CN117894867A - 一种光伏热电联供用真空层玻璃组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能光伏组件技术领域，尤其涉及一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，它包括设置于第一EVA膜与电池片之间的微流体网络层，所述微流体网络层包括流体、流体通道及流体控制系统，所述流体控制系统包括控制单元、微型泵、微型温度传感器和流体供应单元，所述流体供应单元通过微型泵与流体通道的总进口端接通，所述总出口端外接有热交换器，所述热交换器的另一端与流体供应单元连通，所述微型温度传感器设置于电池片上。本发明通过微流体网络层将电池板产生过高的热量转移引导至热交换器区域，使热量被重新利用，通过对光伏板温度的精确控制，以提高电池板的性能和稳定性；此外还集成了防冰结功能，以进一步提高了系统的实用性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏组件技术领域，尤其涉及一种光伏热电联供用真空层玻璃组件。
背景技术
目前太阳能光伏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加热层压后采用铝边框固定，从而组成太阳能电池组件。然而现有光伏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。光伏组件并非温度越高转化效率越好，在超过某一恒定温度后，光伏组件的效率随着温度的升高而下降。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种光伏热电联供用真空层玻璃组件。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，包括钢化玻璃、第一EVA膜、电池片、第二EVA膜、背板及铝边框，所述钢化玻璃、第一EVA膜、电池片、第二EVA膜及背板经抽真空层压复合后采用铝边框进行固定，所述第一EVA膜与电池片之间设置有微流体网络层，所述微流体网络层包括流体、流体通道及流体控制系统，所述流体通道设置有数个，数个流体通道由若干组贴覆于电池片表面的透明导流片构成，若干组所述透明导流片纵向排布且在电池片的上下两端分别形成总进口端和总出口端，所述流体控制系统包括控制单元、微型泵、微型温度传感器和流体供应单元，所述流体供应单元通过微型泵与流体通道的总进口端接通，所述总出口端外接有热交换器，所述热交换器的另一端与流体供应单元连通，所述微型温度传感器设置于电池片上，所述控制单元分别与微型泵、微型温度传感器和流体供应单元连接。
进一步的，所述流体通道的上端设置有与总进口端连通的引流槽，所述引流槽与任意一组流体通道的连通处设置有开关阀，所述开关阀与控制单元无线连接。引流槽位于数个流体通道的上端，并与总进口端连通。流体通道分布在整个光伏板上，形成一个网状结构，每个通道的上端与引流槽相连，从而接收来自引流槽的流体。在每个流体通道与引流槽的连接处设置有开关阀。这些阀门可以控制流体进入流体通道与否以及量的控制，从而对每个通道的流体流动进行精确控制。数个开关阀与控制单元无线连接，控制单元可以根据温度传感器的数据和预设的控制逻辑，远程调节每个阀门的开闭状态。
进一步的，所述电池片上集成有数个用于实时监控热分布的微型温度传感器，数个微型温度传感器与数个流体通道的数量对应，且分别设置于数个流体通道中。传感器通过表面贴装技术集成到电池板上，并分布于不同流体通道的电池板的表面上，以确保整个板面的温度都被有效监控。
进一步的，所述热交换器连接有热水供应系统，所述流体通过热交换面与热水供应系统中的水导热传递。数个流体通道的总出口端与热交换器连接，热交换器的另一端与流体供应单元连通，流体供应单元与数个流体通道的总进口端接通，形成一个闭环循环。温度升高的流体被引导到热交换器，在此处通过热交换面将热量传递给热水供应系统中的水。水在热交换器中吸收热量后，变热并被用于热水供应，如供应家庭或工业用热水。
进一步的，所述透明导流片的宽度范围为20-30μm，深度范围为20-30μm，任意一组流体通道的宽度范围为100-150μm。考虑到在有效传递热量与最小化对光吸收的干扰之间取得平衡，理想的通道直径设置在20-30μm。这个尺寸可减少对电池片表面光吸收的遮蔽，同时也能保持流体的有效流动。与此同时，为了保持流体动力学的有效性并确保热传递，通道深度设定在20-30μm。运用流体动力学原理，优化流体在通道中的流动模式，确保热量能够高效地从电池板转移走。流体通道宽度设置范围为100-150μm，以保证电池片上大部分区域能够有效吸收阳光，又能保持较高的光能转换效率。
进一步的，所述透明导流片的材质为聚二甲基硅氧烷材质。聚二甲基硅氧烷具有较好的透明度，可以减少对电池板光吸收的干扰。同时硅橡胶具有良好的机械强度和柔韧性，能够承受微流体网络运行过程中的物理压力。
进一步的，所述流体的材质为水基凝胶或聚合物凝胶中的一种。水基凝胶由水和聚合物组成，这种凝胶能够存储大量的水分，由于高水含量，这种凝胶具有良好的热吸收和传导能力，适用于温度调节。此外，水基凝胶通常具有较好的透光性，对光伏电池板的光吸收影响较小，并且在不同温度下保持较好的稳定，不会蒸发或分解。聚合物凝胶由聚合物和水组成，可以通过物理或化学交联形成，该物质透明度较高，适合光伏应用，具有适度的热传导能力，适用于温度调节，同时具有良好的化学和热稳定性。此外，还可考虑有机硅凝胶或相变凝胶，在选择合适的凝胶材料时，凝胶的热管理的能力更适于保持电池板在最佳工作温度下运行。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过微流体网络层，将电池板产生过高的热量转移走，吸收了热量的流体会被引导到一个热交换器区域，其中热量可以被重新利用，通过对光伏板温度的精确控制，以适应不同的天气和环境条件下，提高电池板的性能和稳定性；
2、本发明除了对光伏板进行温度管理，还集成了防冰结功能，以进一步提高了系统的实用性和可靠性，使其成为一种具有广泛应用前景的先进技术；
3、本发明基于太阳能利用光伏光热一体化热电联供系统，在实现光伏发电的同时，为建筑物提供用于供暖和生活用的热水，这成为高能效缓解能源压力的有效途径。
附图说明
图1是本发明的微流体网络层流程框图；
图2是真空层玻璃组件的爆炸结构示意图；
图3是微流体网络层的平面示意图；
图4是实施例二的微流体网络层平面示意图；
附图标识：1-钢化玻璃、2-第一EVA膜、3-电池片、4-第二EVA膜、5-背板、6-铝边框、7-微流体网络层、8-流体通道、9-透明导流片、10-总进口端、11-总出口端、12-引流槽、13-开关阀、14-调控板。
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、3所示，本发明公开的一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，包括钢化玻璃1、第一EVA膜2、电池片3、第二EVA膜4、背板5及铝边框6，所述钢化玻璃1、第一EVA膜2、电池片3、第二EVA膜4及背板5经抽真空层压复合后采用铝边框6进行固定，所述第一EVA膜2与电池片3之间设置有微流体网络层7，所述微流体网络层7包括流体、流体通道8及流体控制系统，所述流体通道8设置有数个，数个流体通道8由若干组贴覆于电池片3表面的透明导流片9构成，若干组所述透明导流片9纵向排布且在电池片3的上下两端分别形成总进口端10和总出口端11，所述流体控制系统包括控制单元、微型泵、微型温度传感器和流体供应单元，所述流体供应单元通过微型泵与流体通道8的总进口端10接通，所述总出口端11外接有热交换器，所述热交换器的另一端与流体供应单元连通，所述微型温度传感器设置于电池片3上，所述控制单元分别与微型泵、微型温度传感器和流体供应单元连接。
具体的，钢化玻璃1位于最顶部，是光伏组件的面层，通常采用透明且强度高的特殊玻璃，用于保护下面的层次免受物理损伤，并允许阳光穿透。第一EVA膜2紧接在玻璃层的下方，是乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）膜，这层膜是用于封装和保护电池片3，具有良好的透光性和粘合性。电池片3位于第一EVA膜2下方，是光伏组件的核心部分，负责将太阳光转换为电能。第二EVA膜4在电池片3下方，同样用于保护电池片3，确保其稳定性和长期可靠性。背板5位于最底层，通常由耐候材料制成，如聚酯或玻纤增强材料，用于保护组件免受环境因素影响。最后，整个组件通过铝边框6固定，提供额外的结构强度和耐久性。
所述流体通道8的上端设置有与总进口端10连通的引流槽12，所述引流槽12与任意一组流体通道8的连通处设置有开关阀13，所述开关阀13与控制单元无线连接。具体的，引流槽12位于数个流体通道8的上端，并与总进口端10连通，主要作用是作为流体分配的主渠道，将来自总进口端10的流体均匀地分配到各个流体通道8。流体通道8分布在整个光伏板上，形成一个网状结构，每个通道的上端与引流槽12相连，从而接收来自引流槽12的流体。在每个流体通道8与引流槽12的连接处设置有开关阀13。这些阀门可以控制流体进入流体通道8与否以及量的控制，从而对每个通道的流体流动进行精确控制。数个开关阀13与控制单元无线连接，控制单元可以根据温度传感器的数据和预设的控制逻辑，远程调节每个阀门的开闭状态。工作时，整个光伏板上的微型温度传感器实时监测电池板的温度分布，这些数据被发送到控制单元。根据温度数据，控制单元动态调整开关阀13的状态。例如，在检测到某个区域的温度过高时，控制单元可以打开相应区域的阀门，增加流体流量，以增强冷却效果。通过这种方式，系统能够确保电池板在最佳温度下运行，从而优化能源效率和延长电池板的使用寿命。
所述电池片3上集成有数个用于实时监控热分布的微型温度传感器，数个微型温度传感器与数个流体通道8的数量对应，且分别设置于数个流体通道8中。具体的，传感器分别通过表面贴装技术（SMT）集成到电池板，并分布于不同流体通道8的电池板的表面上，以确保整个板面的温度都被有效监控。这有助于识别热点或局部过热的区域，在电池板中用于实时监控热分布，使流体网络层能够动态地调整流体流动，以应对不同的热负荷。微型温度传感器使用微电子机械系统（MEMS）技术，当微型温度传感器足够小时，可以减少对电池板表面的干扰。微型温度传感器与控制单元无线连接，控制单元可以基于这些数据动态调整流体网络的流动。这不仅提高了电池板的效率和寿命，还增强了整个系统的能源管理能力。
所述热交换器连接有热水供应系统，所述流体通过热交换面与热水供应系统中的水导热传递。具体的，数个流体通道8的总出口端11与热交换器连接，热交换器的另一端与流体供应单元连通，流体供应单元与数个流体通道8的总进口端10接通，形成一个闭环循环。总出口端11与热交换器之间、热交换器与流体供应单元之间分别通过管道接通，温度升高的流体被引导到热交换器，在此处通过热交换面（如金属管道或板）将热量传递给热水供应系统中的水。水在热交换器中吸收热量后，变热并被用于热水供应，如供应家庭或工业用热水。流体在释放热量后温度降低，然后被引导回流体供应单元。在这里，它被重新加压并再次被送回微流体网络层7，从而形成闭环循环。这不仅可以有效地控制光伏电池板的温度，还可以将捕获的热量用于实用目的，同时确保流体资源的有效利用和循环。
所述透明导流片9的宽度范围为20-30μm，深度范围为20-30μm，任意一组流体通道8的宽度范围为100-150μm。具体的，考虑到在有效传递热量与最小化对光吸收的干扰之间取得平衡，理想的通道直径设置在20-30μm。这个尺寸可减少对电池片3表面光吸收的遮蔽，同时也能保持流体的有效流动。与此同时，为了保持流体动力学的有效性并确保热传递，通道深度设定在20-30μm。运用流体动力学原理，优化流体在通道中的流动模式，确保热量能够高效地从电池板转移走。流体通道8宽度设置范围为100-150μm，以保证电池片3上大部分区域能够有效吸收阳光。为了减少通道对电池片3光吸收的影响，通道间距大于通道直径的几倍，这有助于减少由于通道造成的遮阴效应。同时又足够窄，较窄的通道间距有助于更均匀地分布热量，以确保流体可以有效地覆盖和冷却电池片3。因此，100-150μm的宽度为一个平衡点，既能有效传递热量，又能保持较高的光能转换效率。
所述透明导流片9的材质为聚二甲基硅氧烷材质。具体的，聚二甲基硅氧烷（PDMS）具有较好的透明度，可以减少对电池板光吸收的干扰。同时硅橡胶具有良好的机械强度和柔韧性，能够承受微流体网络运行过程中的物理压力。此外，这些材料具有很高的化学惰性和良好的耐热性，适合长期暴露在户外环境中。
所述流体的材质为水基凝胶或聚合物凝胶中的一种。具体的，在选择适用的凝胶材料时，需考虑到其温度调节性能、光学特性（尤其是透光性），以及化学和物理稳定性。水基凝胶由水和聚合物（如聚丙烯酸钠）组成，这种凝胶能够存储大量的水分。由于高水含量，这种凝胶具有良好的热吸收和传导能力，适用于温度调节。此外，水基凝胶通常具有较好的透光性，对光伏电池板的光吸收影响较小，并且在不同温度下保持较好的稳定，不会蒸发或分解。聚合物凝胶（如聚乙烯醇凝胶）由聚合物和水组成，可以通过物理或化学交联形成。该物质透明度较高，适合光伏应用，具有适度的热传导能力，适用于温度调节，同时具有良好的化学和热稳定性。此外，还可考虑有机硅凝胶或相变凝胶，在选择合适的凝胶材料时，凝胶的热管理的能力更适于保持电池板在最佳工作温度下运行。
在实施例一的基础上，本实施例提出了一种光伏热电联供用真空层玻璃组件的具体工作原理。
所述具体实施原理流程如下:
微型温度传感器持续监测电池片3上的温度分布，并将数据实时传输给控制单元，控制单元根据温度数据和预设的控制逻辑，动态调整开关阀13的状态，以优化流体流动和电池板的冷却效果。当光伏系统开始运行，控制单元激活微型泵，开始将流体从流体供应单元通过管道输送到微流体网络层7的总进口端10。接着流体进入引流槽12，先是由此被均匀地分配到各个流体通道8，再根据检测到电池板的某个区域温度升高（热点）时，流体控制系统可以调节流体流动，以优先向这些区域输送更多的冷却流体。这些阀门由控制单元根据温度传感器的数据动态控制，以调节流体流量和分布。流动的流体在经过电池片3时吸收热量，从而降低电池片3的温度，这有助于保持电池板在最佳工作温度，提高其效率和使用寿命。然后，带有热量的流体从流体通道8的总出口端11流出，进入热交换器。在热交换器中，流体的热量被转移到热水供应系统，用于加热水，提供热水供应。热量释放后的冷却流体从热交换器返回到流体供应单元，准备重新被加压和循环使用。
这个微流体网络层7的设计充分结合了智能控制、热量有效管理和资源循环利用的原理，通过精密的温度监控和流体流动控制，系统不仅提高了电池板的性能和稳定性，还实现了热量的高效利用，符合光伏热电联供的设计目的。
微流体网络的设计不仅仅可进行冷却和加热，还可以在不影响光伏板光吸收的情况下最大化其热管理效能。在冬天时，流体的流动还可保护电池片3出现冻结，防冰结的功能可以通过在较低温度下增加流体循环的频率来实现，防止在冷环境中电池板上形成冰层。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例提出了一种带有调控板的流体通道。
如图4所示，在透明导流片9的上端设置有缺口，缺口处的上端设置有可左右转动的调控板14，调控板14在水平方向的转动幅度为相邻两片透明导流片9之间的距离。调控板14间隔设置于数个相邻排布的透明导流片9上，即第一块透明导流片9的缺口不设调控板14、第二块透明导流片9的缺口处设置有调控板14，以此类推，并且调控板14由控制单元无线控制。
当电池板的某一侧（或某个区域）需要更多的冷却流体时，控制单元指令调控板14向该方向引导其他流体通道8的流体流向该处。通过实时监测电池板的温度数据，调控板14可以动态地调整流体分配，确保热点区域得到充分的冷却。调控板14可以部分或完全改变流体在通道内的流向，允许灵活地增加或减少特定区域的流体流量。
调控板14的设置允许流体在电池板的特定区域集中调节温度，适用于不均匀发热的情况。优选的，对于电池板中容易发热的区域，如接线盒附近或电池连接点，可以适当增密通道布局，以加强这些区域的热管理。特别关注电池板中容易发热的区域，例如接线盒附近、电池连接点或任何已知的热点区域，在这些区域放置更多的传感器可以提供更详细的温度数据。
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 (7)
1.一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，包括钢化玻璃（1）、第一EVA膜（2）、电池片（3）、第二EVA膜（4）、背板（5）及铝边框（6），所述钢化玻璃（1）、第一EVA膜（2）、电池片（3）、第二EVA膜（4）及背板（5）经抽真空层压复合后采用铝边框（6）进行固定，其特征在于：所述第一EVA膜（2）与电池片（3）之间设置有微流体网络层（7），所述微流体网络层（7）包括流体、流体通道（8）及流体控制系统，所述流体通道（8）设置有数个，数个流体通道（8）由若干组贴覆于电池片（3）表面的透明导流片（9）构成，若干组所述透明导流片（9）纵向排布且在电池片（3）的上下两端分别形成总进口端（10）和总出口端（11），所述流体控制系统包括控制单元、微型泵、微型温度传感器和流体供应单元，所述流体供应单元通过微型泵与流体通道（8）的总进口端（10）接通，所述总出口端（11）外接有热交换器，所述热交换器的另一端与流体供应单元连通，所述微型温度传感器设置于电池片（3）上，所述控制单元分别与微型泵、微型温度传感器和流体供应单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，其特征在于：所述流体通道（8）的上端设置有与总进口端（10）连通的引流槽（12），所述引流槽（12）与任意一组流体通道（8）的连通处设置有开关阀（13），所述开关阀（13）与控制单元无线连接。
3.根据权利要求1所述的一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，其特征在于：所述电池片（3）上集成有数个用于实时监控热分布的微型温度传感器，数个微型温度传感器与数个流体通道（8）的数量对应，且分别设置于数个流体通道（8）中。
4.根据权利要求1所述的一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，其特征在于：所述热交换器连接有热水供应系统，所述流体通过热交换面与热水供应系统中的水导热传递。
5.根据权利要求1所述的一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，其特征在于：所述透明导流片（9）的宽度范围为20-30μm，深度范围为20-30μm，任意一组流体通道（8）的宽度范围为100-150μm。
6.根据权利要求5所述的一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，其特征在于：所述透明导流片（9）的材质为聚二甲基硅氧烷材质。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种光伏热电联供用真空层玻璃组件，其特征在于：所述流体的材质为水基凝胶或聚合物凝胶中的一种。
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