CN107623048A - 一种太阳能光伏光热综合利用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能光伏光热综合利用装置。本发明的技术要点是，它包括太阳能电池板；所述太阳能电池板包括从上至下依次叠放的钢化玻璃、上封装层、太阳能电池片、下封装层和上集热板；上集热板的下方设有下集热板，上集热板和下集热板之间设有换热管，下集热板下表面设有保温层，保温层的下表面、整个装置的周围侧面及钢化玻璃的上表面边缘设有背框。本发明多种传热途径和更高的管内侧换热系数使换热管的传热效率明显增加，提高了光伏光热综合利用装置的集热效率，并且能够有效降低太阳能电池的工作温度，提高光伏发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏光热综合利用技术领域，具体涉及一种具有双层集热板的太阳能光伏光热综合利用装置。
背景技术
太阳能光伏发电技术是国家大力推广的、应用前景广阔的新能源技术。根据国家能源局的统计，截至2015年底，我国光伏发电累计装机容量已达4318万千瓦，成为全球光伏发电装机容量最大的国家，年发电量392亿kWh，接近于三峡水电站年发电量的一半。
对于投射到太阳能电池板上的太阳能，只有在一定光谱范围内的太阳能可以产生光电效应，实际只有6％～15％可以转化为电能(光电转换效率受电池材料、工作温度、入射角度的影响会发生变化)，而剩下的85％以上都转化为热能，一部分排放到周围环境中，一部分使得光伏电池的工作温度升高，导致光电转换效率下降。晶体硅电池的工作温度每上升1℃，发电效率下降0.3％～0.5％。
太阳能光伏光热综合利用装置利用水冷却太阳能电池板，既提高了光伏发电效率，又利用了太阳辐射热能，提高了太阳能的综合利用效率。现有的光伏光热综合利用装置可分为两类，一类是将换热管与电池板背面的集热板粘合或焊接在一起，利用换热管吸收太阳能电池板的热量(例如：申请号为201510753157.6、201710301781.1、201610109081.8的发明专利申请)。这种结构有利于降低太阳能电池板温度和提高发电效率，传热途径主要为集热板与传热管之间的导热，但由于粘合或焊接处的传热面积小，热阻较大，导致传热效率和集热效率较低。还有一类是采用内置换热管的真空玻璃管吸收透过太阳能电池片间隙的太阳辐射(例如：申请号为201510805538.4的发明专利申请)，这种结构不能有效地吸收太阳能电池片的热量，不利于降低太阳能电池板温度和提高发电效率。因此，如何高效地吸收太阳能电池板的热量成为光伏光热综合利用技术中急需解决的问题。在申请号为201610109081.8的发明专利申请中，提出了将换热管按蛇形布置的方案(如图1所示)，按蛇形布置方案会使换热流体和电池板的温度分布出现“一边高、一边低”的不均匀现象，不利于太阳能电池板的有效冷却。因此，换热管的布置应该使太阳能电池板温度更均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有更高的传热效率和集热效率的太阳能光伏光热综合利用装置。
本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该太阳能光伏光热综合利用装置，包括太阳能电池板；所述太阳能电池板包括从上至下依次叠放的钢化玻璃、上封装层、太阳能电池片、下封装层和上集热板；上集热板的下方设有下集热板，上集热板和下集热板之间设有换热管，下集热板下表面设有保温层，保温层的下表面、整个装置的周围侧面及钢化玻璃的上表面边缘设有背框。
具体的，所述换热管通过导热胶分别与上集热板下表面和下集热板上表面粘结在一起。
进一步，在上集热板下表面未与换热管接触的区域涂有白色涂层。
具体的，所述换热管采用内螺纹铜管。
进一步，换热管内的换热介质为液态水，换热管采用一根管道，其进水口和出水口位于装置的同一侧边，整个管道路呈双回字形布置方式，其相邻横边和相邻竖边的管道中水的流向相反。
具体的，所述上集热板和下集热板采用金属薄板制成。
本发明采用上述技术方案的目的在于增加换热管外侧的传热途径和提高管内侧的换热性能。在本发明的太阳能光伏光热综合利用装置中，上集热板吸收未转化为电能的太阳辐射后温度升高，上集热板背面即下表面的白色涂层具有很高的热辐射系数和较小的热吸收系数，能够显著提高上集热板的辐射传热量，上集热板将辐射热传递给换热管和下集热板。同时，升温后的上集热板会加热夹层内的空气，下集热板吸收上集热板的辐射热和空气对流传热后温度升高，上集热板和下集热板同时向换热管导热。另外，换热管还会吸收上集热板的辐射热和空气对流传热。内螺纹铜管和双回字形布置的换热管能够增大管内流体的扰动，提高了管内侧的换热系数。多种传热途径和更高的管内侧换热系数使换热管的传热效率明显增加，提高了光伏光热综合利用装置的集热效率，并且能够有效降低太阳能电池的工作温度，提高光伏发电效率。
综上可知，本发明的太阳能光伏光热综合利用装置能够有效提高太阳能光伏和光热综合利用效率。另外，换热管采用双回字形布置方式后，相邻换热管内的流体因流向相反温差增大，这种冷热流体相间的布置方式可以使太阳能电池板的温度更均匀，冷却效果更好。
附图说明
图1是现有技术中换热管蛇形布置示意图。
图2是本发明装置的纵剖界面结构示意图。
图3是本发明装置换热管的布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
参见图2，本发明实施例的太阳能光伏光热综合利用装置，包括太阳能电池板1；太阳能电池板1包括从上至下依次叠放的钢化玻璃6、上封装层7、太阳能电池片8、下封装层9和上集热板10。从图2中可见，上集热板10的下方设有下集热板3，上集热板10和下集热板3之间通过导热胶粘结有换热管2；在上集热板10下表面未与换热管2接触的区域涂有白色涂层11，本实施例的白色涂层11采用白色丙烯酸系列涂料涂覆；上集热板10和下集热板3采用导热性能好的金属薄板制成，本实施例采用薄铝板制成；换热管2采用内螺纹铜管，换热管2内的换热介质为液态水；参见图3，换热管2采用一根管道，其进水口和出水口位于装置的同一侧边，整个管道路呈双回字形布置方式，其相邻横边和相邻竖边的管道中水的流向相反。下集热板3下表面设有保温层4，本实施例的保温层4采用酚醛泡沫制成；保温层4的下表面、整个装置的周围侧面及钢化玻璃6的上表面边缘设有背框5。
本发明能够有效地提升换热管2外侧的传热途径和提高管内侧的换热性能。上集热板10吸收未转化为电能的太阳辐射后温度升高，上集热板10背面的白色涂层11具有很高的热辐射系数和较小的热吸收系数，能够显著提高上集热板10的辐射传热量，上集热板10将辐射热传递给换热管2和下集热板3。同时，升温后的上集热板10会加热夹层内的空气，下集热板3吸收上集热板10的辐射热和空气对流传热后温度升高，上集热板10和下集热板3同时向换热管2导热。另外，换热管2还会吸收上集热板10的辐射热和空气对流传热。内螺纹铜管和双回字形布置的换热管2能够增大换热管2内流体的扰动，提高了管内侧的换热系数。
多种传热途径和更高的管内侧换热系数使该装置的传热效率明显增加。经计算，当上集热板10温度在50～55℃之间时，背面有白色涂层11的上集热板10向换热管2和下集热板3的辐射传热量可达410～460W/m2。另外，换热管2采用双回字形布置方式后，相邻换热管内的流体温差增大，这种冷热流体相间的布置方式可以使太阳能电池板1的温度更均匀，冷却效果更好。因此，本发明所采取的技术方案能够有效提高光伏光热综合利用装置的集热效率和太阳能综合利用效率，并且能够有效降低太阳能电池的工作温度，提高光伏发电效率。
Claims (6)
1.一种太阳能光伏光热综合利用装置，包括太阳能电池板；其特征在于：所述太阳能电池板包括从上至下依次叠放的钢化玻璃、上封装层、太阳能电池片、下封装层和上集热板；上集热板的下方设有下集热板，上集热板和下集热板之间设有换热管，下集热板下表面设有保温层，保温层的下表面、整个装置的周围侧面及钢化玻璃的上表面边缘设有背框。
2.根据权利要求1所述太阳能光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述换热管通过导热胶分别与上集热板下表面和下集热板上表面粘结在一起。
3.根据权利要求1或2所述太阳能光伏光热综合利用装置，其特征在于：在上集热板下表面未与换热管接触的区域涂有白色涂层。
4.根据权利要求1所述太阳能光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述换热管采用内螺纹铜管。
5.根据权利要求1或4所述太阳能光伏光热综合利用装置，其特征在于：换热管内的换热介质为液态水，换热管采用一根管道，其进水口和出水口位于装置的同一侧边，整个管道路呈双回字形布置方式，其相邻横边和相邻竖边的管道中水的流向相反。
6.根据权利要求1所述太阳能光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述上集热板和下集热板采用金属薄板制成。
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