CN2743981Y - 调温式混合透明光伏管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种调温式混合透明光伏管，包括透明玻璃管与设置在管中的太阳能电池与导线，其特征在于透明玻璃管内还包括由金属导热管与金属吸热翅片或可替代金属吸热翅片的电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条，太阳能电池片连接在翅片式管板传热芯条的受光面上，经密封与相互电连接后其导线在透明玻璃管的密封端口处引出，金属导热管的端口在透明玻璃管的密封端口处引出。由于采用超声波等精细焊接方法连接组成翅片式管板传热芯条；且透明混合光伏管中太阳能电池的密封采用与透光玻璃压封密封或经单层密封剂密封；太阳能电池与翅片式管板传热芯条间在保持电绝缘下采用氮化铝为填充剂的环氧胶粘接剂、传热与密封可靠、成本低、生产效率更高，能适用多种太阳能电池。

Description

调温式混合透明光伏管

技术领域

本实用新型属太阳能利用领域，尤其是涉及一种调温式混合透明光伏管技术。

技术背景

一般硅太阳电池是在一层材质为PVC或TPT或玻璃的底板上，放置一层EVA胶膜，在EVA胶膜表面横向和纵向排列苦干串联或并联的硅太阳电池片，在硅太阳电池片的表面再放上一层EVA胶膜，再在EVA胶膜表面压上一层玻璃面板。然后，通过专用设备边加热、边抽真空，使EVA胶膜熔化，将硅太阳电池片与底板和面板固定粘接成为一个整体，最后用一圈金属边框将这一整体封边保护起来；除此之外，还有大量小型硅太阳电池组件直接采用底层环氧胶粘接剂粘接及薄层环氧树脂外表层封装，上述采用EVA胶膜封装的硅太阳电池存在以下问题：(1)、为了避免硅太阳电池表面发生氧化腐蚀，需要设置面板、EVA胶膜、金属边框等大量辅助材料，还必须经过封装工序，因此辅助材料消耗较大，费工费时，生产效率不高，产品的成本居高不下。(2)、由于封装过程中，EVA胶膜熔化产生气泡，必须在加热过程适时地抽真空，同时加热温度也必须掌握适当，然而这需要较丰富的操作经验，一旦操作不当，存在于硅太阳电池与面板之间的气泡，不但使外观难看，而且影响电池效率。如果采用自动化程度较高的封装设备，虽然能较好地解决气泡问题，但是，设备费用昂贵，进而使产品的成本加大。(3)、由于产品被封装为一个整体，因此一旦产品的某一部分出现问题，整块硅太阳电池就会全部报废，而且无法进行更换继续使用，从而影响了产品的使用寿命。

为了对此进行改进，已公布的中国专利CN2398729Y“一种硅太阳电池”中，采用了将电池片粘贴固定在一导热底板上，电池片表面涂一层保护膜，底板安装在一透明管中，透明管的两端密封的方法，以取得制作工艺简单、成本低、生产效率高的效果。由于太阳电池实际应用中在阳光照射下表面温度通常都在摄氏50℃-60℃，晶体硅太阳电池在这样的高温中要损失15-20％的发电输出；另外，上述采用普通粘接剂进行底层粘接及树脂外表层涂膜保护的硅太阳电池存在着由于粘接层热膨胀系数不匹配及导热性能不满足要求产生急剧温差所致的太阳能硅电池片的碎裂，使用中玻璃管内积累产生的高温发热大还会加速表层保护涂膜与元器件的老化，使得使用成本升高、使用寿命下降，因此，需要进行工作温度的调控，此外，非晶硅太阳电池在低温中的发电输出损失大为减少，为了提高光伏装置的工作效率，也需要进行工作温度的调控。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有太阳能电池光伏管工作时易发热、输出功率随温度变化上升或下降的缺陷，同时，提供一种用超声波等精细焊接方法连接、由连接传热条带共同组成翅片式管板传热芯条、太阳能电池的外层密封采用与透光盖板经压封密封或在箱体内经单层密封剂密封、太阳能电池与翅片式管板传热芯条间经高效传热粘接连接、能防止电池硅片因存在急剧温差或传热不良因素而产生碎裂、制作工艺比现有技术更简单、传热与密封可靠、成本低、生产效率更高的调温式太阳能电池混合透明光伏管，并且，能对调温式光伏装置的工作温度进行正确调控、使得太阳能电池的制作成本大幅度下降而输出性能不降、光伏电池使用寿命长可靠性高、适用多种太阳能电池，太阳能综合利用效率高。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型采用一种调温式混合透明光伏管，包括透明玻璃管与设置在管中的太阳能电池与导线，其特征在于透明玻璃管内还包括由金属导热管与金属吸热翅片或可替代金属吸热翅片的电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条，太阳能电池片连接在翅片式管板传热芯条的受光面上，经密封与相互电连接后其导线在透明玻璃管的密封端口处引出，金属导热管的端口在透明玻璃管的密封端口处引出。所述的由金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条是指金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面之间的传热主要是通过金属吸热翅片或电池基体金属板与连接传热条带之间的精细焊接连接及金属导热管与连接传热条带之间的精细焊接连接传递的，金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面与连接传热条带的外翻连接撑边相互焊接连接，金属导热管介于金属吸热翅片或电池基体金属板和连接传热条带之间，经连接传热条带的拉夹与金属吸热翅片或电池基体金属板相连。所述的太阳能电池的密封是指其在管内与透明玻璃经密封材料的热压封密封或是经单层密封剂的密封。所述的单层密封剂密封是指在太阳能电池侧面或侧面及正表面采用单层液化密封剂如树脂胶包括PU液化型的密封剂、或单层热熔性密封剂如复合EVA热压合膜、或其它单层热固性密封剂如环氧树脂类进行的密封。所述的太阳能电池在翅片式管板传热芯条受光面上的连接包括经电绝缘的导热胶与金属吸热翅片的固接，所述的电绝缘的导热胶是指以氮化铝为填充剂的环氧树脂胶粘接剂。所述的透明玻璃管内可置有温控传感器。所述的翅片式传热芯条的翅片可是包括平面或曲面在内的二维吸热翅片板、或是三维吸热翅片体。所述的透明玻璃管包括单玻管或夹层内抽成真空的双玻管，太阳能电池设置的玻璃管腔内可制成中空，内充干燥空气或隋性气体，腔内可置有吸湿剂或吸氧剂。所述的金属导热管的端口在透明玻璃管的密封端口处引出是指采用金属流道管如U形管式或热管式的连接引出、或是从玻璃管两端的引出如采用直通管式连接引出，透明玻璃管内可带有固持翅片式传热芯条的固持架。所述的太阳能电池片的相互电连接可以是相互串接、或并接、或串并联混接。

本实用新型的优点是：由于采用超声波等精细焊接方法连接组成翅片式管板传热芯条；且混合透明光伏管中太阳能电池的密封采用与透光玻璃EVA压封密封或经单层密封剂密封；太阳能电池与翅片式管板传热芯条间在保持电绝缘下采用氮化铝为填充剂的环氧胶粘接剂、传热与密封可靠、成本低、生产效率更高，能适用多种太阳能电池；并且，金属吸热翅片或电池基体金属板上连有金属导热管构成的翅片式管板传热芯条并可置有温控传感器，构成了太阳能电池的正确调温功能，使得混合透明光伏管在高低温变化下的发电输出损失大大减少，并可预防电池硅片因急剧温差或传热不良产生的碎裂和老化，使装置使用寿命与可靠性得到提高。

氮化铝在陶瓷中具有优异的导热性，比金属氧化物如氧化铝高3-5倍，采用的氮化铝为填充剂的环氧胶粘接剂的导热性比普通环氧胶粘接剂更是高达10-50倍，且氮化铝的热膨胀系数与太阳能电池材料硅相近，远比氧化铝低，用本实用新型的太阳能电池与翅片式管板传热芯条之间在保持电绝缘下采用的氮化铝为填充剂的环氧胶粘接剂与现有技术采用的金属氧化物如氧化铝或金属颗粒为填充剂的环氧胶粘接剂相比，在消除由于热膨胀系数不匹配及导热性能不满足要求产生急剧温差所致的太阳能硅电池片碎裂方面根据实验统计得到的提高达80％以上。

附图说明

图1是本实用新型调温式混合透明光伏管实施例采用透明玻璃与热压封密封剂的结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是本实用新型调温式混合透明光伏管实施例采用太阳能电池片在透明玻璃管内经单层密封剂密封的结构示意图；

图2、图3、图4、图5给出了本实用新型调温式混合透明光伏管实施例中金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条的结构示意图。

图6、图8分别给出了本实用新型调温式混合透明光伏管实施例中翅片体式管板传热芯条的翅片采用二维翅片板或三维翅片体时的结构示意图；

图7是图6的侧视图；图9是图8的侧视图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详述：按图1、图2所示，本实用新型调温式混合透明光伏管实施例包括透明玻璃管1、太阳能电池2、透明玻璃3、密封剂4、翅片式管板传热芯条5、导热胶6、端盖7、水汽密封胶8、导线9、固持架10、温控传感器11、加热器件12、保护气体13，透明玻璃管1内除了太阳能电池2与导线9还包括由金属导热管501与金属吸热翅片503或可替代金属吸热翅片的电池基体金属板经连接传热条带502用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条5。

透明玻璃管包括单玻管或夹层内抽成真空的双玻管，太阳能电池设置的管腔内在管口端盖7封闭处可经水汽密封胶8如丁基胶密封后内充保护气体13制成中空如：内充干燥空气和设置吸湿剂，或可内充隋性气体和置有吸氧剂，用以获得较好的抗氧化与保温特性。

透明玻璃管内还包括由金属导热管经连接传热条带金属吸热翅片共同组成的翅片式管板传热芯条，翅片式管板传热芯条在透明玻璃管内经固持架10固持，金属导热管经焊接或丁基胶密封后其连接管口从管口端盖上引出；太阳能电池连接在翅片式管板传热芯条的受光面上，太阳能电池片经相互电连接后其导线在管口端盖上引出。

所述的太阳能电池是硅电池或是各种不同类型的非硅电池。硅太阳能电池是单晶、或是多晶、或是非晶硅电池，其形式可是晶片或是带底衬的薄膜电池；各种不同类型的非硅太阳能电池可是锗、砷化镓电池等，太阳能电池片的相互连接可以是相互串接、或并接、或串并联混接，太阳能电池片经密封与相互电连接后其导线在透明玻璃管密封端口的端盖处引出。

翅片式传热芯条可是由金属导热管501经连接传热条带502与吸热翅片503的相连接、或是由金属导热管经连接传热条带与可替代金属吸热翅片的薄膜电池基体金属板如非晶硅电池的不锈钢基板相连接。太阳能电池在翅片式管板传热芯条受光面上的连接包括经电绝缘的导热胶6与金属吸热翅片的固接，电绝缘的导热胶是指以氮化铝为填充剂的环氧树脂胶粘接剂。金属吸热翅片与金属导热管的连接包括通过在背面设置一个金属衬片或连接传热条带后进行的金属精密焊接连接。金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条是指金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面之间的传热主要是通过金属吸热翅片或电池基体金属板与连接传热条带之间的焊接连接及金属导热管与连接传热条带之间的焊接连接传递的，金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面与连接传热条带的外翻连接撑边相互焊接连接，除此之外也可采用滚压等方式进行一体化融合连接，金属导热管介于金属吸热翅片或电池基体金属板和连接传热条带之间，经连接传热条带的拉夹与金属吸热翅片或电池基体金属板相连(参见图2、图3、图4、图5所示)。

金属导热管与翅片的连接平面之间的传热主要是通过翅片与连接传热条带之间的焊接连接及金属导热管与连接传热条带之间的焊接连接或粘接连接传递的，连接传热条带带有两条外翻的连接撑边，撑边的中部夹有金属导热管，翅片的连接平面与连接传热条带的外翻连接撑边相互焊接连接，通过精细焊方法的连接可采用包括超声焊、热压焊(包括热压钎焊，焊料还包括热熔性的高分子导热材料)、激光焊、电阻焊、高频焊、等离子焊、X射线焊等方法的连接。

所述的金属导热管除了采用如图1所示的直通管还可以采用其他金属液体流道管如U型管或热管。金属导热管的端口在透明玻璃管的密封端口处引出，其引出是指从透明玻璃管一端引出如采用采用金属流道管如U形管式或热管式连接引出，此时透明玻璃管只有一个密封端口，或是从玻璃管两端的引出如采用直通管式连接引出，此时透明玻璃管带有两个密封端口。

太阳能电池片可在管内与透明玻璃3经密封材料4热压封密封，此时可采用热熔性密封剂如EVA胶膜经热压密封如图1、图2所示、或是如图3所示，经单层密封剂4的密封：即在太阳能电池侧面或侧面及正表面采用单层液化密封剂如树脂胶(包括PU液化型的密封剂)或单层热固性密封剂如复合型的EVA热压合膜或其它单层热固性密封剂如环氧树脂类进行的密封。

翅片式传热芯条的翅片是包括平面或曲面在内的二维翅片板(图6、图7)、或是三维翅片体(图8、图9)，如类似于中国专利ZL02264999.9中公开的三维翅片结构，其翅片面上除了安装有太阳能电池如包括硅晶太阳能电池、非晶太阳能电池等各种不同类型的太阳能电池外，其非安装太阳能电池的翅片面上如A与B面上可带有太阳选择性吸收涂层以便更好地吸收反射辐射。

调温式混合透明光伏管的光电部分由太阳能电池5、电池导线9等组成，翅片式管板传热芯条上太阳能电池片之间的相互电连接可以是相互串接、或并接、或串并联混接，电流由太阳电池经电池导线从端盖上导出后输出。

调温式混合透明光伏管的光热调温部分由调温介质、设置在玻璃管内的金属翅片式管板传热芯条及温控传感器11、设置在玻璃管外的加热器件12等组成，调温介质液流经由直通管金属翅片式管板传热芯条的金属导热管后从透明玻璃管端盖处输出，经温控传感器控制调温介质输送泵、加热器件，由调温介质输送泵驱动与其相连接的循环管路和调温介质储存箱中的工作介质进行调温循环。

调温介质可以是水或是抗冻液或是相变传热介质等工作介质。金属液流管翅片式管板传热芯条除了采用如图1所示的直通管、还可以采用U型管式金属液体流道管或热管式等的翅片式管板传热芯条。

工作原理：设置在调温式混合透明光伏管内翅片向阳面上的太阳能硅晶等电池经日光照射后其光伏电流经玻璃管端盖上的导线处输出，同时经日光照射后调温式混合透明光伏管内的太阳能电池也逐渐产生温升，从而导致输出特性的下降，经温控传感器与调温介质输送泵在设定的控制温度下对金属导热管的端口进行调温介质输液循环冷却，则可控制玻璃管内与金属导热管相连的吸热翅片及太阳能电池温度的上升，保持电池的输出特性，反之，若采用太阳能非晶电池等受环境降温后产生光伏输出性能下降的太阳能电池，在温度低于某一定值时会导致输出特性的下降，此时启动循环管路的加热器件进行循环加温，输入温度高于太阳能电池及吸热翅片的调温介质对太阳能电池进行加热，就能控制其温度下降，保持电池的输出特性，并且，在上述两种情况下，只要调温式混合透明光伏管内太阳能电池工作温度调节保持或经日照后回升至正常范围内时，调温式混合透明光伏管都能输出调温介质液热，经换热或直接提供所需要的热水等。

以上对本实用新型的最佳应用实施例进行了说明，值得注意的是，本实用新型的应用决不限制于此，在本实用新型的范围内和不脱离本实用新型的精神下，实用新型人仍可对本实用新型作出多种修改、附加或替换。

Claims (10)

1.调温式混合透明光伏管，包括透明玻璃管与设置在管中的太阳能电池与导线，其特征在于透明玻璃管内还包括由金属导热管与金属吸热翅片或可替代金属吸热翅片的电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条，太阳能电池片连接在翅片式管板传热芯条的受光面上，经密封与相互电连接后其导线在透明玻璃管的密封端口处引出，金属导热管的端口在透明玻璃管的密封端口处引出。

2根据权利要求1所述的调温式混合透明光伏管，其特征在于所述的由金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条是指金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面之间的传热主要是通过金属吸热翅片或电池基体金属板与连接传热条带之间的精细焊接连接及金属导热管与连接传热条带之间的精细焊接连接传递的，金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面与连接传热条带的外翻连接撑边相互焊接连接，金属导热管介于金属吸热翅片或电池基体金属板和连接传热条带之间，经连接传热条带的拉夹与金属吸热翅片或电池基体金属板相连。

3根据权利要求1所述的调温式混合透明光伏管，其特征在于所述的太阳能电池的密封是指其在管内与透明玻璃经密封材料的热压封密封或是经单层密封剂的密封。

4根据权利要求3所述的调温式混合透明光伏管，其特征在于所述的单层密封剂密封是指在太阳能电池侧面或侧面及正表面采用单层液化密封剂如树脂胶包括PU液化型的密封剂、或单层热熔性密封剂如复合EVA热压合膜、或其它单层热固性密封剂如环氧树脂类进行的密封。

5根据权利要求1或2所述的调温式混合透明光伏管，其特征在于所述的太阳能电池在翅片式管板传热芯条受光面上的连接包括经电绝缘的导热胶与金属吸热翅片的固接，所述的电绝缘的导热胶是指以氮化铝为填充剂的环氧树脂胶粘接剂。

6根据权利要求1所述的调温式混合透明光伏管，其特征在于所述的透明玻璃管内可置有温控传感器。

7根据权利要求1所述的调温式混合透明光伏管，其特征在于所述的翅片式传热芯条的翅片可是包括平面或曲面在内的二维吸热翅片板、或是三维吸热翅片体。

8根据权利要求1所述的调温式混合透明光伏管，其特征在于所述的透明玻璃管包括单玻管或夹层内抽成真空的双玻管，太阳能电池设置的玻璃管腔内可制成中空，内充干燥空气或隋性气体，腔内可置有吸湿剂或吸氧剂。

9根据权利要求1所述的调温式混合透明光伏管，其特征在于所述的金属导热管的端口在透明玻璃管的密封端口处引出是指采用金属流道管如U形管式或热管式的连接引出、或是从玻璃管两端的引出如采用直通管式连接引出，透明玻璃管内可带有固持翅片式传热芯条的固持架。

10.根据权利要求1所述的调温式混合透明光伏管，其特征在于所述的太阳能电池片的相互电连接可以是相互串接、或并接、或串并联混接。

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