板组件表面的高温会将自然风加热，外部风力进入进气通道(211)中，后进入光伏板组件与墙体(1)之间的间隙中，或光伏板本体(21)与合金框(22)之间的间隙中；
当外部风力处于上述间隙中时，即可通过开启外护座(4)中的吸风组件(26)将间隙中的带有热量的风进行吸引，这时风力穿过导风通道(225)进入，即通过引风管(5)进入室内，并通过排风口(51)排向室内，使得室内温度升高，同时使得光伏板本体(21)表面的温度下降；
S2:当室内温度温度高，比如在夏天，当室内温度低于光伏板本体(21)的温度时，即可通过吹风组件(261)将室内温度低的空气吸出，通过引风管(5)将其输送至上述间隙中，进而将温度较高的光伏板本体(21)的温度进行缓解，进而预防光伏板本体(21)的温度较高影响其发电效果。同时可以给房间通风降温。
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