專利名稱：太陽能利用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1所述的太陽能聯(lián)用面板的實(shí)施形式，該面板一方面被用來最大化電能的獲得，同時(shí)使得大部分入射到模塊上的能量在熱學(xué)上得到利用，還涉及權(quán)利要求16所述的用于此的方法。
背景技術(shù)：
太陽能如今主要以兩種方式在技術(shù)上被利用，亦即熱和電方面。在最簡單的情況下，熱利用在于，入射到暗體上的太陽輻射將該暗體加熱，該熱能借助于熱傳遞媒質(zhì)被輸送到熱消耗器上。因此在輻射強(qiáng)度為lkW/m2的情況下，利用簡單裝置可以利用該能量的40%， 利用昂貴的太陽能收集器可以利用該能量高達(dá)80%。在電利用方面，目的在于把整個(gè)太陽能輻射的盡可能多的部分轉(zhuǎn)化為電流。這通過使用太陽能電池來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前由硅構(gòu)成的整合在所謂的太陽能面板上的大面積太陽能電池，可以根據(jù)設(shè)計(jì)將整個(gè)輻射的約5%至20% 轉(zhuǎn)換成直流，也即約50W/m2至200W/m2。整個(gè)輻射的其余95%至80%以不理想的方式對(duì)面板和包含在面板內(nèi)的太陽能電池進(jìn)行加熱，由此將其效率降低高達(dá)約0. 5% /°C。沒有被電利用的能量由周圍環(huán)境吸收，因此沒有被廣泛利用。如果利用兩種能量類型，電太陽能面板和熱收集器還通常并排布置和分開使用。近些年來，各個(gè)企業(yè)嘗試將面板組合到聯(lián)用面板(也稱PVT面板-光伏熱面板)。 這里，在表面典型地約為Im2的共用的、通常被特殊隔離的外殼中，既有按照常規(guī)面板的太陽能電池裝置，也有空氣熱交換器或水熱交換器，由此節(jié)省構(gòu)造面積和相應(yīng)地還節(jié)省建造材料。為此，建造特殊的面板外殼，該外殼更重、龐大和昂貴，因此該技術(shù)還少為推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于建議一種新穎的構(gòu)造形式，其基于標(biāo)準(zhǔn)模塊并利用以下方面來實(shí)現(xiàn)-采用不同模塊制造商的商用模塊，其中具有基礎(chǔ)設(shè)施的太陽能電池通常被建造到作為支撐體的玻璃板上，-減少模塊的熱部分的比重和體積，-由于給所需的熱交換器使用標(biāo)準(zhǔn)材料而具有低的制造成本，-自由選擇冷卻劑，尤其是可以用工業(yè)水冷卻(或加熱)，-模塊的冷運(yùn)行，用于提高太陽能轉(zhuǎn)換的效率，-加熱模式下的運(yùn)行，用于融化雪和冰覆蓋層以便提高電流產(chǎn)出。該任務(wù)通過一種太陽能聯(lián)用面板來實(shí)現(xiàn)，利用該太陽能面板，一方面最大化電能的獲得，同時(shí)還使入射到模塊上的能量的大部分得到利用。在此，并不主要注意熱效率，譬如通過對(duì)面板表面去冰和由此實(shí)現(xiàn)更長久地曝曬于太陽輻射來改善電效率或電流產(chǎn)出是處在突出地位。由于面板的相對(duì)差的電效率，通常反正有非常大的面積用于熱利用。


下面借助于附圖來詳細(xì)闡述本發(fā)明。圖1示出了具有熱交換器和隔離的無框架太陽能聯(lián)用面板的背視圖。圖2示出了圖1的側(cè)視圖。圖3示出了具有熱接觸管的鋁粘結(jié)板的截面圖。圖4示出了具有鋸齒形布置的金屬管的太陽能聯(lián)用面板的背視圖的一部分。圖5示出了作為第二實(shí)施例的太陽能聯(lián)用面板的背視圖。
具體實(shí)施例方式借助于圖1所示的無框太陽能面板來展示結(jié)構(gòu)原理，其中該附圖同時(shí)還用作為第一實(shí)施例。具有約lm*l. 3m尺寸的無框太陽能面板10表現(xiàn)為按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施為屋頂集成的大磚瓦。為搭在上面的磚瓦設(shè)置條形的重疊區(qū)1(=遮蔽區(qū))。在太陽能面板的背面迂回地設(shè)有金屬管2，優(yōu)選為鋁管，其流有冷卻液體、優(yōu)選為水，并構(gòu)成熱交換器。在重疊區(qū)，在管末端4、4’上設(shè)有端子3、3’，太陽能面板通過該端子與冷卻回路相連接。在重疊區(qū)1中另外還有電連接箱7。在重疊區(qū)1的外部，太陽能面板具有大致正方形或矩形的鋁制熱分配片或熱收集片5，它們幾乎無縫地覆蓋了整個(gè)剩余的、需要冷卻的面板面積。在熱收集片5上有鋁粘結(jié)板6，在該鋁粘結(jié)板內(nèi)粘結(jié)了鋁管2。鋁粘結(jié)板6用于將鋁管2與熱收集片5進(jìn)行熱接觸，并在稍后作詳細(xì)說明。圖2示出了圖1的側(cè)視圖。可以看到無框太陽能面板10、位于重疊區(qū)的端子3、以及鋁管2。在鋁粘結(jié)板上方可以選擇性地裝設(shè)熱學(xué)的背面絕緣8，利用它阻止過度的熱損失。替代管子的鋁，考慮其他良好導(dǎo)熱的金屬?？梢韵胍?，除了鋁外還可以采用銅、鐵、鋼及其合金。除了導(dǎo)熱性外，延性、固定性和可加工性具有重要的意義。圖3用截面示出了具有熱接觸的管2的鋁粘結(jié)板。鋁粘結(jié)板6具有0. 5-2mm的厚度并且在中心具有溝道9。圖4示出了具有鋸齒形布置的金屬管的太陽能聯(lián)用面板的背視圖的一部分?？梢钥吹浇饘俟?、端子3、3’、電連接箱7和鋁粘結(jié)板6。在鋁粘結(jié)板6上對(duì)角地布置金屬管，其中利用約90度的管彎度產(chǎn)生金屬管的鋸齒形布置。下面講述熱交換器的制造。太陽能模塊的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)通常由幾毫米厚的玻璃板構(gòu)成，其作為太陽能電池的機(jī)械支撐體。太陽能電池與處于電池之間的電連接一起被嵌入到熔膜中。模塊的背面層(覆蓋層)通常由可靠的塑料膜構(gòu)成，該塑料膜同樣固定地與模塊夾層相連接。覆蓋層首先被粘結(jié)到大量的薄鋁板，該鋁薄板被用作熱收集片5并吸收入射到電池上的熱量的大部分。為了將熱膨脹壓力保持為小的，所述的板以約為板側(cè)面尺寸的的小側(cè)面間隔被安裝到覆蓋層上。為此，在約0. 1-0. 3mm的微小層厚內(nèi)使用一種有良好粘結(jié)能力和持久彈性的粘結(jié)劑。有利的是，將單個(gè)板大小與模塊內(nèi)使用的太陽能電池的尺寸大致匹配。所使用的粘結(jié)劑具有0. 7-2. 0、優(yōu)選1. Off/mK的導(dǎo)熱性。在熱收集片5中收集的熱現(xiàn)在必須被傳遞給冷卻管或鋁管2。為了保持低的溫度降，采用0. 5-2mm厚的被形成溝道的鋁粘結(jié)板6，其通過導(dǎo)熱的粘結(jié)劑與冷卻管相連接。鋁粘結(jié)板6在它的那一方通過盡可能薄的粘結(jié)層同樣半彈性地與熱收集片5相連接。由此一方面產(chǎn)生了從模塊到冷卻水的足夠好的熱連接，另一方面可靠地固定了冷卻管。在所述的情況下，水連接點(diǎn)4、4’位于電連接箱7旁邊的左和右側(cè)。為了避免通過背面層造成過度的熱損失，該背面層可以連同冷卻管裝置利用隔熱的構(gòu)件或背面絕緣8進(jìn)行封閉。在將鋁管2和鋁粘結(jié)板6與模塊或其背面層連接時(shí)，必須考慮所涉材料的熱膨脹。 這里，最緊要的措施是實(shí)現(xiàn)將熱交換器結(jié)構(gòu)與基本模塊的某種機(jī)械去耦合。為了保持小的膨脹力，冷卻管迂回形必須盡可能被劃分為多個(gè)子線路，這些子線路從一個(gè)管彎部到下一個(gè)管彎部的長度通常小于模塊的狹長面的一半。另外，所有粘結(jié)借助于持久彈性的粘結(jié)劑來實(shí)現(xiàn)，以便該結(jié)構(gòu)允許十分之幾毫米的延伸，而不會(huì)對(duì)太陽能模塊施加不允許的彎力。試驗(yàn)表明，這種要求可以通過適當(dāng)選擇冷卻管迂回形的幾何形狀、粘結(jié)材料彈性以及選擇粘結(jié)縫厚度來滿足。優(yōu)選地，通過對(duì)角地引導(dǎo)冷卻管可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力的降低并提高在冷卻水和太陽能模塊的支撐體玻璃之間的允許溫差，如圖4所示。鋁板的導(dǎo)熱粘結(jié)在這里與上文所述相類似地進(jìn)行。另外，替代于避免復(fù)雜的管引導(dǎo)，或作為避免復(fù)雜的管引導(dǎo)的補(bǔ)充，可以使粘結(jié)縫能在粘結(jié)板與冷卻管之間移動(dòng)，其方式是管在粘結(jié)前用一種非常薄的硅層(例如導(dǎo)熱膏) 進(jìn)行處理。由此避免了固定的粘結(jié)，使得產(chǎn)生一種滑動(dòng)座位，從而在偶然出現(xiàn)熱-機(jī)械極限應(yīng)力時(shí)，所述的管可以在粘結(jié)板的溝道內(nèi)進(jìn)行稍許移動(dòng)。由此保持熱接觸。在比上述示例性太陽能聯(lián)用面板更大的情況下，冷卻裝置可以有益地被劃分成多個(gè)面積部分，其中該面積部分之一至多對(duì)應(yīng)于上述實(shí)施例的尺寸。太陽能聯(lián)用面板的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式采用被形成溝道的金屬熱收集片，由此可以放棄使用金屬粘結(jié)板。模塊的運(yùn)行。規(guī)定通過循環(huán)水來冷卻模塊的熱部分，所述循環(huán)水優(yōu)選地具有約25-30度的更低的溫度。由此，一方面(如上所述)將電轉(zhuǎn)換效率保持在高的值，另一方面最小化了在熱膨脹中的偏差，并由此還無需為被增大的溫度范圍動(dòng)用昂貴的塑料或粘結(jié)材料。如果模塊由于上述原因以正常溫度運(yùn)行，則可以優(yōu)選地通過熱泵來進(jìn)行熱利用。在夏季運(yùn)行時(shí)，進(jìn)一步有益的是，借助于地?zé)崽结樆虻責(zé)岽鎯?chǔ)器將剩余熱導(dǎo)入地中，或者(如果有的話)導(dǎo)入蓄水器(如湖)中，或者也可以通過水-空氣-熱交換器導(dǎo)入周圍環(huán)境空氣中，其中這些方法根據(jù)使用地點(diǎn)可以任何組合。在冬季運(yùn)行時(shí)，在探針或熱交換器的相應(yīng)設(shè)計(jì)的情況下，可以短時(shí)間地將熱用于太陽能模塊的化冰目的。優(yōu)選地，冬季運(yùn)行約在50度進(jìn)行，以便利用盡可能多的熱和需要少量的功率用于熱泵，或者可以完全不用泵。優(yōu)選地，夏季運(yùn)行約在25度進(jìn)行，以便保持盡可能高的電效率。圖5示出了作為第二實(shí)施例的太陽能聯(lián)用面板的背視圖。這里，太陽能面板由 6*10個(gè)正方形的150mm*150mm的電池組成。在模塊背面，在電池區(qū)域粘結(jié)了 150mm*150mm 的厚1.0mm的鋁制熱收集片。熱交換器被設(shè)計(jì)為雙向引導(dǎo)的外徑為8mm的鋁管，其中鋁管總是引導(dǎo)通過鋁制熱收集片兩次。迂回形引導(dǎo)的第一鋁管12、12’與迂回形引導(dǎo)的第二鋁管13、13’交替，使得第一鋁管12和第二鋁管13兩者均被引導(dǎo)通過每個(gè)鋁制熱收集片5。 利用連接器15連接第一和第二鋁管。通過鋁管的這種雙向引導(dǎo)通過鋁制熱收集片，最小化了導(dǎo)熱距離，這被證明是非常有利的。在溝道9、9’中裝入的鋁管因此具有一個(gè)移動(dòng)座位， 這用箭頭14表示。該移動(dòng)座位主要有助于解決太陽能聯(lián)用面板的橫向上的膨脹問題。在太陽能聯(lián)用面板的縱向上，膨脹通過鋁管的許多直角的彎曲來解決。熱交換器在縱向上作用就好像一個(gè)彈簧。熱交換器由泡沫注塑體(未示出)包圍或被嵌入在其內(nèi)。這里，泡沫注塑體構(gòu)成熱交換器的支撐體并典型地為20mm厚。在該實(shí)施例中，通過采用商用的光伏模塊(PVM)(例如I DS太陽能股份公司，索非亞，保加利亞)，將太陽能模塊分成塊或分成段被證明是非常有利的。一方面利用這種分成塊，另一方面利用熱交換器的構(gòu)造，可以戰(zhàn)勝熱膨脹的問題。這導(dǎo)致熱交換器到太陽能面板或到光伏模塊的力傳遞被最小化。通過采用鋁，為太陽能聯(lián)用面板產(chǎn)生一種輕的構(gòu)造方式， 同時(shí)制作成本低。這種太陽能聯(lián)用面板的電部分可以用于電網(wǎng)饋電和獨(dú)立工作(例如24V)，熱部分可以用于工業(yè)設(shè)備作為加工熱量，如在干草器和烘干設(shè)備 中。
權(quán)利要求
1.太陽能聯(lián)用面板，其由太陽能面板和熱交換器構(gòu)成，其特征在于，在太陽能面板 (10)的背面有一種管狀的熱交換器，使得太陽能面板能持續(xù)地在最佳溫度范圍被操作以改善電流產(chǎn)出，太陽能面板在其背面的覆蓋膜上具有多個(gè)熱分配片或熱收集片(5)，其被設(shè)置為熱收集器并被粘結(jié)在背面的覆蓋膜上，a)熱收集片( 具有至少一個(gè)溝道(9)，或b)在熱收集片(5)上粘結(jié)有具有至少一個(gè)溝道(9)的金屬粘結(jié)板㈩)，在金屬粘結(jié)板的溝道中粘結(jié)有金屬管O)，該金屬管形成熱交換器的冷卻或加熱回路，由此能達(dá)到熱交換器到太陽能面板的力傳遞最小化。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，金屬管O)、熱收集片(5)和金屬粘結(jié)板(6)由鋁、銅、鐵、鋼或其合金制成，優(yōu)選由鋁制成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，金屬管(2)呈迂回形或鋸齒形布置。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，金屬粘結(jié)板(6)具有 0. 5至2. Omm的厚度。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，在溝道區(qū)域，在金屬粘結(jié)板(6)和金屬管(2)之間的熱連接利用導(dǎo)熱良好的粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求5所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，粘結(jié)劑具有0.7-2. 0、優(yōu)選1. Off/ mK的導(dǎo)熱性。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，熱收集器(5)與金屬粘結(jié)板(6)具有0. 1-1. Omm的薄層的半彈性粘結(jié)。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，除了加熱/冷卻管裝置外還裝有隔熱的背面絕緣(8)，以便防止通過背面層的過度熱損失。
9.如權(quán)利要求1至8之一所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，金屬管(2)被導(dǎo)入熱收集器( 兩次，以便最小化導(dǎo)熱距離。
10.如權(quán)利要求1至9之一所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，金屬管O)由迂回形引導(dǎo)的第一鋁管(12，12’)和迂回形引導(dǎo)并交替布置的第二鋁管(13，13’)組成，其中第一鋁管(1 和第二鋁管(1 均導(dǎo)過每個(gè)熱收集片(5)。
11.如權(quán)利要求8至10之一所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，背面絕緣(8)由作為熱交換器的支撐體的泡沫注塑體構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求1至11之一所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，金屬管(2)被裝入在被形成溝道的金屬粘結(jié)板(6)的溝道內(nèi)，可移動(dòng)十分之幾個(gè)毫米以補(bǔ)償熱膨脹。
13.如權(quán)利要求1至12之一所述的太陽能聯(lián)用面板，其特征在于，太陽能面板(10)分段式地存在，并由多個(gè)光伏模塊(PVM)組成。
14.如權(quán)利要求1至13之一所述的太陽能聯(lián)用面板用于電網(wǎng)饋電和獨(dú)立工作的用途。
15.如權(quán)利要求1至13之一所述的太陽能聯(lián)用面板用于工業(yè)設(shè)備，如在干草器和烘干設(shè)備中的用途。
16.用于制造如權(quán)利要求1至13之一所述的太陽能聯(lián)用面板的方法，其特征在于，太陽能面板的背面的覆蓋膜與多個(gè)熱收集片( 粘結(jié)，將金屬管( 裝入被形成溝道的金屬粘結(jié)板(6)中并與之粘結(jié)，將金屬管O)與所述被形成溝道的金屬粘結(jié)板(6) —起放置和粘結(jié)到所述熱收集片(5)上。
17.如權(quán)利要求16所述的制造太陽能聯(lián)用面板的方法，其特征在于，采用泡沫注塑體作為背面絕緣(8)。
全文摘要
太陽能聯(lián)用面板，其由太陽能面板和熱交換器構(gòu)成，在太陽能面板(10)的背面有一種管狀的熱交換器，使得太陽能面板能持續(xù)地在最佳溫度范圍被操作以改善電流產(chǎn)出。太陽能面板在其背面的覆蓋膜上具有多個(gè)熱分配片或熱收集片(5)，其被設(shè)置為熱收集器并被粘結(jié)地設(shè)置。在熱收集片(5)上同樣粘結(jié)有被形成溝道的金屬粘結(jié)板(6)，在幾何上在金屬粘結(jié)板的溝道中粘結(jié)有金屬管(2)，使得由此能達(dá)到熱交換器到太陽能面板的力傳遞最小化。描述了用于制造太陽能聯(lián)用面板的方法。
文檔編號(hào)H01L31/058GK102160194SQ200980121977
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月10日
發(fā)明者A·斯托夫 申請(qǐng)人:Ids控股股份有限公司