一種熱管式光伏光熱構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱管式光伏光熱構(gòu)件，包括玻璃蓋板、串并聯(lián)成排的太陽能電池片、封裝材料TPT、用于吸收太陽光譜紅外波段的太陽光譜選擇性吸收涂層、管板式吸熱板、保溫層和型材外框，玻璃蓋板、太陽能電池片、封裝材料TPT和太陽光譜選擇性吸收涂層從上至下依次層壓貼合；管板式吸熱板主要由板體和設(shè)置在板體下板面上的集熱管組成，集熱管的橫截面為向下凸出的弧形；板體的上板面固定在太陽光譜選擇性吸收涂層的下表面上從而構(gòu)成一結(jié)實板狀體；保溫層包覆在管板式吸熱板的下板面上并由底板承托，與結(jié)實板狀體共同固定在型材外框中。本發(fā)明減小空氣夾層，提高了熱轉(zhuǎn)換效率；集熱管道為弧形，可增加接觸面積并增強承壓，保證構(gòu)件長期穩(wěn)定運行。
【專利說明】一種熱管式光伏光熱構(gòu)件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種熱管式光伏光熱構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能的開發(fā)利用是節(jié)約化石能源和保護(hù)環(huán)境的重要途徑，其中太陽能熱利用和太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已得到快速發(fā)展。在太陽能熱利用中，多以中低溫利用為主，以達(dá)到加熱、干燥和熱水等目的。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能，在目前光伏市場上以晶體硅太陽電池為主，其技術(shù)亦趨于成熟。
[0003]晶體硅太陽電池作為主流光伏發(fā)電產(chǎn)品，但是受制于Si的材料特性，晶體硅太陽電池的吸收截止波長在IlOOnm左右，只能利用太陽光譜中20%左右的能量，其余能量將轉(zhuǎn)換為熱能使電池溫度升高。隨著電池溫度升高，晶體硅太陽電池隨溫度變化的負(fù)效應(yīng)明顯，這在一定程度上進(jìn)一步降低了晶體硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。同時，復(fù)雜的晶體硅太陽電池生產(chǎn)工藝使得光伏系統(tǒng)成本遠(yuǎn)高于太陽能熱水系統(tǒng)。因此，為了降低光伏系統(tǒng)的成本和提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率，在20世紀(jì)70年代提出了光伏光熱一體化的概念，這種光伏光熱一體化結(jié)構(gòu)多是太陽電池和太陽能熱水系統(tǒng)相結(jié)合，整個光伏光熱一體化系統(tǒng)在提高光電轉(zhuǎn)換效率的同時又可以充分利用其余太陽光的能量實現(xiàn)中低溫?zé)崂?，從而提高整個系統(tǒng)對太陽能的綜合利用率，具有非常重要的實際價值。
[0004]中國授權(quán)發(fā)明專利《一體式太陽能光伏光熱板》(ZL201010264858.0)，公開了一種光伏光熱一體化結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)存在以下缺陷:光伏組件上部和玻璃蓋板相結(jié)合，其下部與太陽能吸熱板間留有一定厚度的空氣層，因空氣的導(dǎo)熱系數(shù)很低，因此空氣層很大程度上阻礙了熱量的傳遞，使整個系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)換效率降低。
[0005]中國授權(quán)發(fā)明專利《太陽能熱電一體化電站屋頂》(ZL200910234712.9)和《太陽能光伏電池高效散熱裝置及熱電聯(lián)供系統(tǒng)》(ZL200910260246.1)公開的光伏光熱一體化結(jié)構(gòu)，太陽能電池板與太陽能吸熱板的結(jié)合采用了直接或間接粘合，避免了因空氣夾層這一主要熱阻造成的熱量損失。但是，這兩種光伏光熱一體化結(jié)構(gòu)所存在的共同缺點是:由于受到太陽能吸熱板材質(zhì)的限制，使得這兩種結(jié)構(gòu)的光伏光熱系統(tǒng)只能吸收部分波段的太陽光譜，并不能實現(xiàn)對太陽光的充分利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可完全吸收太陽光譜、能夠增強熱轉(zhuǎn)換效率、實現(xiàn)對太陽光的充分利用、保證構(gòu)件長期穩(wěn)定運行的熱管式光伏光熱構(gòu)件。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn):一種熱管式光伏光熱構(gòu)件，其特征在于:包括玻璃蓋板、串并聯(lián)成排的太陽能電池片、封裝材料TPT、用于吸收太陽光譜紅外波段的太陽光譜選擇性吸收涂層、管板式吸熱板、保溫層和型材外框，其中，所述玻璃蓋板、太陽能電池片、封裝材料TPT和太陽光譜選擇性吸收涂層從上至下依次層壓貼合；所述管板式吸熱板主要由板體和設(shè)置在板體下板面上的集熱管組成，所述集熱管的橫截面為向下凸出的弧形，與板體共同形成用于冷卻介質(zhì)流動的通道，所述板體的上板面固定在太陽光譜選擇性吸收涂層的下表面上從而構(gòu)成一結(jié)實板狀體；所述保溫層包覆在管板式吸熱板的下板面上并由底板承托，與所述結(jié)實板狀體共同固定在所述型材外框中。
[0008]本發(fā)明太陽光譜選擇性吸收涂層對太陽輻射波長(0.3-2.5 μ m)具有高的吸收率(0.90-0.94)，而其本身的熱輻射發(fā)射率(0.08-0.10)低，可實現(xiàn)太陽光譜中紅外波段的完全吸收，因此與晶體硅太陽電池(該電池對太陽光譜的截止吸收波長為1.1ym)結(jié)合可以實現(xiàn)對太陽光譜的完全吸收。而且將太陽能電池片和太陽光譜選擇性吸收涂層材料以及熱管式吸熱板組合使用，減小空氣夾層，提高了熱轉(zhuǎn)換效率；集熱管道的橫截面為弧形，在增加接觸面積的同時增強了構(gòu)件的承壓，可以保證構(gòu)件長期穩(wěn)定運行。
[0009]作為本發(fā)明的一種實施方式，所述集熱管成組設(shè)置，每組中的集熱管并列排布并對應(yīng)位于一排太陽能電池片的下方，且該組集熱管沿著該排太陽能電池片的延伸方向設(shè)置。
[0010]本發(fā)明所述每組中的集熱管的數(shù)量為I?3個，優(yōu)選為2個。
[0011]本發(fā)明所述集熱管對應(yīng)的圓心角范圍為180?360°。
[0012]本發(fā)明所述板體和集熱管為一體擠壓成型制成。
[0013]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在所述管板式吸熱板的板體的下板面上設(shè)有壓條，所述壓條的兩端固定在所述型材邊框上，且所述壓條沿著每排太陽能電池片的延伸方向設(shè)置將管板式吸熱板緊壓在所述太陽光譜選擇性吸收涂層上。
[0014]作為本發(fā)明的一種實施方式，所述太陽光譜選擇性吸收涂層主要由銅板芯、依次沉積在銅板芯上的高金屬含量層吸收層、低金屬含量層吸收層和減反射層組成，其中，所述銅板芯的上表面作為紅外反射層。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述太陽光譜選擇性吸收涂層是以NiCr合金為靶材，采用磁控濺射法，在銅板芯上依次沉積所述高金屬含量層吸收層、低金屬含量層吸收層和減反射層，形成具備光譜選擇性的NiCr涂層。
[0016]本發(fā)明所述的玻璃蓋板、太陽能電池板、封裝材料TPT和太陽光譜選擇性吸收涂層各相鄰層之間分別通過導(dǎo)熱膠粘合。太陽能電池片和太陽光譜選擇性吸收涂層之間采用封裝材料TPT和導(dǎo)熱膠，達(dá)到絕緣導(dǎo)熱作用。導(dǎo)熱膠可以采用EVA或者PVB等太陽能電池片常用材料。
[0017]本發(fā)明所述熱管式吸熱板采用銅材料制成，即所述板體為銅板，所述集熱管為銅管；所述冷卻介質(zhì)是防凍高效吸熱冷卻介質(zhì)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果:
[0019]⑴本發(fā)明太陽光譜選擇性吸收涂層對太陽輻射波長(0.3-2.5 μ m)具有高的吸收率(0.90-0.94)，而其本身的熱輻射發(fā)射率(0.08-0.10)低，可實現(xiàn)太陽光譜中紅外波段的完全吸收，因此與晶體硅太陽電池(該電池對太陽光譜的截止吸收波長為1.1ym)結(jié)合可以實現(xiàn)對太陽光譜的完全吸收。而且將太陽能電池片和太陽光譜選擇性吸收涂層材料以及熱管式吸熱板組合使用，減小空氣夾層，提高了熱轉(zhuǎn)換效率；集熱管道的橫截面為弧形，在增加接觸面積的同時增強了構(gòu)件的承壓，可以保證構(gòu)件長期穩(wěn)定運行。
[0020]⑵太陽能電池片和太陽光譜選擇性吸收涂層之間采用封裝材料TPT和導(dǎo)熱膠，達(dá)到絕緣導(dǎo)熱作用。[0021]⑶本發(fā)明集熱管內(nèi)采用防凍高效吸熱冷卻介質(zhì)，克服冬天結(jié)凍問題，適應(yīng)各種環(huán)境。
[0022]⑷本發(fā)明可安裝于屋頂或墻面上，安裝在屋頂上時可采用覆蓋式或嵌入式，安裝在外墻上時，可采用壁掛式。因此本發(fā)明可適應(yīng)于多種安裝場合。
[0023](5)本發(fā)明以太陽能的綜合利用為準(zhǔn)，構(gòu)件通過NiCr涂層材料對紅外的吸收可以降低電池組件的溫度系數(shù)，從而提高組件功率輸出，最終在保證發(fā)電效率的同時提高熱效率，并將建筑一體化的思想融入設(shè)計中，可實現(xiàn)屋頂?shù)拇笠?guī)模集成安裝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0025]圖1是本發(fā)明的局部剖視圖；
[0026]圖2是本發(fā)明的俯視圖；
[0027]圖3是本發(fā)明的橫截面示意圖；
[0028]圖4是圖3中A局部放大示意圖。
【具體實施方式】
[0029]如圖1?4所示，是本發(fā)明一種熱管式光伏光熱構(gòu)件，它包括玻璃蓋板1、串并聯(lián)成排的太陽能電池片2、封裝材料TPT3、用于吸收太陽光譜紅外波段的太陽光譜選擇性吸收涂層4、管板式吸熱板5、保溫層12和型材外框10，其中，太陽能電池片2是單晶硅串并聯(lián)組成的太陽能電池片。玻璃蓋板1、太陽能電池片2、封裝材料TPT3和太陽光譜選擇性吸收涂層4從上至下依次層壓貼合；管板式吸熱板5主要由板體51和設(shè)置在板體51下板面上的集熱管6組成，集熱管6的橫截面為向下凸出的弧形，與板體51共同形成用于冷卻介質(zhì)流動的通道再經(jīng)由匯流管外接換熱水箱加熱水體，熱管式吸熱板采用銅材料制成，即板體51為銅板，集熱管6為銅管。集熱管6成組設(shè)置，每組中的集熱管并列排布并對應(yīng)位于一排太陽能電池片的下方，且該組集熱管沿著該排太陽能電池片的延伸方向設(shè)置。在集熱管道的排列上，考慮了電池和管道內(nèi)徑因尺寸上的差異造成的換熱效果差，以及實際工作中太陽電池表面溫度呈現(xiàn)中間高兩邊低的趨勢，在本實施例中，每組中的集熱管的數(shù)量為2個，集熱管的橫截面為圓弧形，其對應(yīng)的圓心角范圍為180度，即集熱管是圓形半管。板體51和集熱管6為一體擠壓成型制成，避免了因激光焊接或超聲波焊接造成的熱阻和牢固等問題，其集熱管道的弧形結(jié)構(gòu)設(shè)計一方面增大了集熱管道與高效選擇性吸收涂層的接觸面積，增強傳熱，另一方面增強了整個構(gòu)件的承重，保證構(gòu)件長期穩(wěn)定運行。板體51的上板面固定在太陽光譜選擇性吸收涂層4的下表面上從而構(gòu)成一結(jié)實板狀體；保溫層12包覆在管板式吸熱板的下板面上并由底板承托，與結(jié)實板狀體共同固定在型材外框10中。在本實施例中，底板采用鋁板11 ;保溫層12采用橡塑板。匯流管分別連接進(jìn)口管道8和出口管道9用于連接換熱水箱，冷卻介質(zhì)為防凍高效吸熱冷卻介質(zhì)。
[0030]在管板式吸熱板的板體的下板面上設(shè)有壓條7，壓條7的兩端固定在型材邊框10上，且壓條10沿著每排太陽能電池片的延伸方向設(shè)置將管板式吸熱板5緊壓在太陽光譜選擇性吸收涂層4上，而使二者緊密貼合。太陽光譜選擇性吸收涂層主要由銅板芯、依次沉積在銅板芯上的高金屬含量層吸收層、低金屬含量層吸收層和減反射層組成，其中，光亮的銅板芯的上表面作為紅外反射層。太陽光譜選擇性吸收涂層是以NiCr合金為靶材，采用磁控濺射法，在紅外發(fā)射層光亮的銅板芯上依次沉積高金屬含量層吸收層、低金屬含量層吸收層和減反射層，形成具備光譜選擇性的NiCr涂層。該太陽光譜選擇性吸收涂層對太陽輻射波長(0.3-2.5 μ m)具有高的吸收率(0.90-0.94)，而其本身的熱輻射發(fā)射率(0.08-0.10)低，可實現(xiàn)太陽光譜中紅外波段的完全吸收，因此與晶體硅太陽電池(該電池對太陽光譜的截止吸收波長為l.lym)結(jié)合可以實現(xiàn)對太陽光譜的完全吸收。
[0031]參見圖4，玻璃蓋板1、太陽能電池板2、封裝材料TPT3和太陽光譜選擇性吸收涂層4各相鄰層之間分別通過導(dǎo)熱膠14粘合，其中，太陽能電池板2和玻璃蓋板1、封裝材料TPT3之間的導(dǎo)熱膠采用EVA或PVB13等太陽能電池片常用材料。封裝材料TPT由外層保護(hù)層PVF、中間層及內(nèi)層PVF組成，其中，外層保護(hù)層PVF具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力，中間層為聚脂薄膜具有良好的絕緣性能，內(nèi)層PVF需經(jīng)表面處理和EVA具有良好的粘接性能。太陽能電池片和太陽光譜選擇性吸收涂層之間采用封裝材料TPT和導(dǎo)熱膠，達(dá)到絕緣導(dǎo)熱作用。
[0032]本發(fā)明的工作過程是:太陽光經(jīng)玻璃蓋板I后一部分由單晶硅太陽能電池片2吸收，另一部分透過電池間隙最終到太陽光譜選擇性吸收涂層4 ;單晶硅太陽能電池片2吸收太陽光后，在將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的同時產(chǎn)熱，并通過熱傳導(dǎo)和輻射換熱的方式將熱量傳給太陽光譜選擇性吸收涂層4 ;同時，透過電池間隙的太陽光被太陽光譜選擇性吸收涂層4吸收后轉(zhuǎn)化為熱能。之后，太陽光譜選擇性吸收涂層4的熱量經(jīng)由管板式吸熱板5傳導(dǎo)至集熱管6上，將集熱管6 (銅管)中的防凍液加熱，加熱的防凍液通過相變傳熱與換熱水箱中的水進(jìn)行熱交換。而集熱管6內(nèi)冷卻介質(zhì)的循環(huán)流動可將單晶硅太陽能電池片2和太陽光譜選擇性吸收涂層4所產(chǎn)生的熱量不斷帶走，最終使水溫達(dá)到一定值。
[0033]本發(fā)明的實施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明集熱管對應(yīng)的圓心角范圍為180?360° ;保溫層也可以采用玻璃棉等其它保溫材料；太陽能電池片還可以是多晶硅、非晶硅或者其他材料電池等；集熱管還可以為其它排布方式。因此本發(fā)明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種熱管式光伏光熱構(gòu)件，其特征在于:包括玻璃蓋板、串并聯(lián)成排的太陽能電池片、封裝材料TPT、用于吸收太陽光譜紅外波段的太陽光譜選擇性吸收涂層、管板式吸熱板、保溫層和型材外框，其中，所述玻璃蓋板、太陽能電池片、封裝材料TPT和太陽光譜選擇性吸收涂層從上至下依次層壓貼合；所述管板式吸熱板主要由板體和設(shè)置在板體下板面上的集熱管組成，所述集熱管的橫截面為向下凸出的弧形，與板體共同形成用于冷卻介質(zhì)流動的通道，所述板體的上板面固定在太陽光譜選擇性吸收涂層的下表面上從而構(gòu)成一結(jié)實板狀體；所述保溫層包覆在管板式吸熱板的下板面上并由底板承托，與所述結(jié)實板狀體共同固定在所述型材外框中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式光伏光熱構(gòu)件，其特征在于:所述集熱管成組設(shè)置，每組中的集熱管并列排布并對應(yīng)位于一排太陽能電池片的下方，且該組集熱管沿著該排太陽能電池片的延伸方向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱管式光伏光熱構(gòu)件，其特征在于:所述每組中的集熱管的數(shù)量為I?3個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱管式光伏光熱構(gòu)件，其特征在于:所述集熱管對應(yīng)的圓心角范圍為180?360°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱管式光伏光熱構(gòu)件,其特征在于:所述板體和集熱管為一體擠壓成型制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5任一項所述的熱管式光伏光熱構(gòu)件,其特征在于:在所述管板式吸熱板的板體的下板面上設(shè)有壓條，所述壓條的兩端固定在所述型材邊框上，且所述壓條沿著每排太陽能電池片的延伸方向設(shè)置將管板式吸熱板緊壓在所述太陽光譜選擇性吸收涂層上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱管式光伏光熱構(gòu)件，其特征在于:所述太陽光譜選擇性吸收涂層主要由銅板芯、依次沉積在銅板芯上的高金屬含量層吸收層、低金屬含量層吸收層和減反射層組成，其中，所述銅板芯的上表面作為紅外反射層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱管式光伏光熱構(gòu)件，其特征在于:所述太陽光譜選擇性吸收涂層是以NiCr合金為靶材，采用磁控濺射法，在銅板芯上依次沉積所述高金屬含量層吸收層、低金屬含量層吸收層和減反射層，形成具備光譜選擇性的NiCr涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱管式光伏光熱構(gòu)件，其特征在于:所述的玻璃蓋板、太陽能電池板、封裝材料TPT和太陽光譜選擇性吸收涂層各相鄰層之間分別通過導(dǎo)熱膠粘合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱管式光伏光熱構(gòu)件，其特征在于:所述熱管式吸熱板采用銅材料制成，即所述板體為銅板，所述集熱管為銅管；所述冷卻介質(zhì)是防凍高效吸熱冷卻介質(zhì)。
【文檔編號】F24J2/48GK103591708SQ201310539314
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】梁宗存, 鄭慶琳 申請人:中山大學(xué)