CN207320145U - 一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件及阵列 - Google Patents
一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件及阵列 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件及其阵列，聚光光伏光热组件包括非运动跟踪的聚光光伏光热组件主体，非运动跟踪的聚光光伏光热组件主体包括防护腔室,防护腔室内设有散热组件、聚光光学系统和光伏电池阵列；聚光光学系统包括非运动跟踪的反射面，非运动跟踪的反射面将太阳光反射至光伏电池阵列；光伏电池阵列由多个双面电池片和扩散传热连接件组成，双面电池片的正反面接收非运动跟踪的反射面反射的太阳光，扩散传热连接件与散热管道相连接。本申请中的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件具备成本低、效率高、使用寿命长、制造工艺简单、安装维护便利、散热优的特点，并且具有传热介质的热利用功能。
Description
技术领域
本实用新型属于光伏光热发电技术领域，尤其涉及一种可利用太阳能进行发电及热利用的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件及阵列。
背景技术
使用晶硅电池和薄膜电池进行光电转换，为第一、第二代太阳能利用技术，现均已得到了广泛应用。利用光学元件将太阳光汇聚后再进行利用发电的聚光太阳能技术，即聚光光伏(CPV)，被认为是太阳能发电发展趋势的第三代技术。
其中，聚光光伏发电适用于民用发电，使用时，在建筑的外墙或顶部设置聚光光伏装置，聚光光伏装置采集太阳光将太阳能转化为电能，其结构如中国专利CN103456823B、CN103456823B中公开的管状聚光光伏电池组件，太阳光直射或通过反光镜反射到玻璃管内，由聚光光学系统汇聚到光伏电池阵列上，光伏电池阵列将太阳能转化为电能输出，上述结构具有多倍聚光、可靠封装、使用寿命长、散热优以及光能利用率高等优点。
但是，已有的聚光光伏装置中，聚光光伏电池组件均是通过散热处理，将其上的热量散热，以达到降温效果。该部分热量并没有得到充分的利用，且光伏电池的成本占聚光光伏组件成本的比率仍然比较高，组件制造工艺较复杂，如何进一步改进完善成为业内关注的问题之一。
双面电池片是近几年发展起来的新型产品，一般为N型单晶硅材料，其正反面均可接收太阳光，并进行光电转换，其正面转换率可超过21％，背面转换率也可在20％左右。双面电池片输出的正负电极分别在电池片的正反两面，具有双面光利用的能力，即相当于有双倍的接收面积，使得双面电池片的光利用率更高。
因此，根据上述技术问题以及双面电池片的发展现状，现亟需一种可利用双面电池片制成的聚光光伏光热组件及阵列，以解决现有技术中存在的光伏电池的散热不能被利用、制作工艺复杂、成本高等技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，以解决现有技术中存在的聚光光伏装置的热量不被利用，且结构复杂、维护维修不便、制作工艺复杂、成本高的技术问题。
根据本实用新型的一个方面提供一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，包括非运动跟踪的的聚光光伏光热组件主体，所述聚光光伏光热组件主体包括防护腔室，所述防护腔室内设有散热组件、聚光光学系统和与所述聚光光学系统对应设置的光伏电池阵列；
所述聚光光学系统包括非运动跟踪的反射面和涂覆于所述非运动跟踪的反射面上的反射层，所述非运动跟踪的反射面将太阳光反射至所述光伏电池阵列；
所述光伏电池阵列由多个双面电池片和与之对应连接的扩散传热连接件组成，所述双面电池片的正反面接收所述非运动跟踪的反射面反射的太阳光，所述扩散传热连接件与所述散热组件相连接。
进一步的，所述散热组件为散热管道，所述防护腔室包括玻璃面板及背板，所述聚光光学系统与所述背板连接，太阳光透过所述玻璃面板照射于所述非运动跟踪的反射面上，所述背板的外侧设有保温层，所述散热管道设于所述保温层内。
进一步的，所述散热组件为散热翅片，所述防护腔室包括玻璃面板及背板，所述聚光光学系统与所述背板连接，太阳光透过所述玻璃面板照射于所述非运动跟踪的反射面上，所述背板的外侧设有空气通道，所述散热翅片设于所述空气通道内。
进一步的，所述散热组件为散热管道，所述防护腔室为玻璃管，所述散热管道、聚光光学系统及所述光伏电池阵列均设于所述玻璃管内，所述聚光光学系统与所述玻璃管的内壁连接。
进一步的，所述双面电池片为长条状，通过所述双面电池片的一侧边缘的正反两面电极分别与两片导电热扩散片连接形成串/并联结构；
所述多个双面电池片产生的热量通过所述扩散传热连接件传递给所述散热组件。
进一步的，所述扩散传热连接件包括沿所述散热管道的外壁向外延伸的两块夹持翅片，所述夹持翅片沿所述散热组件长度方向设置，两块所述夹持翅片之间设有间隙；
所述导电热扩散片之间的缝隙内设有隔层，所述双面电池片通过所述导电热扩散片插入两块所述夹持翅片之间的间隙，所述夹持翅片夹紧所述导电热扩散片,所述导电热扩散片与所述夹持翅片之间设有绝缘导热层。
进一步的，所述非运动跟踪的反射面为复合曲面集热器。
进一步的，所述散热管道内填充或流动有传热介质；
所述传热介质将所述双面电池片产生的热量带走，降低所述双面电池片的温度，所述传热介质输送的热量被散热冷却或用于供热利用。
本实用新型另一方面还提供一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件阵列，包括多个上述布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，所述多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件非运动跟踪并排布置。
进一步的，所述多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的中心轴沿东西方向布置，所述非运动跟踪的反射面有效聚光接收入射太阳光的高度角范围为10°-60°。
进一步的，多个并排设置的所述布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件设于建筑用墙体上形成聚光光伏光热屋顶、聚光光伏光热幕墙。
进一步的，所述多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件之间设有用于透光通风的间隙。
进一步的，所述散热管道导出的热量通过水箱储存并利用。
由以上技术方案可知，本申请中的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件及阵列，使用时，部分太阳光照射到聚光光学系的非运动跟踪的反射面上，由非运动跟踪的反射面汇聚到双面电池片上，由于采用双面电池片结构，单个光伏电池的聚光面积增大，与已有技术相比，在聚光效果相同的情况下，可减少光伏电池阵列中光伏电池的使用量，进而可降低成本。
同时，双面电池片上的热量，由扩散传热连接件传送至散热管道/散热翅片，双面电池片具有更大的聚光面积，更小的热量损失，因此，其得热量、热效率更高，使用时，散热管道内通入传热介质，传热介质与散热管道进行热交换吸收热量，或者，散热翅片将热量传递给空气，传热介质及空气吸收的热量可进一步使用，如进行发电或供暖等，进而实现光热利用。
该布置有双面光伏电池片的管状聚光光伏光热组件及阵列采用固定非跟踪的形式采集太阳光，具备成本低、效率高、使用寿命长、制造工艺简单、安装维护便利、散热优的特点，并且具有传热介质的热利用功能，尤其适用于民用的供暖、供热使用。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型，其中：
图1为根据一优选实施例示出的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的截面图；
图2为图1中双面电池片通过扩散传热连接件与散热管道连接的局部放大图；
图3为根据另一优选实施例示出的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的截面图；
图4为根据又一优选实施例示出的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的截面图；
图5示出了布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的聚光光伏光热屋顶的一种阵列布置形式；
图6示出了布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的聚光光伏光热屋顶的另一种阵列布置形式；
图7为图5中散热管道及扩散传热连接件的另一种连接方式的截面图；
图8示出了多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的聚光光伏光热幕墙的一种阵列布置形式；
图9示出了多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的聚光光伏光热幕墙的另一种阵列布置形式。
图中：
1、非运动跟踪的反射面；2、双面电池片；3、散热管道；4、玻璃面板；5、背板；6、保温层；7、散热翅片；8、空气通道；9、玻璃管；10、夹持翅片；11、电极；12、导电热扩散片；13、隔层；14、绝缘导热层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-4所示，一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，包括非运动跟踪的聚光光伏光热组件主体，聚光光伏光热组件主体包括防护腔室，防护腔室内设有散热组件、聚光光学系统和与聚光光学系统对应设置的光伏电池阵列；
聚光光学系统包括非运动跟踪的反射面1和涂覆于非运动跟踪的反射面1上的反射层，非运动跟踪的反射面1将太阳光反射至光伏电池阵列；
光伏电池阵列由多个双面电池片2和与之对应连接的扩散传热连接件组成，双面电池片2的正反面接收非运动跟踪的反射面1反射的太阳光，扩散传热连接件与散热组件相连接。
该聚光光伏光热组件为非运动跟踪的方式设置，只能采集高度角符合照射条件的太阳光，在白天太阳光充足的情况下，可进行数小时的发电及集热，适合民用使用，如，采集的光热用于加热水、加热空气等，用作热水使用，或用于供暖，加热的水进行存储，可满足一天或几天的热水使用需求。尤其适用于冬季使用。聚光光伏光热组件无需设置跟踪装置，结构简单，成本低，且拆装、维护维修简单快捷，同时，还具有绿色环保的优点。
其中，散热组件可以为散热管道3，或者为散热翅片7。
如图1所示，散热组件为散热管道3，防护腔室包括玻璃面板4及背板5，聚光光学系统与背板5连接，太阳光透过玻璃面板4照射于非运动跟踪的反射面1上，优选的，非运动跟踪的反射面1为复合曲面集热器。非运动跟踪的反射面1的背面可连接骨架，通过骨架连接到背板5上，散热管道3置于背板5远离非运动跟踪的反射面1的一侧，在该侧设置有保温层6，保温层6贴合覆盖整个背板5，散热管道3置于保温层6内，扩散传热连接件穿过背板5及非运动跟踪的反射面1。
太阳光以一定的角度照射到布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件,部分太阳光透过玻璃面板4直接照射到双面电池片2上，部分太阳光透过玻璃面板4照射到非运动跟踪的反射面1上，再反射到双面电池片2上。
双面电池片2为长条状，通过双面电池片2的一侧边缘的正反两面电极11分别与两片导电热扩散片12连接形成串/并联结构；
多个双面电池片2产生的热量通过扩散传热连接件传递给散热管道3。
如图2所示，扩散传热连接件包括沿散热管道3的外壁向外延伸的两块夹持翅片10，夹持翅片10沿散热管道3长度方向设置，两块夹持翅片10之间设有间隙；
导电热扩散片12之间的缝隙内设有隔层13，双面电池片2通过导电热扩散片12插入两块夹持翅片10之间的间隙，夹持翅片10夹紧导电热扩散片12,导电热扩散片12与夹持翅片10之间设有绝缘导热层14。
双面电池片2为长条状结构，在其单侧靠近扩散传热连接件的一端引出电流及光热，引出电流时，通过双面电池片2正反两面位于一侧边缘的电极11引出；双面电池片2一般为N型单晶硅材料，其导热率较高(可达150W/(m.K))，呈长条状的结构，其宽度较小，如小于10mm，因此，在导热时，其宽度方向的热损失较小，一般小于3℃，此特性为聚光光伏光热组件的散热提供了有利的条件。
双面电池片2的一侧边缘的正反两面电极11分别与两片导电热扩散片12连接，连接方式可为焊接或夹紧连接，导电热扩散片12插设于夹持翅片10之间的间隙内，导电热扩散片12向外输电，同时，可进行导热，将双面电池片2传导给面积更大的绝缘导热层14；其中，绝缘导热层14的厚度较薄，如25μm，材质优选的为聚酰亚胺，具有较小的绝缘导热温差，通过绝缘导热层14将热量传导至夹持翅片10，进而再传导到散热管道3上，最终，与散热管道3内的传热介质进行热交换，整个导热过程温差较小，进而热损失较小。
夹持翅片10可将导电热扩散片12夹紧，优选的，夹持翅片10采用具有一定弹性的材质，如铝、铁或铜，在夹持翅片10上设置扳手，在连接双面电池片2时，通过扳手向外搬动夹持翅片10，使两夹持翅片10之间的间隙增大，再将导电热扩散片12插入，连接完成后，松开扳手即可。导电热扩散片12吸收双面电池片2的热量，并传递至绝缘导热层14，由绝缘导热层14再传递到夹持翅片10及散热管道3上。
散热管道3内填充或流动有传热介质；传热介质将双面电池片2产生的热量带走，降低双面电池片2的温度，传热介质输送的热量被散热冷却或用于供热利用。如，用于供暖或供应热水等。
如图3所示，散热组件为散热管道3，防护腔室为玻璃管，散热管道3、聚光光学系统及光伏电池阵列均设于玻璃管内，聚光光学系统与玻璃管的内壁连接。
设置在玻璃管时，需要将散热管道3、聚光光学系统及光伏电池阵列均设于玻璃管内，太阳光透过玻璃管直接照射到双面电池片2上或由非运动跟踪的反射面1反射到双面电池片2上，其工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。
如图4所示，散热组件为散热翅片7，防护腔室包括玻璃面板4及背板5，聚光光学系统与背板5连接，太阳光透过玻璃面板4照射于非运动跟踪的反射面1上，背板5的外侧设有空气通道8，散热翅片7设于空气通道8内。
散热翅片7将双面电池片2的热量传递到空气通道8内，空气通道8有可流动的空气，空气将散热翅片7散发的热量送至所需位置，如设置在南墙或屋顶上，风可将热量送至室内，以提高室温，同时，还可将热量吹送到储热体上，通过储热体进行储热。此方式既满足热能再利用，而且，有效的对电池片进行冷却；同时，采用空气传热的方式，不使用水介质，不会出现泄漏、冻堵等风险，成本低且更加的安全可靠。
如图5-9所示，一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件阵列，包括多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件非运动跟踪并排布置。聚光光伏光热组件阵列可与建筑用墙体一体成型，如组成聚光光伏光热屋顶、聚光光伏光热幕墙，以墙体为例，建筑物搭建时，墙体采用聚光光伏光热幕墙，该墙体即可实现发电集热。
优选的，多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的中心轴沿东西方向布置，非运动跟踪的反射面1有效聚光接收入射太阳光的高度角范围为10°-60°。高度角指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，专业上讲太阳高度角是指某地太阳光线与通过该地与地心相连的地表切面的夹角。
在上述结构中，聚光光伏光热屋顶、聚光光伏光热幕墙为分体结构，多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件形成一个单元，聚光光伏光热屋顶、聚光光伏光热幕墙由多个单元组成，此种方式利于生产制造以及现场施工操作。
相邻的或间隔分布的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件之间设有间隙，间隙用于通风透光，以满足民用日常的通风透光需求。
多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的散热管道3导出的热量通过水箱存储并利用，存储的热量可满足民用日常的热水需求。
图5和图6为聚光光伏光热屋顶的两种阵列结构形式，其中，图5为防护腔室为玻璃面板4和背板5的结构形式，图6为防护腔室为玻璃管的结构形式。
图8和图9为聚光光伏光热幕墙的两种阵列结构形式，其中，图8为防护腔室为玻璃面板4和背板5的结构形式，图9为防护腔室为玻璃管的结构形式。
在阵列中，每个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件包括一个散热管道3，此结构，可避免延长扩散传热连接件的长度，进而能够降低热量损失，得热量较高；或者，如图7所示，还可以相邻的两个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件共用一个散热管道3，此结构同样可导出热量，而且，可减少散热管道3的使用量，以降低投入成本。
最后需要说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施方式技术方案的精神和范围。
Claims (13)
1.一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，其特征在于，包括非运动跟踪的聚光光伏光热组件主体，所述非运动跟踪的聚光光伏光热组件主体包括防护腔室，所述防护腔室内设有散热组件、聚光光学系统和与所述聚光光学系统对应设置的光伏电池阵列；
所述聚光光学系统包括非运动跟踪的反射面和涂覆于所述非运动跟踪的反射面上的反射层，所述非运动跟踪的反射面将太阳光反射至所述光伏电池阵列；
所述光伏电池阵列由多个双面电池片和与之对应连接的扩散传热连接件组成，所述双面电池片的正反面接收所述非运动跟踪的反射面反射的太阳光，所述扩散传热连接件与所述散热组件相连接。
2.根据权利要求1所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，其特征在于，所述散热组件为散热管道，所述防护腔室包括玻璃面板及背板，所述聚光光学系统与所述背板连接，太阳光透过所述玻璃面板照射于所述非运动跟踪的反射面上，所述背板的外侧设有保温层，所述散热管道设于所述保温层内。
3.根据权利要求1所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，其特征在于，所述散热组件为散热翅片，所述防护腔室包括玻璃面板及背板，所述聚光光学系统与所述背板连接，太阳光透过所述玻璃面板照射于所述非运动跟踪的反射面上，所述背板的外侧设有空气通道，所述散热翅片设于所述空气通道内。
4.根据权利要求1所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，其特征在于，所述散热组件为散热管道，所述防护腔室为玻璃管，所述散热管道、聚光光学系统及所述光伏电池阵列均设于所述玻璃管内，所述聚光光学系统与所述玻璃管的内壁连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，其特征在于，所述双面电池片为长条状，通过所述双面电池片的一侧边缘的正反两面电极分别与两片导电热扩散片连接形成串/并联结构；
所述多个双面电池片产生的热量通过所述扩散传热连接件传递给所述散热组件。
6.根据权利要求5所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，其特征在于，所述扩散传热连接件包括沿所述散热组件的外壁向外延伸的两块夹持翅片，所述夹持翅片沿所述散热组件长度方向设置，两块所述夹持翅片之间设有间隙；
所述导电热扩散片之间的缝隙内设有隔层，所述双面电池片通过所述导电热扩散片插入两块所述夹持翅片之间的间隙，所述夹持翅片夹紧所述导电热扩散片,所述导电热扩散片与所述夹持翅片之间设有绝缘导热层。
7.根据权利要求1所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，其特征在于，所述非运动跟踪的反射面为复合曲面集热器。
8.根据权利要求2或4所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，其特征在于，所述散热管道内填充或流动有传热介质；
所述传热介质将所述双面电池片产生的热量带走，降低所述双面电池片的温度，所述传热介质输送的热量被散热冷却或用于供热利用。
9.一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件阵列，其特征在于，包括多个如权利要求1～8中任一所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件，所述多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件非运动跟踪并排布置。
10.根据权利要求9所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件阵列，其特征在于，所述多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件的中心轴沿东西方向布置，所述非运动跟踪的反射面有效聚光接收入射太阳光的高度角范围为10°-60°。
11.根据权利要求9所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件阵列，其特征在于，多个并排设置的所述布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件设于建筑用墙体上形成聚光光伏光热屋顶、聚光光伏光热幕墙。
12.根据权利要求11所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件阵列，其特征在于，所述多个布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件之间设有用于透光通风的间隙。
13.根据权利要求9所述的布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件阵列，其特征在于，所述散热组件为散热管道，所述散热管道导出的热量通过水箱储存并利用。
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| CN201721253443.7U CN207320145U (zh) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | 一种布置有双面光伏电池片的聚光光伏光热组件及阵列 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110260530A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-09-20 | 内蒙古工业大学 | 一种光热光伏耦合供能免跟踪太阳能聚光器 |
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2017
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| CN110260530B (zh) * | 2019-05-24 | 2023-12-01 | 内蒙古天之风科技有限责任公司 | 一种光热光伏耦合供能免跟踪太阳能聚光器 |
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