CN117713673A - 一种太阳能热电联供多层结构组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种太阳能热电联供多层结构组件，它包括由上至下依次设置的玻璃、第一EVA胶膜、晶硅电池片、第二EVA胶膜、背膜和用于环绕固定的边框，还包括热吸收机构、电致变色机构和清洁机构，所述热吸收机构和电致变色机构布置于玻璃和第一EVA胶膜之间，所述热吸收机构外接有热交换机构，所述晶硅电池片上设置有温度监测机构，所述电致变色机构和清洁机构均通过控制系统与温度监测机构连接，所述清洁机构设置于玻璃的表层。本发明可根据外部光照条件自动调整透光率，以提高能量转化；同时可将热量进行回收利用，保证晶硅电池片高效转化，减少光照损失；另外根据环境热量的变化实现对太阳能板面的清洁作业，实现智能化清洁。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种太阳能热电联供多层结构组件。
背景技术
目前太阳能组件的结构组成包括钢化玻璃、第一EVA膜、电池片、第二EVA膜和背板，上述五层结构经抽真空后采用铝边框固定，从而组成太阳能电池组件。然而现有太阳能组件存在的普遍问题就是，温度对电池芯的发电效率影响较大。太阳能组件并非温度越高转化效率越好，在超过某一恒定温度后，太阳能组件的效率随着温度的升高而下降，故而发电效率不能达到最大值。
此外，为保证太阳光透射率，太阳能组件需保持表面洁净，才能发出更多的电能，提高光伏电站的效益。而现有的太阳能组件长期设置于户外时，会受到紫外线、氧气和水分的侵害，并且潮湿的空气粘附到太阳能板上后，在太阳能板上形成盐结晶层，大大降低太阳能板玻璃层的透光率，造成大量的光照损失。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种太阳能热电联供多层结构组件。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种太阳能热电联供多层结构组件，包括由上至下依次设置的玻璃、第一EVA胶膜、晶硅电池片、第二EVA胶膜、背膜和用于环绕固定的边框，还包括热吸收机构、电致变色机构和清洁机构，所述热吸收机构和电致变色机构由上至下依次布置于玻璃和第一EVA胶膜之间，所述热吸收机构外接有热交换机构，所述晶硅电池片上设置有温度监测机构，所述电致变色机构通过控制系统与温度监测机构连接，所述清洁机构设置于玻璃的表层，所述清洁机构通过控制系统与温度监测机构连接。
进一步的，所述电致变色机构为与晶硅电池片平面尺寸相同的薄板结构，所述电致变色机构封装于玻璃与第一EVA胶膜之间。电致变色板覆盖于晶硅电池片的上方，通过对控制系统的额定温度设定，当温度监测机构监测到环境温度高于该温度时，控制施加正向电压，实现从透明到隔绝一定热量的深色转变；反之环境温度下降至该温度以下时，控制施加反向电压，使颜色由深色转变成透明。
进一步的，所述热吸收机构为相变材料，所述热吸收机构以板材的形式装嵌于玻璃与电致变色机构之间，所述热吸收机构与电致变色机构的板面垂直方向错位布置。相变材料利用物质在不同状态之间转换时吸收或释放热能的特性，当温度上升到一定程度，PCM从固态转变为液态，这个过程中吸收热量；当温度下降，PCM从液态回到固态，释放之前储存的热量。玻璃、第一EVA胶膜、晶硅电池片、第二EVA胶膜和背膜在板面的垂直方向，周边一部分是被边框所包围固定，而热吸收机构处于竖直方向的边框垂线上，故而不会对电致变色机构和晶硅电池片产生遮挡，影响热转换。
进一步的，所述热交换机构包括热交换器和热水供应系统，所述热吸收机构通过热管与热交换器连接，所述热交换器与热水供应系统连接。热管通过导热粘合剂、焊接或机械固定的方式直接连接到PCM材料所在的位置，将吸收的热量从太阳能板转移到热交换器。热交换器的气体热能与热水供应系统在热交换器中不直接接触，通过热交换器的壁面进行热量交换。热量从热管流体传递给冷流体，导致冷流体加热，而热管流体冷却下来。
进一步的，所述玻璃的表面为纵向波浪纹理结构设计。玻璃的表面为弧度较小、坡面较缓的波浪纹理结构。由于其结构特性，灰尘、漂浮物及盐结晶层会落于低处的凹面，凹凸波浪结构可以增加表面的自清洁能力，雾水或雨水在此结构上流动时，更容易带走附着的灰尘和污垢。同时波浪结构促进水流沿着特定路径移动，这有助于清洁机构更有效地清除表面污染物，减少附着并促进清除效果。此外，波浪形状能够增加光线的散射和折射，这有助于光线更深入地渗透到太阳能单元中，从而提高光电转换效率。且在不同的日照角度下，这种结构有助于捕获更多的光线，凹凸波浪纹理也能减少表面反射，从而提高光能的吸收。
进一步的，所述清洁机构包括清洁喷头、输水管和储水箱，所述清洁喷头通过输水管外接储水箱，所述清洁喷头设置于玻璃的斜面上方，所述储水箱与热水供应系统连接。热水供应系统通过热交换器实现水体的加热，而在该水体存储腔室中，通过引流管连接有储水箱，并通过储水箱对太阳能板板面的清洁作业，此连接关系可减少外接供水系统的管路和建设成本。
进一步的，所述清洁喷头由数个横向覆盖玻璃宽面的喷嘴组成，数个所述喷嘴与玻璃的波浪凹面对应设置。横向布置的喷嘴能够保证对太阳能板宽面的均匀清洁，确保覆盖板面区域。由于污染物沉积于玻璃的凹面处，通过精准对准波浪纹理的凹面部分，喷嘴可以更有效地去除污垢和沉积物，同时由于水直接被引导到需要清洁的区域，而非整个板面面积，从而减少清洁次数和水的使用量。
进一步的，所述玻璃为超白钢化玻璃，所述超白钢化玻璃表面还设置有超疏水材料涂层。超疏水材料能够极大地减少水分在表面的附着，有助于防止盐分和其他污染物的积累。由于超疏水性，水滴不会在玻璃表面停留或形成水渍，这有助于避免由水滞留引起的污垢积累和水渍痕迹，同时带走灰尘和污垢，减少清洁需求。超白钢化玻璃本身具有高光透过率，结合超疏水涂层，可以进一步确保玻璃表面干净透明，提高太阳能板的光电转换效率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的电致变色机构可根据外部光照条件自动调整透光率，在强光照条件下降低透明度，以减少到达太阳能层的光线强度，从而保护光伏电池不受过度照射的损害，在光照较弱的条件下提升透明度，允许更多光线穿过，以提高能量转化；
2、本发明采用的热吸收机构可将电致变色机构隔绝的热量进行回收利用，在保证晶硅电池片高效转化的同时减少光照损失，实现热电联供；
3、本发明可根据环境热量的变化实现对太阳能板面的清洁作业，避免多次重复清洁工作，实现智能化清洁，减少能源消耗。
附图说明
图1是本发明的流程框图；
图2是本发明的侧视爆炸示意图；
附图标识：1-玻璃、2-第一EVA胶膜、3-晶硅电池片、4-第二EVA胶膜、5-背膜、6-边框、7-热吸收机构、8-电致变色机构。
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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例一，如图1、2所示，本发明公开的一种太阳能热电联供多层结构组件，包括由上至下依次设置的玻璃1、第一EVA胶膜2、晶硅电池片3、第二EVA胶膜4、背膜5和用于环绕固定的边框6，还包括热吸收机构7、电致变色机构8和清洁机构，所述热吸收机构7和电致变色机构8由上至下依次布置于玻璃1和第一EVA胶膜2之间，所述热吸收机构7外接有热交换机构，所述晶硅电池片3上设置有温度监测机构，所述电致变色机构8通过控制系统与温度监测机构连接，所述清洁机构设置于玻璃1的表层，所述清洁机构通过控制系统与温度监测机构连接。
所述电致变色机构8为与晶硅电池片3平面尺寸相同的薄板结构，所述电致变色机构8封装于玻璃1与第一EVA胶膜2之间。具体的，晶硅电池片3的上下两层之间用EVA胶膜进行热密封，达到了吸收太阳光作为能源的目的。电致变色板覆盖于晶硅电池片3的上方，电致变色原理是通过电化学反应实现，在无电压时，电致变色材料处于透明状态；当施加电压时，材料中的电子和离子发生迁移，导致材料的光学性质发生改变，颜色变为透光度较低的深色。该变化涉及氧化还原反应，电致变色材料中的电子被移动到或从材料中移除，改变了材料的氧化状态，从而改变其颜色。通过对控制系统的额定温度设定，当温度监测机构监测到环境温度高于该温度时，控制施加电压的大小，可以精确控制材料的颜色变化，从而实现从透明到某种颜色的转变。反之环境温度下降至该温度以下时，控制施加反向电压，使颜色由深色转变成透明。
所述热吸收机构7为相变材料，所述热吸收机构7以板材的形式装嵌于玻璃1与电致变色机构8之间，所述热吸收机构7与电致变色机构8的板面垂直方向错位布置。具体的，相变材料（PCM）通常以薄膜、颗粒、嵌片或板材的形式应用于太阳能板内，在本申请方案中，为了不对晶硅电池片3的热转换产生影响，选择板材的形式被嵌入到太阳能板的封装材料中。相变材料利用物质在不同状态之间转换时吸收或释放热能的特性，当温度上升到一定程度，PCM从固态转变为液态，这个过程中吸收热量；当温度下降，PCM从液态回到固态，释放之前储存的热量。玻璃1、第一EVA胶膜2、晶硅电池片3、第二EVA胶膜4和背膜5在板面的垂直方向，周边一部分是被边框6所包围固定，而热吸收机构7处于竖直方向的边框6垂线上，故而不会对电致变色机构8和晶硅电池片3产生遮挡，影响热转换。
所述热交换机构包括热交换器和热水供应系统，所述热吸收机构7通过热管与热交换器连接，所述热交换器与热水供应系统连接。具体的，热管通常由金属材料（如铜或铝）制成，是一种高效的热传导设备，热管通过导热粘合剂、焊接或机械固定的方式直接连接到PCM材料所在的位置，将吸收的热量从太阳能板转移到热交换器。热交换器的气体热能与热水供应系统在热交换器中不直接接触，通过热交换器的壁面进行热量交换。热量从热管流体传递给冷流体，导致冷流体加热，而热管流体冷却下来。PCM材料和热交换器的工作既调节了太阳能板的温度，又将多余的热量有效利用起来，将热量用于例如用于热水供应系统，实现了能源二次利用，提高了热电联供的效率。
所述玻璃1的表面为纵向波浪纹理结构设计。具体的，玻璃1的表面为弧度较小、坡面较缓的波浪纹理结构。由于其结构特性，灰尘、漂浮物及盐结晶层会落于低处的凹面，凹凸波浪结构可以增加表面的自清洁能力，雾水或雨水在此结构上流动时，更容易带走附着的灰尘和污垢。同时波浪结构促进水流沿着特定路径移动，这有助于清洁机构更有效地清除表面污染物，减少附着并促进清除效果。此外，波浪形状能够增加光线的散射和折射，这有助于光线更深入地渗透到太阳能单元中，从而提高光电转换效率。且在不同的日照角度下，这种结构有助于捕获更多的光线，凹凸波浪纹理也能减少表面反射，从而提高光能的吸收。另外，相比于平滑表面，波浪纹理韧性更高，提高了抵御外部物理冲击的性能，如冰雹或飞来的碎片。
所述清洁机构包括清洁喷头、输水管和储水箱，所述清洁喷头通过输水管外接储水箱，所述清洁喷头设置于玻璃1的斜面上方，所述储水箱与热水供应系统连接。具体的，热水供应系统通过热交换器实现水体的加热，而在该水体存储腔室中，通过水管连接有储水箱，并通过储水箱与清洗喷头之间设置电控阀门，实现在控制系统的作用下，清洁喷头受控制对太阳能板板面的清洁作业。此连接关系可减少外接供水系统的管路和建设成本，同时在热交换工作启动前，通常会在监测到环境温度上升前进行清洁作业，故而不会造成已被加热的水源浪费，所用于清洁的水源是仍未被加热的水体。
所述清洁喷头由数个横向覆盖玻璃1宽面的喷嘴组成，数个所述喷嘴与玻璃1的波浪凹面对应设置。具体的，横向布置的喷嘴能够保证对太阳能板宽面的均匀清洁，确保覆盖板面区域。由于污染物沉积于玻璃1的凹面处，通过精准对准波浪纹理的凹面部分，喷嘴可以更有效地去除污垢和沉积物，同时由于水直接被引导到需要清洁的区域，而非整个板面面积，从而减少清洁次数和水的使用量。
所述玻璃1为超白钢化玻璃，所述超白钢化玻璃表面还设置有超疏水材料涂层。具体的，超疏水材料能够极大地减少水分在表面的附着，有助于防止盐分和其他污染物的积累。由于超疏水性，水滴不会在玻璃1表面停留或形成水渍，这有助于避免由水滞留引起的污垢积累和水渍痕迹，同时带走灰尘和污垢，减少清洁需求。超白钢化玻璃本身具有高光透过率，结合超疏水涂层，可以进一步确保玻璃1表面干净透明，提高太阳能板的光电转换效率。
实施例二，在实施例一的基础上，本实施例提出了一种太阳能热电联供多层结构组件的具体工作原理。
所述具体实施原理流程如下:
温度监测机构包括光照强度传感器和温度传感器，光照强度传感器用于监测太阳光的存在与强度，温度传感器用于监测环境温度。光照强度传感器用来判断何时启动清洁机构，当光照强度传感器监测到一定强度的阳光（即太阳升起后），触发清洁机构开始工作。在夜间，存储的热能或太阳能板产生的电能用于维持系统的基本运行，包括温度监测机构和控制系统，清洁机构使用太阳能直接提供的能量或者储存的热能进行工作。
对控制系统的温度阈值设定，当温度传感器达到预设温度时，控制系统控制电致变色板开始工作。通过对电致变色板施加电压或施加相反的电压，并控制施加的电压的大小和方向，可以精确控制材料的颜色变化，从而实现从透明和深色之间的转变，渐变颜色的程度和透明度可精确控制。在阳光强烈时，且到晶硅电池片3最佳工作温度临界值时，施加正向压力使电致变色板颜色变深，以减少光线的热量传递；而在光照不足时，施加反向压力使电致变色板恢复透明，以最大化光能捕获。
由于太阳能板内的真空环境，玻璃1和电致变色板之间亦处于真空状态，电致变色板在高温环境时启动所隔绝的热能处于玻璃1和电致变色板之间。通过热交换机构将该部分热能进行回收利用，在保证晶硅电池片3高效转化的同时减少光照损失，实现热电联供。
相较于传统太阳能板中的智能清洁系统，如定时清洁系统、表面污染覆盖监测系统，本申请方案中的系统是通过监测环境温度，实现清洁作业的自动启动清洁程序。定时清洁系统和表面污染覆盖监测系统在阴雨天气的情况下，容易导致无效清洁作业增多，增大能耗。本申请的优势在于可以减少相关的检测设备和成本，通过热量检测进行工作前的清洁，可在晶硅电池片3高效工作前完成清洁作业。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种太阳能热电联供多层结构组件，包括由上至下依次设置的玻璃（1）、第一EVA胶膜（2）、晶硅电池片（3）、第二EVA胶膜（4）、背膜（5）和用于环绕固定的边框（6），其特征在于：还包括热吸收机构（7）、电致变色机构（8）和清洁机构，所述热吸收机构（7）和电致变色机构（8）由上至下依次布置于玻璃（1）和第一EVA胶膜（2）之间，所述热吸收机构（7）外接有热交换机构，所述晶硅电池片（3）上设置有温度监测机构，所述电致变色机构（8）通过控制系统与温度监测机构连接，所述清洁机构设置于玻璃（1）的表层，所述清洁机构通过控制系统与温度监测机构连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热电联供多层结构组件，其特征在于：所述电致变色机构（8）为与晶硅电池片（3）平面尺寸相同的薄板结构，所述电致变色机构（8）封装于玻璃（1）与第一EVA胶膜（2）之间。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能热电联供多层结构组件，其特征在于：所述热吸收机构（7）为相变材料，所述热吸收机构（7）以板材的形式装嵌于玻璃（1）与电致变色机构（8）之间，所述热吸收机构（7）与电致变色机构（8）的板面垂直方向错位布置。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能热电联供多层结构组件，其特征在于：所述热交换机构包括热交换器和热水供应系统，所述热吸收机构（7）通过热管与热交换器连接，所述热交换器与热水供应系统连接。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能热电联供多层结构组件，其特征在于：所述玻璃（1）的表面为纵向波浪纹理结构设计。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能热电联供多层结构组件，其特征在于：所述清洁机构包括清洁喷头、输水管和储水箱，所述清洁喷头通过输水管外接储水箱，所述清洁喷头设置于玻璃（1）的斜面上方，所述储水箱与热水供应系统连接。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能热电联供多层结构组件，其特征在于：所述清洁喷头由数个横向覆盖玻璃（1）宽面的喷嘴组成，数个所述喷嘴与玻璃（1）的波浪凹面对应设置。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能热电联供多层结构组件，其特征在于：所述玻璃（1）为超白钢化玻璃，所述超白钢化玻璃表面还设置有超疏水材料涂层。
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| CN111006400A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-14 | 吴祥初 | 一种太阳能光伏光热集热器 |
| CN216311806U (zh) * | 2021-12-07 | 2022-04-15 | 云南呈达企业集团有限公司 | 一种提高光转换率的太阳能光伏玻璃 |
| CN116988623A (zh) * | 2023-08-08 | 2023-11-03 | 钟红 | 一种智能控制室内温度的采光集热式玻璃天窗系统 |
-
2024
- 2024-02-06 CN CN202410165926.XA patent/CN117713673A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| CN111006400A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-14 | 吴祥初 | 一种太阳能光伏光热集热器 |
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