CN217405443U - 相变水凝胶透光光伏组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光伏发电技术及建筑节能技术领域，特别是一种相变水凝胶透光光伏组件，包括光伏发电层和相变水凝胶变色储能层；所述光伏发电层从建筑室外到室内依次为前透明盖板、太阳能电池层和中间透明盖板；所述相变水凝胶变色储能层紧贴于中间透明盖板，从建筑室外到室内依次是相变水凝胶层和后透明盖板，相变水凝胶层四周设有密封条，密封条的两端分别与中间透明盖板和后透明盖板连接。本实用新型的相变水凝胶透光光伏组件具有自降温特性，夏季高温条件下能够有效延迟光伏组件以及建筑内部的峰值温度，提高光伏组件发电效率的同时提升室内热舒适度，并且，降温冷却效果可以通过改变相变水凝胶变色储能层的材料配比、厚度等来灵活改变。

Description

相变水凝胶透光光伏组件

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术及建筑节能技术领域，特别是一种相变水凝胶透光光伏组件。

背景技术

寻找可靠的可再生能源是世界发展的重要课题，而太阳能作为可再生能源的一种，以其清洁、丰富易得而具有广阔的应用。随着太阳能光伏技术的高速发展，透光光伏应运而生。当前，玻璃幕墙、屋顶由于其良好的采光性能和开阔的视野被普遍应用于购物中心、办公大楼等场所，导致非透光光伏的可安装面积越来越少；此外，在建筑外墙上安装常规的非透光光伏可能会破坏建筑初始设计表达。而透光光伏正是突破这一限制的技术之一。用透光光伏组件代替常规玻璃，是提升太阳能综合利用效率的有效手段。

但是，透光光伏组件应用于窗户、幕墙等透光建筑围护结构中时，由于玻璃传热系数大，蓄热能力差，导致室内温度波动较大，将对室内热舒适性造成影响；同时，在无冷却手段情况下，光伏工作温度迅速升高，将导致光电转换效率降低；另外，光伏玻璃夏季曝晒、眩光等问题也将对室内光热环境造成影响。

针对上述问题，当前已有如下解决措施：一、在光伏组件背部粘贴石蜡、无机盐等传统相变材料层，利用相变材料的蓄热能力从光伏组件背部吸收热量以降低组件工作温度，但由于石蜡等传统相变材料相变前透光率极低，且融化过程中由于传热不均，一方面，将导致光伏组件局部过热，另一方面，破坏了建筑外观整体性，难以应用于透光围护结构；二、在玻璃、幕墙中空结构中填充透光相变材料以延迟室内峰值温度，但传统透光相变材料受热融化前后且透光率由低变高，导致太阳辐照水平较低时室内光热透射量反而少，太阳辐照水平较高时室内光热透射量反而大，与建筑室内光热需求相悖；三、少数研究者对带热致变色、电致变色功能的光伏窗开展了研究，利用外界条件改变光伏窗变色膜层的光学特性，使其透光率动态可变，对光伏技术和智能窗技术在建筑领域的应用起到了推广作用，但无论是热致变色膜还是电致变色膜，均不考虑为光伏散热，并且无法进行储能，围护结构蓄热能力仍然较差，同时，由于生产工艺复杂，维护难度大，难以进一步推广应用。

可以看出，上述解决措施往往难以在同一太阳辐照条件下，同时满足光伏组件降温需求和室内光热调节需求。

因此，有必要提供一种兼具发电、自降温以及光热调节功能的组件解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型为了有效地解决上述背景技术中的问题，提出了一种相变水凝胶透光光伏组件。

具体技术方案如下；

一种相变水凝胶透光光伏组件，包括光伏发电层和相变水凝胶变色储能层；所述光伏发电层从建筑室外到室内依次为前透明盖板、太阳能电池层和中间透明盖板；所述相变水凝胶变色储能层紧贴于中间透明盖板，从建筑室外到室内依次是相变水凝胶层和后透明盖板，相变水凝胶层四周设有密封条，密封条的两端分别与中间透明盖板和后透明盖板连接。

优选地，所述太阳能电池为透光的非晶硅、钙钛矿或碲化镉薄膜太阳能电池，或为间歇式布置的单晶硅、多晶硅太阳能电池。

优选地，所述前透明盖板、中间透明盖板和后透明盖板为高透光的低铁超白玻璃，或为普通玻璃或其他透明密封材质。

优选地，所述密封条为免钉胶。

优选地，所述复合相变水凝胶为以无机水合盐相变材料或有机醇相变材料为芯材，水凝胶聚合物为外壳的复合微球型相变水凝胶。

优选地，所述水凝胶聚合物为羟丙基纤维素水凝胶。

优选地，所述相变水凝胶层4厚度为5mm-10mm。

优选地，所述相变水凝胶层添加防冻介质。

优选地，所述防冻介质为甘油、乙醇、丙二醇中的一种或其混合物。

优选地，所述光伏发电层和相变水凝胶变色储能层之间设有可开合的空气层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、本实用新型的相变水凝胶透光光伏组件具有自降温特性，夏季高温条件下能够有效延迟光伏组件以及建筑内部的峰值温度，提高光伏组件发电效率的同时提升室内热舒适度，并且，降温冷却效果可以通过改变相变水凝胶变色储能层的材料配比、厚度等来灵活改变；

2、本实用新型的相变水凝胶透光光伏组件具有光热自调节特性，自动响应温度变化的水凝胶变色储能层可以通过控制太阳光透射量对室内光热条件进行适应性调节，减少建筑冷热负荷的同时有效避免室内眩光；

3、本实用新型的相变水凝胶透光光伏组件构造简单、易于安装和维护，且相变水凝胶透光光伏组件在热致变色前后色貌均匀，充分考虑了建筑外观整体性，可以灵活应用于建筑天窗、侧窗、幕墙等透光围护结构。

附图说明

图1所示为本实用新型相变水凝胶透光光伏组件的结构示意图。

具体实施方式

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。本实用新型相变水凝胶透光光伏组件的构造示意图如图1所示，包括光伏发电层、相变水凝胶变色储能层；所述光伏发电层从建筑室外到室内依次为前透明盖板1、太阳能电池层2、中间透明盖板3；所述相变水凝胶变色储能层紧贴于中间透明盖板3，从建筑室外到室内依次是相变水凝胶层4、后透明盖板5。中间透明盖板3与后透明盖板5由与相变水凝胶层4同等厚度的密封条6四面密封。

所述太阳能电池可以是透光的非晶硅、钙钛矿、碲化镉等薄膜太阳能电池，也可以是间歇式布置的单晶硅、多晶硅太阳能电池。所述透明盖板优选为高透光的低铁超白玻璃，也可为普通玻璃或其他透明密封材质；所述密封条优选为免钉胶，粘结能力强，密封性能好。

本实施例中，所述相变水凝胶层4为兼具相变储热功能和热致变色功能的复合相变水凝胶，避免了传统相变材料在实际应用中出现相分离、过冷、温度不均等问题。

所述复合相变水凝胶为以无机水合盐相变材料或有机醇相变材料为芯材、水凝胶聚合物为外壳的复合微球型相变水凝胶，稳定性强，储热密度高，可根据不同地区、不同气候进行配比调节。

所述水凝胶聚合物优选为羟丙基纤维素水凝胶，具有环境友好、制备工艺简单、相变温度易调节等优点，亦可以是聚丙烯酰胺类水凝胶、聚乙烯醇类水凝胶及其他复合型水凝胶。

所述相变水凝胶层4厚度优选为5mm-10mm，或根据不同气候条件做出相应改变，在调节室内光热条件的同时，为光伏和室内提供相应的降温效果和峰值温度延迟时间。

本实施例中，为进一步提高相变水凝胶层的防冻性能，可在相变水凝胶层4中添加防冻介质。所述防冻介质为甘油、乙醇、丙二醇中的一种或其混合物。

本实施例中，为方便建筑主体透气，并进一步加强相变水凝胶透光光伏组件的冬季保温性能，光伏发电层和相变水凝胶变色储能层之间可以引入可开合的空气层。所述空气层闭合时即形成保温层，其厚度视当地气温、风速等气候条件具体而定。

本实施例中，大部分性能优化将优先通过改变相变水凝胶层4的材料组成及配比来进行，以尽量降低组件厚度和重量，简化组件构造层次。

本实用新型的相变水凝胶透光光伏组件具有两种形态：热致相变形态(即低太阳光透射形态)和未热致相变形态(即高太阳光透射形态)。综合考虑光伏组件的工作温度和室内的人体热舒适等因素，相变水凝胶层4的最佳相变温度范围为28℃-45℃。

当太阳光照射到相变水凝胶透光光伏组件上时，太阳光首先传递给光伏发电层，由太阳能电池层2转换为电能和热能，产生的电能直接供给建筑，或并入电网；相变水凝胶变色储能层将光能透射到室内，并持续吸收室外和光伏发电层传递的热能，直至相变水凝胶层4达到相变温度，从高透光率的无色转变为低透光率的均匀乳白色，一方面，将部分太阳光反射给太阳能电池层2，提升组件整体光电转换效率；另一方面，有效减少室外太阳光的透射量，减少辐射传热的同时提高视觉舒适度。本实用新型的相变水凝胶透光光伏组件为建筑供能的同时可自动对室内光热环境进行适应性调节：一方面，相变水凝胶变色储能层具有高比热容特性，通过热量储存，对光伏组件和室内同时起到降温作用，有效延迟两者的峰值温度；另一方面，当水凝胶达到相变温度后，其光学特性将响应温度的变化，透光率在短时间内降低，从而降低室外太阳辐射对室内温度的影响，改善室内热舒适，并且避免眩光。进一步，复合相变水凝胶在相变前后保持形状稳定，色貌均匀，解决了传统相变材料局部过热或过冷、相分离严重等问题。本实用新型实施例提供的相变水凝胶透光光伏组件可以兼顾发电、降温、调光，且其不同的太阳光透射形态无需人为调控，结构简单，高效安全，在实现建筑自发电的同时，兼顾了建筑的使用性能和美学需求。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种相变水凝胶透光光伏组件，包括光伏发电层和相变水凝胶变色储能层；所述光伏发电层从建筑室外到室内依次为前透明盖板、太阳能电池层和中间透明盖板；所述相变水凝胶变色储能层紧贴于中间透明盖板，从建筑室外到室内依次是相变水凝胶层和后透明盖板，相变水凝胶层四周设有密封条，密封条的两端分别与中间透明盖板和后透明盖板连接。

2.根据权利要求1 所述的相变水凝胶透光光伏组件，其特征在于，所述太阳能电池为透光的非晶硅、钙钛矿或碲化镉薄膜太阳能电池，或为间歇式布置的单晶硅、多晶硅太阳能电池。

3.根据权利要求1 所述的相变水凝胶透光光伏组件，其特征在于，所述前透明盖板、中间透明盖板和后透明盖板为高透光的低铁超白玻璃，或为普通玻璃或其他透明密封材质。

4.根据权利要求1 所述的相变水凝胶透光光伏组件，其特征在于，所述密封条为免钉胶。

5.根据权利要求1 所述的相变水凝胶透光光伏组件，其特征在于，所述水凝胶聚合物为羟丙基纤维素水凝胶。

6.根据权利要求1 所述的相变水凝胶透光光伏组件，其特征在于，所述相变水凝胶层4厚度为5mm-10mm。

7.根据权利要求1 所述的相变水凝胶透光光伏组件，其特征在于，所述光伏发电层和相变水凝胶变色储能层之间设有可开合的空气层。

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