CN201623170U - 复合抛物面型光伏热水集热器 - Google Patents

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裴刚
季杰
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Abstract

本实用新型涉及复合抛物面型光伏热水集热器。该集热器包括曲面反射镜和光伏吸收体；曲面反射镜横截面为W型，其两侧的曲面为抛物面，其底部内弯处的两侧曲面为圆渐开线曲面，抛物面与圆渐开线曲面连接处光滑过渡；光伏吸收体的U型管位于两层电池板之间，U型管与两层电池板之间填充设有热绝缘材料；两层电池板的外侧面分别均布设有三路光伏电池，两层光伏电池之间为并联；光伏吸收体水平位于曲面反射镜中部两侧圆渐开线曲面连接处。本实用新型能同时产生电力和热水，提高了光伏电池的效率及低倍聚焦中太阳能的利用率，不需要跟踪，使用方便；充分利用了光线的反射，提高了低倍聚光下太阳能的利用率。

Description

复合抛物面型光伏热水集热器
技术领域
本实用新型涉及太阳能利用领域，确切地说是复合深槽抛物面型低倍聚焦下的光伏热水集热器。
背景技术
一方面，复合抛物面型聚光器CPC(Welford and Winston，1978)是一种依据边缘光线原理设计的低聚光比非成像聚光器，可将接受角范围内的入射光线按理想聚光比收集到吸收体上。温斯顿(Winston)等指出了CPC作为太阳能集热器的潜力。而低聚光比(小于3)的复合抛物面型聚光器(CPC)有着极大的实用性，它们不需要追踪太阳轨迹即可接受较大角度范围内的入射光并进行聚集。瑞博尔(Rabl)给出了复合抛物面型聚光器(CPC)的光学和热学性质的分析方法，在对几种复合抛物面型聚光器(CPC)评估中，指出带有平板或圆柱型吸收体的非真空固定复合抛物面型聚光器(CPC)集热器经济性能良好。由于复合抛物面型聚光器(CPC)太阳能聚焦器有诸多独特的优点，地面上已经广泛应用于热水、供暖、与太阳能光催化废水处理、太阳能光伏发电等领域。
另一方面，将光伏和光热综合利用，是太阳能利用的一个重要方面。光伏发电效率可以达到15％，而复合抛物面型聚光器(CPC)光热利用可以达到55％左右，因此综合利用已经成为了一个趋势。但是当前关于低倍聚光的复合抛物面型聚光器(CPC)光伏光热利用还比较少见。其中一般反射镜采用抛物线型，吸收体上面一层为光伏电池，下面焊接一根水管或盘管，例如玛丽亚布罗格伦(Maria Brogren)提出的结构，这种光伏光热综合利用的方式会由于聚光比的增大或夏天光照强度的增大依然会一定程度上导致光伏电池发热，从而导致发电效率和使用寿命的下降；同时虽然水管或盘管起到了一定的降温作用，但采用的是直管，由于水温的不断上升，集热器进口和出口的水温存在明显的温差，从而无法保证吸收体上光伏电池在同一相近温度下工作，导致整个光伏效率的下降。
实用新型内容
为了解决玛丽亚布罗格伦结构存在的无法保证吸收体上光伏电池在同一相近温度下工作，导致整个光伏效率下降的问题，本实用新型提供一种新结构复合抛物面型光伏热水集热器。
实现上述目的的技术解决是这样的：本实用新型中引进了反射镜采用抛物线型和圆渐开线型相结合的方式，吸收体为上下面两层光伏电池，同时采用U型管冷却，这样在同等聚光比下大大减少了电池的工作温度，进一步提高了光伏发电效率和电池的使用寿命。
具体结构设计方案如下：
复合抛物面型光伏热水集热器包括曲面反射镜和光伏吸收体；
所述曲面反射镜横截面为W型，其两侧的曲面为抛物面，其底部内弯处的两侧曲面为圆渐开线曲面，抛物面与圆渐开线曲面连接处光滑过渡；
所述光伏吸收体包括U型管，U型管位于两层电池板之间，U型管与两层电池板之间填充设有热绝缘材料；两层电池板的外侧面分别均布设有三路光伏电池，两层光伏电池之间为并联；
所述光伏吸收体水平位于曲面反射镜中部两侧圆渐开线曲面连接处。
所述两层电池板均为薄铝板。
所述三路光伏电池位置分别间隔位于U型管的中部、两侧。
所述光伏电池两侧面分别设有透明复合氟塑料膜，其外侧的透明复合氟塑料膜上设有玻璃盖板。
所述玻璃盖板材料为透过率大于0.9的高透过率玻璃。
本实用新型与现有技术相比的有益技术效果体现在以下方面：
(1)采用一种带有抛物线和圆渐开线现结合的曲面反射镜与光伏光热相结合的方式，低倍聚焦，不需要跟踪，节约了大量跟踪成本，同时利用太阳能发电和提供热水。
(2)本实用新型复合抛物面型集热器中吸热体部分包括两面电池板，按照光路的反射路径，可以充分利用光能，进一步提高光电光热综合利用效率，其中被抛物线型反射镜反射的光一部分被上层光伏电池吸收，一部分经过圆渐开线反射镜反射被下层光伏电池吸收，这样单位电池发热量较单面电池减少，为进一步提高聚光比提供了可能。
(3)两层电池板分别采用并联的方式，避免了由于光强差异导致的光伏电池效率下降，从而进一步提高发电效率。
(4)两层光伏电池之间激光焊接U型铜管和薄铝板，U型铜管进口和出口在一侧，在降低电池温度制取热水的同时，使吸收体的温度梯度差异较直管要小得多，保证了光伏电池工作温度相近，有利于每块光伏电池保持相近的稳定效率。
(5)U型铜管进出口在一个方向，管道连接方便，减少了排管线路，节约了材料。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图，
图2为本实用新型光伏吸收体结构示意图，
图3为本实用新型工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地描述。
实施例：
参见图1，复合抛物面型光伏热水集热器包括曲面反射镜和光伏吸收体2。
曲面反射镜横截面为W型，且位于框架1内；其两侧的曲面为抛物面3，其底部内弯处的两侧曲面为圆渐开线曲面4，抛物面与圆渐开线曲面连接处光滑过渡。
参见图2，光伏吸收体2包括U型管7，U型管7位于两层电池板8之间，电池板8为薄铝板。U型管7与两层电池板8之间填充设有热绝缘材料5；两层电池板8的外侧面分别均布安装有三路光伏电池6，三路光伏电池6分别间隔位于U型管7的中部、两侧，两层光伏电池6为并联。光伏吸收体2水平位于曲面反射镜中部两侧圆渐开线曲面连接处。
复合抛物面型光伏热水集热器的制作工艺，包括以下步骤：
(1)、制作光伏组件，将光伏电池两侧同时均匀涂满聚乙烯-醋酸乙烯酯EVA，(EthylVinyl Acetate)，再置于两层透明复合氟塑料膜TPT(Tedlar Polyester Tedlar)之间，上层为高透过率玻璃，并将整体置于真空层压机中层压成型，检查中间无气泡方可继续；
(2)、制作吸收体，将U型铜管两侧分别通过激光焊连接两块薄铝板，薄铝板表面涂上选择性涂层，然后在薄铝板表面均匀涂满硅胶，将光伏组件粘贴在上面。
(3)、24小时后，检查光伏组件与薄铝板表面是否粘贴完好，光伏组件是否漏电；然后在两块薄铝板之间，即U型管壁侧填充保温层。
(4)、将光伏吸收体水平固定在曲面反射镜中部两侧圆渐开线曲面连接处。
如图3所示，太阳光经过抛物面3曲面镜反射后一部分直接照射在吸收体的上表面，一部分经过圆渐开线曲面4曲面镜反射照在吸收体的下表面。吸收体上下表面分别贴有光伏电池，部分太阳光被光伏电池吸收，产生电能；大部分转化成热能被U型铜管中的水带走，从而产生热水。一方面，提高了单位接收面积上的太阳能光电/光热综合效率；另一方面，通过流体冷却，降低光伏电池温度，提高其光电效率。
本实用新型曲面反射镜采用抛物面曲线和圆渐开线相结合的方式，经过抛物面曲线发射的太阳光大部分被上层电池吸收，经过圆渐开线曲线反射的太阳光被下层光伏电池吸收，它可以同时产生电力和热水，更好的对光伏电池进行冷却，提高了光伏电池的效率。同时根据复合抛物面的特有结构，设计出了夹带U型管的双层光伏电池结构，充分利用了光线的反射，提高了低倍聚光下太阳能的利用率。

Claims (5)

1.复合抛物面型光伏热水集热器，包括曲面反射镜和光伏吸收体，其特征在于：
所述曲面反射镜横截面为W型，其两侧的曲面为抛物面，其底部内弯处的两侧曲面为圆渐开线曲面，抛物面与圆渐开线曲面连接处光滑过渡；
所述光伏吸收体包括U型管，U型管位于两层电池板之间，U型管与两层电池板之间填充设有热绝缘材料；两层电池板的外侧面分别均布设有三路光伏电池，上下两层光伏电池之间为并联；
所述光伏吸收体水平位于曲面反射镜中部两侧圆渐开线曲面连接处。
2.根据权利要求1所述的复合抛物面型光伏热水集热器，其特征在于：所述两层电池板均为薄铝板。
3.根据权利要求1所述的复合抛物面型光伏热水集热器，其特征在于：所述三路光伏电池位置分别间隔位于U型管的中部、两侧。
4.根据权利要求1所述的复合抛物面型光伏热水集热器，其特征在于：所述光伏电池两侧面分别设有透明复合氟塑料膜，其外侧的透明复合氟塑料膜上设有玻璃盖板。
5.根据权利要求4所述的复合抛物面型光伏热水集热器，其特征在于：所述玻璃盖板材料为透过率大于0.9的高透过率玻璃。
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