CN220538982U - 一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，包括第一基板、第一封装材料、太阳能电池片、第二封装材料、第二基板；第一基板、第一封装材料、太阳能电池片、第二封装材料、第二基板均相对平行通过层压法进行组合；还包括微通道平板热管阵列和集热槽；微通道平板热管阵列包括多个微通道平板热管，微通道平板热管包括蒸发段、绝热段与冷凝段，其中蒸发段与第二基板连接，冷凝段与集热槽相连；集热槽中设置有用于换热的第一液体；通过将微通道平板热管技术引入建筑一体化光伏幕墙组件，使建筑幕墙同时实现太阳能光电和光热利用，结构简单，易加工与维护。

Description

一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件

技术领域

本实用新型涉及光伏光热技术领域，特别涉及一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件。

背景技术

光伏发电玻璃是一种通过层压入太阳能电池，利用太阳辐射自主发电，并具有相关电流映出装置及电缆的特种玻璃。相较于直接暴露在外界环境中的普通光伏组件，通过与玻璃的组合，光伏发电玻璃的强度得以进一步提升并可直接用作建筑外围护结构。事实上，光伏发电玻璃现阶段已经是市场上一类较为成熟的光伏产品。但光伏发电玻璃在高太阳辐射强度下自身温度升高，会极大的影响其发电效率。尤其在我国南方地区，尽管夏季普遍日照充足，但长期的户外高温状态使得作为建筑外围护结构的光伏发电玻璃的实际效益大打折扣，也进一步阻碍了建筑绿色能源利用的发展。

热管是一种在蒸发器和冷凝器之间以最小温差传递最大热流的两相流传热装置，是一种高效换热技术。其中微通道平板热管传热效率高，能保证及时带走热量，并且在以阵列形式应用时，阵列中一根或几根微通道平板热管失效也不会影响其余微通道平板热管的正常工作状态，安全可靠性强；其次，微通道平板热管外形扁平，相较于传统热管的圆形截面而言，微通道平板热管通过并列贴合的方式，可以更有效地与同样扁平的光伏组件结合，增大换热面积，更有利于相关产品的集成化、一体化。

中国专利(201410636304.7)于2014年提出了一种太阳能光伏光热一体化能量转换组件，该组件在太阳能电池板后安装了平板热管，并在平板热管内安装有布液片和支撑物。该布液片为上窄下宽的金属片，使得冷凝液更快更均匀的流到受热面板上，使得电池板硅片的整体温度更加均匀。该专利所述技术充分利用了平板热管扁平的形体特征，诠释了平板热管与光伏电池结合的可行性与合理性。但其所述热管厚度较大，增加了组件的所占空间；同时也并没有充分考虑组件作为建筑外围护结构的强度要求；最后，独特设计的平板热管的内部结构较为复杂，不利于产品加工与成本控制，固还有相当大的改进空间。

在低碳经济与土木工程科技创新——2010中国(北京)国际建筑科技大会论文集2010中，《基于微通道平板热管阵列的光伏光热系统实验研究》一文介绍了一种基于微通道平板热管的光伏光热组件实验装置，其组件主要依次由玻璃、EVA、硅晶片、互联条、TPT、平板热管、电极引线、集热槽、保温层组成，其中热管紧贴光伏硅晶片背部，集热槽则与热管干式接触，中间涂有导热硅胶减少传热热阻，背部保温层也充分减少了外部环境中的热通过组件传递至室内。上述组件其实已经可以视作较为成熟的微通道平板热管在光伏/光热组件中的应用实例，但该设计若将该种组件直接作为建筑外围护结构的话，这种内保温方式会对后期室内的二次作业带来一定掣肘。同时，将硅晶片直接通过TPT固定到平板热管阵列上，组件整体机械强度受限，在较强的风荷载、不均匀热应力等下，容易产生开裂，造成组件结构性损伤及发电性能下降。

因此，充分考虑实际应用过程中的需要，采用合适的热管，并使之与建筑一体化光伏幕墙组件结合，最大程度实现建筑幕墙的太阳能光热光电利用率，同时减少室内外热传递，是推动绿色建筑技术进一步发展的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出了一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件。光伏发电玻璃作为一种市场上现已存在的成熟产品，已被证实了其作为建筑外围护结构的可靠性，且一部分光伏发电玻璃本身便具有一定的保温隔热、美观等性能。而微通道平板热管具有成本低、质量轻、形体薄、高导热率、良好的均温性及启动性等特点，能够实现高效换热的目的。因此，通过两者之间的结合，能较为有效的综合彼此间的优点，形成兼具可靠性与实用性的高性能光伏光热组件。

本实用新型是通过下述方案来实现的：

一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，包括第一基板、第一封装材料、太阳能电池片、第二封装材料、第二基板；第一基板、第一封装材料、太阳能电池片、第二封装材料、第二基板均相对平行通过层压法进行组合；还包括微通道平板热管阵列和集热槽；微通道平板热管阵列包括多个微通道平板热管，所述微通道平板热管包括蒸发段、绝热段与冷凝段，其中所述蒸发段与第二基板连接，所述冷凝段与集热槽相连；集热槽中设置有用于换热的第一液体。

作为优选的技术方案，所述集热槽直接贴合于微通道平板热管的冷凝段，此时集热槽内的第一液体流动截面为圆形；或者微通道平板热管的冷凝段插入集热槽中，此时集热槽的横截面为矩形或椭圆形。

作为优选的技术方案，第一基板最好为具有高透光性的超白布纹钢化玻璃，以最大程度上保证入射到太阳能电池片的太阳辐射量及对应的发电效率；或根据实际外观需要，才可采用彩色玻璃等半透光材料；也可选用吸热玻璃、变色玻璃、真空玻璃等多种玻璃，亦或亚力克等其他透光与半透光材质。

作为优选的技术方案，所述第一封装材料与第二封装材料为无色的、透明的粘性材料，可以选用EVA(乙烯-醋酸乙烯脂共聚物)胶膜、POE(聚乙烯)胶膜、EPE胶膜等，在保证透光性的前提下，确保所述太阳能电池片与所述第一基板以及所述第二基板的充分粘结。

作为优选的技术方案，第二基板应为导热性能较好的材料如金属，可有效降低热不均匀产生的热应力；也可为玻璃、塑料等其他支撑材质，同时提升整个建筑一体化光伏幕墙组件抵御较大风荷载等能力。

作为优选的技术方案，所述太阳能电池片采用单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜中的一种或多种的组合。

作为优选的技术方案，微通道平板热管的蒸发段应纵向密排紧贴第二基板后方，最大程度保证热管蒸发段与第二基板的换热面积。在设置时，外形扁平的微通道平板热管可通过粘性材料、超高速激光焊接等方式与第二基板连接，也可以通过在第二基板后面涂覆导热连接材料后通过框架固定，或者同时采用上述两种方式。

作为优选的技术方案，所述微通道平板热管为铜－水、丙酮－铝等常温热管。

作为优选的技术方案，集热槽可直接贴合于热管阵列的冷凝段，此时集热槽内的第一液体流动截面优选常见的圆形；也可将热管阵列的冷凝段插入集热槽中，此时，集热槽的横截面优选矩形或椭圆形，一方面可以最大化与冷凝段的换热面积，另一方面可以通过减小整体流通面积，提升第一液体的流速，强化第一液体与冷凝段的对流换热。

作为优选的技术方案，第一液体应为市政用水，收集后可直接用作居民生活用热水或室内供暖，冬季严寒地区则考虑采用防冻液等不易冻结的工质。

作为优选的技术方案，考虑到围护结构保温性能，组件在热管阵列的蒸发段后继续增加第三基板，并且第三基板与微通道平板热管阵列之间形成空腔。空腔内可充入真空、空气、惰性气体、相变材料、气凝胶、保温棉等气态、液态、固态等保温材料，以起到保温隔热的效果，提升建筑一体化光伏幕墙组件整体的热工性能。同时，使用此种构造做法的组件较薄，成品度较高，便于工业化生产以及现场干法作业。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、相较于传统的BIPV光伏/光热组件，微通道平板热管的引入，不仅有效提高了换热面积，还进一步减小了组件的尺寸规格。

2、微通道平板热管自身扁平的外部特征，与同样扁平的光伏组件的结合性更好，组件产品化程度更高，更有利于大范围推广与应用。

3、热管与建筑一体化光伏组件的结合，可以及时带走光伏组件内冗余的热量，将组件工作时的温度控制在一个相对适宜的区间内，提升发电效率，同时带走的热能也可用作热水供应、房屋供暖等其他用途，提高了建筑一体光伏幕墙组件的光伏光热综合利用效率。

附图说明

图1为本实用新型中集热槽采用直接换热时的整体结构示意图；

图2为本实用新型中集热槽采用间接换热时的整体结构示意图；

图3为本实用新型整体的结构示意图；

图4为本实用新型其中一种实施例的截面图；

图5实用新型实施例另一种实施例的截面图；

图6为微通道平板热管的截面图；

图7为图4另一视角结构示意图；

附图说明：100－光伏发电玻璃；101－第一基板；102－第一封装材料；103－太阳能电池片；104－第二封装材料；105－第二基板；200－微通道平板热管；201－蒸发段；202－绝热段；203－冷凝段；204－工作介质；300－集热槽；301－第一液体；302工质入口；303－工质出口；304、第一端面；305、第二端面；400－密封材料；500－空腔；600－第三基板；700－保温材料。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。

实施例1

如图1～图7所示，本实用新型提供一种技术方案：

一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其至少包括但不限于第一基板101、第一封装材料102、太阳能电池片103、第二封装材料104、第二基板105、微通道平板热管200、集热槽300、第一液体301。

其中第一基板101、第一封装材料102、太阳能电池片103、第二封装材料104、第二基板105通过层压法形成前部光伏发电玻璃100；微通道平板热管200应纵向密排紧贴第二基板105后方；

其中微通道平板热管包含蒸发段201、绝热段202及冷凝段203，内部有工作介质204。

集热槽300，包含工质入口302与工质出口303，内部通有第一液体301，第一液体301可为市政用水，也可为防冻液等不易冻结的工质。

其中，集热槽300与微通道平板热管200有两种结合方式。第一种结合方式如图1可将微通道平板热管冷凝段203插入其中，第二种结合方式如图2可直接紧贴于热管冷凝段203背部。

当集热槽300与微通道平板热管200采用第一种结合方式时，集热槽300可以包括套设在冷凝段上的第一端面和间隔第一端面预定距离的第二端面，第一端面距离第二端面的距离不大于冷凝段截面尺寸的1/3；第一端面和第二端面相互连接形成具备狭长腔体的结构。狭长腔体结构及其所在冷凝段的截面可以为矩形结构或椭圆形结构。

当第一液体301在狭长腔体结构中流动时，可以增加接触面积，使内外液体受热均匀，同时也能够减小整体流通面积，提升第一液体301的流速，强化第一液体301与冷凝段203的对流换热。

当集热槽300与微通道平板热管200采用第二种结合方式时，集热槽可以沿垂直于冷凝段203方向设置，集热槽的截面为圆形腔体结构，其一端面贴合于冷凝段的侧壁设置，第一液体设置在冷凝段中。通过与冷凝段贴合的端面实现换热。

如图4、5所示，本实用新型在具体实施过程中包含多种可能，以下简单描述两种主要实施方式。

优选的，如图4所示，通过在组件后方增加第三基板600，并在边缘使用密封材料400进行密封，从而形成一个空腔500，空腔内充入真空、空气、惰性气体、相变材料、气凝胶、保温棉等气态、液态、固态等保温材料，起到隔绝热能传递的作用。此实施例优点在于产品化程度较高，便于工厂预制加工生产，现场湿作业程度低，更符合现阶段国内装配式建筑的发展需求。

优选的，如图5所示，也可直接在组件后方增加保温材料700。此法需现场湿作业，装配化程度较低，如在结构墙体外使用，组件不可直接粘结在保温材料上，需有相应杆件用以支撑。若直接用作建筑外维护结构，则需增加组件强度，以满足抗震、抗风、耐腐蚀等相应规范要求。

其中图6为微通道平板热管的放大结构图。

本实施例的工作原理如下：

在太阳辐射下，一部分太阳能透过第一基板101与第一封装材料102并被太阳能电池片103所吸收，从而将光能转化为电能并供给日常用电所需。期间，冗余的热能透过第二封装材料104与第二基板105传递至后方微通道平板热管的蒸发段201。蒸发段201管内的工作介质204发生蒸发现象，生成大量潜热，并通过集热槽300，或直接或间接的与第一液体301充分换热，并可为用户提供生活用热水或供暖。同时，为了增加组件整体的热工特性，应在微通道平板热管200与集热槽300后方采用如图3、图4或相似的保温隔热措施。

上述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，包括第一基板、第一封装材料、太阳能电池片、第二封装材料、第二基板；第一基板、第一封装材料、太阳能电池片、第二封装材料、第二基板均相对平行通过层压法进行组合；其特征在于：

还包括微通道平板热管阵列和集热槽；微通道平板热管阵列包括多个微通道平板热管，所述微通道平板热管包括蒸发段、绝热段与冷凝段，其中所述蒸发段与第二基板连接，所述冷凝段与集热槽相连；集热槽中设置有用于换热的第一液体。

2.如权利要求1所述的一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其特征在于：所述集热槽直接贴合于微通道平板热管的冷凝段，此时集热槽内的第一液体流动截面为圆形；或者微通道平板热管的冷凝段插入集热槽中，此时集热槽的横截面为矩形或椭圆形。

3.如权利要求1或2所述的一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其特征在于：所述第一基板为超白布纹钢化玻璃、吸热玻璃、变色玻璃、真空玻璃中的一种或多种的组合，或者为透光或半透光的非玻璃材质。

4.如权利要求1或2所述的一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其特征在于：所述第一封装材料与第二封装材料为EVA胶膜、POE胶膜、EPE胶膜中的一种和多种的组合。

5.如权利要求1或2所述的一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其特征在于：所述太阳能电池片采用单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜中的一种或多种的组合。

6.如权利要求1或2所述的一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其特征在于：所述微通道平板热管的蒸发段通过粘合剂或超高速激光焊接的方式与所述第二基板密排连结；所述微通道平板热管在内部结构采用深微槽道、交错孔道、双微槽道毛细结构中的一种或多种的结构。

7.如权利要求6所述的一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其特征在于：所述微通道平板热管为铜－水、丙酮－铝的常温热管。

8.如权利要求1或2所述的一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其特征在于：所述微通道平板热管的集热槽直接与热管冷凝段背部贴合，集热槽的材质为导热性良好的材质；或者，将热管冷凝段插入集热槽中；集热槽外围设置有保温层。

9.如权利要求1或2所述的一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其特征在于：所述集热槽内的所述第一液体为水或防冻液。

10.如权利要求1或2所述的一种采用微通道平板热管的建筑一体化光伏光热幕墙组件，其特征在于：还设置有第三基板和密封材料，密封材料将第三基板和微通道平板热管连接，使密封材料和第三基板之间形成空腔，在空腔内填充隔热介质，充隔热介质为空气、惰性气体、真空、相变材料、气凝胶、保温棉中的一种或多种的组合。