CN205403207U - 一种太阳能光伏光热一体化的集能系统 - Google Patents

一种太阳能光伏光热一体化的集能系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种太阳能光伏光热一体化的集能系统,包括:至少一个集能装置,所述集能装置包括一用于光电转换的光伏单元;一用于光热转换的光热单元,其包括至少一层呈格栅状的集热板,所述集热板内的每个格栅均呈纵向贯通,以限定与各格栅相对应的多个弧状容纳空腔;其中,所述光伏单元设置在光热单元的一侧表面,所述集热板的容纳空腔通过水循环机构进而与蓄水机构连接,所述光伏单元与蓄电机构连接进而构成集能系统。本实用新型提供一种太阳能光伏光热一体化的集能系统,其能够适用于大规模地安装应用,具有轻便、易维护,同时有意识地降低供水温度,以低温供暖作为主要目标,具有技术适应性强,成本可控,实用效果好的效果。

Description

一种太阳能光伏光热一体化的集能系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种在可再生能源利用情况下使用的集能系统。更具体地说,本实用新型涉及一种用在太阳能利用在供应建筑物用能或农业生产清洁能源情况下的光伏光热一体化的集能系统。
背景技术
[0002]目前太阳能利用总的分为两大方式:一是太阳能光伏技术,将太阳能的辐射能量转化为电能,再转化为常规电力系统所采用的交流电,并用以补充各类电气设备。其中又分为多晶硅、单晶硅和非晶硅,以及光伏电池板和薄膜电池等类技术;二是太阳能光热技术,将太阳能的辐射能量转化为热能,并继续加以利用,从而取代其它类型不可再生能源用于发热的应用,除此而外还有各类跨界技术,如太阳能光热发电技术,利用太阳能聚焦产生的高热制备蒸汽,并进一步驱动蒸汽轮机发电;太阳能热风驱动发电技术,利用太阳能造成的高温空气直接驱动发电机发电等;太阳能光电光热一体化(PVT--Photo voltage/
thermal col lector)技术:在太阳能光伏装置上增加利用空气或液体循环通道,通过空气或液体循环带走太阳能光伏板接受阳光所产生的热量。现有的PVT类装置大多处于实验室研究阶段,尚无成熟产品推广。
[0003]目前相关实验装置主要有以下两种方式:一是采用空气收集热量一一在光伏板的背部设置空气通道,通过自然或机械方式在通道中流通空气,使得照射到太阳能收集器上的热量在经过光电转换后继续加热通道内的空气,并在冬季通过空气将所收集的热量带到室内,作为室内加热用,在夏季则将空气排入周边,在收集热量的同时,也给光伏板带来了降温的效果,使得光伏板能保持在较为有利的温度,提高光伏板的发电能力;二是采用管路系统收集热量:通过在光伏板的背部设置液体通道(主要采用水作为媒体)收集热量。该方案得到的是被加热的液体(水)。由于液体换热所需要的水管系统体积较小,且被加热的水较易输送、储存和交换,与空气相比可以更加方便的应用,或者还有组合式,将上述技术组合成为一套,既采用空气、也采用水的方式。
[0004]但上述方式的虽然原理均无问题,但却有以下不足:
[0005]其一,上述换热技术为用于其它如供热通风类场合的常规技术手段,在温差较大的场合,上述技术均无问题。但在用于光伏光热一体化的场合,则遇到了完全不同的特性需求:太阳能属于低密度能源,尽管单位平米的能量可达到1000W,但却是完全的短波辐射,通过光伏板接收能量并升温的过程与常规管材在温差较大的对流情况下换热有极大的换热机理差别。而上述的技术方式并不适用于辐射换热。对空气而言,完全靠辐射加热空气的效果极差,空气被加热完全靠大量长时间辐射造成光伏板升温,再通过传导/对流转给空气,传输效率并不高;对水而言,由于采用常规的水系统方式(盘管)无法以较高的密度覆盖光伏板的反面,造成了光热接收面积仅为光伏接受面积的极小部分,同样由于面积过小,能够接受导热和辐射的面积同样不足以大量地接收太阳辐射热量及有光伏板所传递的热量。
[0006]其二,太阳能收集器本身的构造、重量、尺寸、接管等一系列配合技术则成为了上述方式的局限,使得原本已非常复杂的太阳能光伏设备变得更加复杂。尤其是遇到太阳能建筑一体化的需求时,简便轻捷耐用低成本成为了该技术的最基本要求。
[0007]其三,所采用的材料多为金属类,由于目前太阳能光伏电池已向薄膜电池方向发展,力求轻薄柔软,而现有的集热方法却仍然是笨大厚重的方案,给太阳能建筑一体化带来了不便。
[0008]另外,目前常用的太阳能热水装置,其使用目的为建筑物内的生活或生产所需热水,如洗浴、清洁、加热等。其工作原理为采用合适的面积接收太阳能,将所接受到的太阳能转化成为热能,并通过热水将热能传送到储存设备或用户,其结构为平板式和管式两大类。其中平板式采用金属盘管作为热媒通道,通过各类增强方式使得摄入的太阳能最大限度地转化成为加热通道中热水的热能;管式采用真空玻璃管作为接收单元,在管内通过水流或进一步嵌入金属管,采用过流式或热管式原理进一步提高其热量转化效率。
[0009]上述技术的局限性在于主要以生活用水为目标,故将最终所需的水温定为55°C-60°C,而因此不得不采用代价较大的设备结构形式来提高热能转换后的热媒温度。因此带来了入射阳光转换效率受限、设备结构复杂,从而带来设备笨重、成本过高等缺憾。而在需要较低水温的场合,尤其是对于冬季供暖设备如地暖系统的供水,仅需要35°C_45°C的水温,上述主要服务于生活热水的设备所提供的水温反而过高,其设备代价、安装局限等不足便相当明显。
[0010]而从中国的能源结构来看,目前的供暖仍然还是以燃煤为主,其尽管经过了数十年的能源结构改革、各类新型技术的引进,仍然无法将燃煤总量有效控制,而燃煤造成的各类环境问题,如污染、碳排放、PM2. 5等,更是成为了中国经济发展的重大障碍;再加上中国南方地区多年来争议的“南方供暖”,以及在现代农业中急速增加的农业能耗中的冬季植物生长环境温度控制需求,均在呼唤一种能够大面积取代现有化石能源、同时性价比与现有技术有较大优势的太阳能低温供热设备问世。
实用新型内容
[0011]本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优点。
[0012]本实用新型还有一个目的是提供一种太阳能光伏光热一体化的集能系统,其能够适用于大规模地安装应用,具有轻便、易维护,同时有意识地降低供水温度,以低温供暖作为主要目标,从而以一种“经济适用”的方式来大规模地解决供暖的能耗问题,具有技术适应性强,成本可控,实用效果好的效果。
[0013]为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点,提供了一种太阳能光伏光热一体化的集能系统,包括:
[0014]至少一个集能装置,所述集能装置包括一用于光电转换的光伏单元;
[0015] —用于光热转换的光热单元,其包括至少一层呈格栅状的集热板,所述集热板内的每个格栅均呈纵向贯通,以限定与各格栅相对应的多个弧状容纳空腔;
[0016]其中,所述光伏单元设置在光热单元的一侧表面,所述集热板的容纳空腔通过水循环机构进而与蓄水机构连接,所述光伏单元与蓄电机构连接进而构成集能系统。
[0017]优选的是,其中,所述光伏单元为采用单晶硅、多晶硅或非晶硅中的任意一种材料制成的太阳能电池板。
[0018]优选的是,其中,所述光伏单元为薄膜太阳能电池。
[0019]优选的是,其中,所述集热板为采用透光高分子材料制成的塑料板。
[0020]优选的是,其中,所述蓄水单元包括冷水池和热水池,所述水循环机构包括分别连接至冷水池、热水池的第一干管、第二干管,所述第一干管通过分别设置在各容纳空腔内的支管进而与第二干管连通。
[0021]优选的是,其中,所述集热板内的格栅包括三层,所述支管均设置在中间层的格栅内,进而使得上下层的格栅分别构成隔热空腔。
[0022 ]优选的是,其中,所述第一干管、第二干管内部通道截面面积为支管内部通道截面面积的3-5倍以上,所述第一干管、第二干管壁厚为支管壁厚的2倍以上。
[0023]优选的是,其中,所述支管采用添加了黑色素的高分子材料制成。
[0024]优选的是,其中,所述集热板与光伏单元相对的一侧表面设置有用以反射光线及红外线的高分子反射膜。
[0025]优选的是,其中,还包括控制单元,所述集热板上设置有与控制单元连接的热传感器,所述水循环机构管路上设置有与控制单元连接的水栗、电磁阀,所述蓄水单元与外部供暖设备连接,进而构成集能供暖循环系统。
[0026]本实用新型至少包括以下有益效果:本实用新型集能系统,其采用光热单元进行热能收集后的水温尽管较低(35—一50°C),无法应用于生活热水如洗浴、洗涤场合60°C ),以及制造过程如加热、消毒场合,但相比之下,较低的水温完全适用于室内供热如地暖的需求,同时由于其降低了搜集温度和运行温度,进而使得该系统具有以下优势:
[0027]其一,集热效率高,传统集热器由于需要提供能量品位相对较高的热量,故采用各类手段对入社的太阳能进行富集,形成高温热媒,这个过程中仅有部分入射能量成为高温热媒所携带的热量,而其余部分则无法形成足够而被放弃;本实用新型的技术由于所需要转换的热量品位较低,其预计最终的转化效率差别应在15-30%之间,故集热器的转换能力/效率得以提尚。
[0028]其二,热损失小,传统的通过集热单元所搜集起来的热量,与周边环境存在着较大的温差,而且越冷的天气温差越大;而温差的存在将引起热损失,即所搜集到的热量将再次向周边环境散失,为减少该部分的损失,高温系统不得不采取大量的保温措施,而集热器本身向周边的损失则无法避免;低温型集热器则自始至终不牵涉到高温工况,故保温要求较低,热损失相应的减少,其预计该部分的损失相比传统高温型系统少约10-15%。
[0029]其三,减少高温风险,常规集热器在高温情况下经常出现水温过高、以致造成各类危害的风险,如水温过高出现的系统内大量蒸汽产生并造成系统破裂、或由于保温不善造成系统管路周边的建筑材料受损甚至人员烫伤等;而低温系统的最高水温也仅有约50°C,为人体可承受范围,也对各类建筑材料不产生伤害,故其安全性大幅度提高。
[0030]其四,减少设备系统故障,由于高温造成的内部高压,进而引起系统泄漏,尤其在热量需求大幅度减少,而太阳能照射则更为强烈的夏季,该问题造成的系统故障极为普遍;而低温系统由于本身不具备形成高温高压的能力,故在夏季也不会出现系统故障。
[0031]其五,减少水系统故障及保养,由于高温造成的钙镁离子形成水垢,进而引起系统水环路各类故障,由此所引起的各类维护成本和损失难以估量;而低温系统由于其工作温度远低于钙镁离子形成水垢的温度,故该问题将不再困扰。
[0032]其六,重量轻,传统太阳能集热器由于采用了铜管与玻璃管两种材料,造成了设备整体重量较重的问题。对于轻型屋顶和农业温室、大棚等场合,完全无法承受其自重;本实用新型所采取的各主要材料均为比重轻于水的高分子塑料材料,故其自重将可能不到传统集热器设备的1/2-1/3,因此该设备将不但能够适应几乎各类轻质屋顶,也可以更加简便地安装在建筑墙面上,由于该集热器的超薄结构,甚至可以成为墙体的一个组成部分,并将墙体的入射能量有效地组织起来,在冬季用于室内供热,在夏季又可成为外围护结构的一个屏障,阻隔了由太阳能形成的日照负荷进入室内。
[0033]其七,制造能耗低、成本低,由于玻璃及铜的制造能耗均为较高的状态,故在制造中所耗费的能耗极为可观,而采用高分子材料制造相应设备,其制造工工艺简单,能耗较低;从目前的材料成本角度分析,属于有色金属的铜材料成本一直远高于塑料,而应用于太阳能集热器的玻璃成本也远高于普通应用场合的玻璃,特殊成型的真空玻璃管成本也远高于对应的塑料,而本实用新型采用塑料所制造的集热器,其成本应为传统集热器的一半以下。
[0034]其八,使用寿命长,尽管玻璃的化学稳定性较好,但由于其易碎的特性,实际使用寿命并不很理想,而铜管由于化学性能活跃,其可期待寿命也仅有15年左右;而采用了抗老化、防腐蚀和耐紫外线各类添加剂的高分子塑料,其理论寿命为50年以上,在恶劣条件(阳光曝晒/严寒低温)环境下,所可期待的寿命也应为25-30年。
[0035]其九,材料环保,传统太阳能集热器所采用的玻璃和铜材料均不属于环保型材料,其中铜材是在各类绿色环保建筑体系中要求尽量减少用量的,而玻璃尽管理论上有再回收的可能性,但其冶炼能耗高,成本也同样远高于塑料。两种材料在制造过程中均将产生各类大量的环境污染;而本实用新型几乎全塑的构造,决定了该产品的环保特性,制造中能耗较低、无污染,回收后的废旧设备可简单地回收再利用(塑料回收料)由于对于用途进行了重新定义,即将低温供暖这个量大面广,而对水温要求较低的目标进行了针对性方案设计,故其技术适应性和经济性方面均将带来完全能不同的效果。
[0036]本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0037]图I为本实用新型的另一个实施例中太阳能光伏光热一体化的集能系统中集能装置的截面结构示意图;
[0038]图2为本实用新型的另一个实施例中太阳能光伏光热一体化的集能系统中集能装置的另一种截面结构示意图;
[0039]图3为本实用新型的另一个实施例中太阳能光伏光热一体化的集能系统中集能装置的透视结构示意图;
[0040]图4为本实用新型的一个实施例中太阳能光伏光热一体化的集能系统的连接结构示意图。
[0041]图5为本实用新型的另一个实施例中太阳能光伏光热一体化的集能单元中集能翅片的结构示意图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0043]应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0044]图1-2示出了根据本实用新型的一种太阳能光伏光热一体化的集能系统的实现形式,其中包括:
[0045]至少一个集能装置I,所述集能装置包括一用于光电转换的光伏单元10;
[0046] —用于光热转换的光热单元11,其用于兼顾集热及给光伏降温的功能,使光伏单元尽量保持在效率较高的工作状态,其包括至少一层呈格栅状的集热板12,所述集热板内的每个格栅均呈纵向贯通,以限定与各格栅相对应的多个弧状容纳空腔13,其格栅的排列可以是单层,也可以是多层,其通过在光伏板的背部设置容纳空腔以构成液体通道(主要采用水作为媒体)收集热量,以得到的是被加热的液体(水),且由于液体换热所需要的水管系统体积较小,且被加热的水较易输送、储存和交换,与空气相比可以更加方便的应用,具有更好的适应性和实用性,
[0047]其中,所述光伏单元设置在光热单元的一侧表面,所述集热板的容纳空腔通过水循环机构2进而与蓄水机构3连接,以在集热板内构成与上层光伏板形状接近的一层液体流通层,使得其既可为光伏单元提供很好的冷却功能,实现光伏单元在强烈阳光下的发电效率保持较高的水准,同时也加热了循环水,使得该部分热量能充分收集并再次加以利用,具有节能环保,可实施效果好,适应性强,稳定性好的效果,所述光伏单元与蓄电机构(未示出)连接进而构成集能系统。采用这种方案将上述技术特征相组合以构成一套光伏光热一体化的集能系统,突破了目前以空气收集热量的低效率和笨重的结构,以金属管加翅片式的疏松结构同样的低效率和高成本方式,其光热部分既采用空气、也采用水的方式进行集热和为光伏电池降温,具有成本可控,质量较轻,稳定性好,适应性强,实用性强,集热效果好的有利之处。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0048]在另一种实例中,所述光伏单元为采用单晶硅、多晶硅或非晶硅中的任意一种材料制成的太阳能电池板。其用于将太阳能的辐射能量转化为电能,再转化为常规电力系统所采用的交流电,并用以补充各类电气设备,但作为光伏单元的上层的光伏电池其与光热单元须以紧密方式的进行结合,尽量使得两层之间无间隙接触,以使其达到更好的集热效果。采用这种方案对可再生资源进行利用,具有节能环保,可实施效果好的有利之处。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0049]在另一种实例中,所述光伏单元为薄膜太阳能电池。其作为上层的光伏单元如果为柔性的薄膜结构,光热单元层必须应当有同样的柔性特征,以使太阳能光伏光热一体化设备具有柔软轻薄的特征,可以像席子一般地在屋顶上铺设,也可以在外墙面上铺设。相比于目前试验中的各类PVT,该实用新型的厚度应当在不超过50_的厚度之内,如不考虑保温材料,整体厚度仅为20mm,最薄处(光伏光热转化面积部分)能控制在6-8mm之内,整个收集器的重量也大为减轻,单位面积重量应不超过IOOOg(含水)。采用这种方案具有质量可控,稳定性好,可实施效果好的有利之处。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0050]在另一种实例中,所述集热板为采用透光高分子材料制成的塑料板。其作用在于为适应室外长期太阳曝晒,其需要有足够的高温承受能力(100°c以上)及耐紫外线、耐老化能力,该材料应当采用耐高温基材,如耐温型聚乙烯(PE-RT),并采用具有防紫外线、防老化添加剂的高分子材料,以延长使用寿命。采用这种方案具有使用稳定性好,适应性强,质量轻,成本可控的有利之处。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0051 ] 如图I、4所示,在另一种实例中,所述蓄水单元包括冷水池30和热水池31,所述水循环机构包括分别连接至冷水池、热水池的第一干管20、第二干管21,所述第一干管通过分别设置在各容纳空腔内的支管22进而与第二干管连通。其在设置时,可将各容纳腔均设置为具有集热的支管,也可以根据需要进行间隔设置,使其具有低成本、高效率的集热效果,所述支管为高分子塑料毛细管,并通过网栅技术在高分子塑料毛细管两端各与一根第一干管、第二干管既分/集水管熔接成一体,形成一个网栅式单元,分/集水管的形状可以是圆形或其它形状,采用了高分子塑料管作为水流通道,多层通道空心透明塑料板作为结构,并通过将高分子塑料管成排地熔焊在分集水管上的方式形成集热单元模块,并最终通过将集热单元模块分别连接的方式形成整片的太阳能集热系统,采用这种方案具有可实施效果好,可靠性好,适应性强,质量可控,成本可控的有利之处。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0052]如图I或2所示,在另一种实例中,所述集热板内的格栅包括三层,所述支管均设置在中间层的格栅内,进而使得上下层的格栅分别构成隔热空腔14。采用这种方案利用多层空心板所造成的独特结构,将传统的空气或水集热方式进行综合利用,使之一体化,兼具了集热和为光伏单元降温的双重功效,且质量可控,成本可控,稳定性强,进一步提高塑料管的集热能力的有利之处。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0053]在另一种实例中,所述第一干管、第二干管内部通道截面面积为支管内部通道截面面积的3-5倍以上,所述第一干管、第二干管壁厚为支管壁厚的2倍以上。采用这种方案使其具有可实施效果好,适应性强,稳定性好,质量可控的有利之处。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0054]在另一种实例中,所述支管采用添加了黑色素的高分子材料制成。采用这种方案的高分子材料应具有吸热能力较强的特性,其添加了黑色素以增加吸收率,其作用在于为了更好的吸收阳光,且同时因为采用高分子材料替代传统的金属材料及玻璃作为基本材料,制作作为太阳能集热装置的集热部分,从而使得该设备具有较高的普及推广潜力并转化成为热能,而高分子材料的运用,本身也将使得该设备的材料成本、制作能耗、制作成本得以有效控制,使用寿命也可以得到较大的改善的有利之处。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0055]如图I或2所示,在另一种实例中,所述集热板与光伏单元相对的一侧表面设置有用以反射光线及红外线的高分子反射膜4。采用这种方案在空心板的底部贴附反射材料,形成反射层,用于将穿透空心板材的阳光反射回空心板材内部,让其中的高分子塑料管再次吸收热量,使得未被吸收而透过空心板的阳光会被二次吸收,从而再一次提高塑料管即整个集热单元板的吸收效果,所述反射膜为镭射膜或者镀铝膜,以使其具有更好的反射集热效果,具有可实施效果好,稳定性强,实用性强的有利之处。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0056]如图1、4所示,在另一种实例中,还包括控制单元,所述集热板上设置有与控制单元连接的热传感器15,所述水循环机构管路上设置有与控制单元连接的水栗23、电磁阀24,所述蓄水单元与外部供暖设备5连接,进而构成集能供暖循环系统。采用这种方案中的集热单元可利用阳光下材料接受日照,部分光能转化为热能的原理,应用特制的高分子材料做成转化能力较强的塑料管,外部接收照射,内部通过水流通道将所收集的热量输送到所需要的地方,具有节能环保,可实施效果好的有利之处。另外其采用控制单元对整个集能系统进行控制,具有自动化程度高,可实施效果好,利用率高的有利效果。并且,这种方式只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本实用新型时,可以根据使用者需求进行适当的修改和替换。
[0057]本实用新型的集能系统,采用高性价比的太阳能集热装置,通过采用非金属材料制作超轻薄设备,从而代替现有各类贵金属及玻璃管太阳能热水装置,用于提供温度相对较低的热水,用于在建筑中加热室内温度以减少常规能源的消耗,或用于在农业中向温室及大棚提供冬季供热,以保护植物的生长。
[0058] 实施例I:
[0059] 一、材料准备
[0060] 1、集热单元规格设置为600*1200mm,故带通道空心集热板厚度设置为5mm,内部格栅的通道截面积为5*5mm,集热板材料为透明色的PC碳酸聚酯空心板材。
[0061] 2、用作支管的塑料管外径设置为4mm,壁厚为1mm,用作第一干管、第二干管的分/集水管外径被设备为20mm,壁厚为2mm,塑料管材料为加各类添加剂的PE-RT,且颜色被设置为炭黑色。
[0062] 二、制作集热板
[0063]作为支管的塑料管间距被设置为20mm,每隔20mm占用一个空心集热板的一个通道,然后将其两端分别熔焊在第一干管、第二干管上,以构成一个集热单元,第一干管、第二干管的两端可用于相互连接形成集热系统。
[0064]三、制作光伏光热一体化系统
[0065]在集热单元的一侧粘接薄膜太阳能电池,另一侧粘贴反射膜,进而构成光伏光热一体化系统。采用这种方案的实施例得到的集热系统,具有厚度小,质量轻,适应性好,实施效果好,成本可控的优点。
[0066] 实施例2:
[0067] 一、材料准备
[0068] 1、集热单元规格设置为1000*2000mm,故带通道空心集热板厚度设置为18mm,中间通道呈三层蜂窝状,以使其每个格栅通道可容纳6mm塑料管穿透,集热板材料为透明色的PC碳酉交聚酷空心板材。
[0069] 2、用作支管的塑料管外径设置为6mm,壁厚为I. 2mm,用作第一干管、第二干管的分/集水管外径被设备为25mm,壁厚为2. 5mm,塑料管材料为加各类添加剂的PE-RT,且颜色被设置为炭黑色。
[0070] 二、制作集热板
[0071]作为支管的塑料管间距被设置为20mm,每隔20mm占用一个空心集热板中间层的一个通道,然后将其两端分别熔焊在第一干管、第二干管上,以构成一个集热单元,第一干管、第二干管的两端可用于相互连接形成集热系统。
[0072]三、制作光伏光热一体化系统
[0073]在集热单元的一侧安装有单晶硅太阳能电池板,另一侧粘贴反射膜,进而构成光伏光热一体化系统。采用这种方案的实施例得到的集热系统,其通过空气和液体两种方式对光伏单元进行散热,同时实现集热功能,具有质量轻,适应性好,实施效果好,成本可控,稳定性强的优点。
[0074] 实施例3:
[0075] 一、材料准备
[0076]如图5所示,集热单元中的集热板采用内部具有多个呈纵向分布弧状凹槽60的集热翅片6进行替换,其规格设置为600*1200mm,所述弧状凹槽的截面积被设置为5*5mm,集热翅片材料为透明色的PC碳酸聚酯。
[0077] 2、用作支管的塑料管外径设置为4mm,壁厚为1mm,用作第一干管、第二干管的分/集水管外径被设备为20mm,壁厚为2mm,塑料管材料为加各类添加剂的PE-RT,且颜色被设置为炭黑色。
[0078] 二、制作集热板
[0079]作为支管22的塑料管间距被设置为20mm,每隔20mm占用一个空心集热板的一个通道,然后将其两端分别熔焊在第一干管、第二干管上,以构成一个集热单元,第一干管、第二干管的两端可用于相互连接形成集热系统。
[0080]三、制作光伏光热一体化系统
[0081]在集热翅片的相邻弧状凹槽之间粘接薄膜太阳能电池10,反面粘贴反射膜4,进而构成光伏光热一体化系统。采用这种方案的实施例得到的集热系统,具有厚度小,质量轻,适应性好,实施效果好,成本可控的优点。
[0082]综上,本实用新型具有以下效果:
[0083]本实用新型的出发点就是提供一种新型的太阳能光伏光热一体化装置设计,该设计将解决太阳能建筑光伏光热一体化的效率及性价比,并以实用为目标,采用便于制造、安装及推广的结构及配件。
[0084]该设计首先针对太阳能光伏技术目前转化效率不高的现状,采用光伏光热一体化的原理。但对于光热部分突破目前以空气收集热量的低效率和笨重的结构、和以金属管加翅片式的疏松结构同样的低效率和高成本方式,采用低成本、高效率的塑料毛细管网栅技术来提供集热和为光伏电池降温的功能。
[0085]该实用新型主要针对目前有较大前景的薄膜光伏装置设计了具有同样柔软并致密的塑料毛细管网栅液体冷却层该冷却层可以用于加热水,同样也可以流经溶液。由于塑料材料的耐辐射特征,可以经受住各类带有腐蚀性的溶液。
[0086] 通过采用能够耐太阳能高温(80 0C-IOO0C)及低温(-40 °C)的塑料材料,如PERT 11型材料来制造塑料毛细管网栅,使其具有耐高低温能力,并在制造工艺中与光伏电池板通过强力耐高温的胶黏剂或其它工艺结合成为一体化的装置。
[0087]该实用新型所设计的光伏光热一体化设备将具有柔软轻薄的特征,可以像席子一般地在屋顶上铺设,也可以在外墙面上铺设。相比于目前试验中的各类PVT,该实用新型的厚度应当在不超过50mm的厚度之内。如不考虑保温材料,整体厚度仅为20mm。最薄处(光伏光热转化面积部分)应能控制在6-8mm之内。整个收集器的重量也大为减轻,单位面积重量应不超过IOOOg(含水)。
[0088]该实用新型可为光伏电池提供很好的冷却功能,使得光伏电池在强烈阳光下的发电效率保持较高的水准。同时也加热了循环水,使得该部分热量能充分收集并再次加以利用。根据结构推算,其中光伏部分应在12%_15%之间,且在室外温度偏高时能基本保持;光热部分由于兼顾给光伏降温的功能,不能最求水温过高的技术(如热管技术、真空管技术),故水温将限制在50°C — 60°C之间。该水温直接作为生活热水可以满足需求,并且可以用于冬季地暖供热。
[0089]对于大面积铺设光伏光热一体化的场合,如发电部份考虑上网或采用蓄电池储能,为保证设备的发电能力,多余的热量将可以通过蓄热设备储存起来,或利用冷却塔散到空气中,以保证光伏的发电效率。
[0090]这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的太阳能光伏光热一体化的集能系统的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0091]尽管本实用新型的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用的领域。对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本实用并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1. 一种太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,包括: 至少一个集能装置,所述集能装置包括一用于光电转换的光伏单元; 一用于光热转换的光热单元,其包括至少一层呈格栅状的集热板,所述集热板内的每个格栅均呈纵向贯通,以限定与各格栅相对应的多个弧状容纳空腔; 其中,所述光伏单元设置在光热单元的一侧表面,所述集热板的容纳空腔通过水循环机构进而与蓄水机构连接,所述光伏单元与蓄电机构连接进而构成集能系统。
2.如权利要求I所述的太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,所述光伏单元为采用单晶硅、多晶硅或非晶硅中的任意一种材料制成的太阳能电池板。
3.如权利要求I所述的太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,所述光伏单元为薄膜太阳能电池。
4.如权利要求I所述的太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,所述集热板为采用透光高分子材料制成的塑料板。
5.如权利要求I所述的太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,所述蓄水单元包括冷水池和热水池,所述水循环机构包括分别连接至冷水池、热水池的第一干管、第二干管,所述第一干管通过分别设置在各容纳空腔内的支管进而与第二干管连通。
6.如权利要求5所述的太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,所述集热板内的格栅包括三层,所述支管均设置在中间层的格栅内,进而使得上下层的格栅分别构成隔热空腔。
7.如权利要求5所述的太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,所述第一干管、第二干管内部通道截面面积为支管内部通道截面面积的3-5倍以上,所述第一干管、第二干管壁厚为支管壁厚的2倍以上。
8.如权利要求5所述的太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,所述支管采用添加了黑色素的高分子材料制成。
9.如权利要求I所述的太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,所述集热板与光伏单元相对的一侧表面设置有用以反射光线及红外线的高分子反射膜。
10.如权利要求I所述的太阳能光伏光热一体化的集能系统,其特征在于,还包括控制单元,所述集热板上设置有与控制单元连接的热传感器,所述水循环机构管路上设置有与控制单元连接的水栗、电磁阀,所述蓄水单元与外部供暖设备连接,进而构成集能供暖循环系统。
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