專利名稱：復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能利用領(lǐng)域，確切地說是復(fù)合深槽拋物面型低倍聚焦下的光伏熱
水集熱器。
背景技術(shù)：
—方面，復(fù)合拋物面型聚光器CPC(Welford and Winston, 1978)是一種依據(jù)邊緣 光線原理設(shè)計(jì)的低聚光比非成像聚光器，可將接受角范圍內(nèi)的入射光線按理想聚光比收集 到吸收體上。溫斯頓(Winston)等指出了CPC作為太陽能集熱器的潛力。而低聚光比(小 于3)的復(fù)合拋物面型聚光器(CPC)有著極大的實(shí)用性，它們不需要追蹤太陽軌跡即可接受 較大角度范圍內(nèi)的入射光并進(jìn)行聚集。瑞博爾(Rabl)給出了復(fù)合拋物面型聚光器(CPC) 的光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)的分析方法，在對(duì)幾種復(fù)合拋物面型聚光器(CPC)評(píng)估中，指出帶有平 板或圓柱型吸收體的非真空固定復(fù)合拋物面型聚光器(CPC)集熱器經(jīng)濟(jì)性能良好。由于復(fù) 合拋物面型聚光器(CPC)太陽能聚焦器有諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，地面上已經(jīng)廣泛應(yīng)用于熱水、 供暖、與太陽能光催化廢水處理、太陽能光伏發(fā)電等領(lǐng)域。 另一方面，將光伏和光熱綜合利用，是太陽能利用的一個(gè)重要方面。光伏發(fā)電效率 可以達(dá)到15%，而復(fù)合拋物面型聚光器(CPC)光熱利用可以達(dá)到55%左右，因此綜合利用 已經(jīng)成為了一個(gè)趨勢。但是當(dāng)前關(guān)于低倍聚光的復(fù)合拋物面型聚光器(CPC)光伏光熱利用 還比較少見。其中一般反射鏡采用拋物線型，吸收體上面一層為光伏電池，下面焊接一根水 管或盤管，例如瑪麗亞布羅格倫(Maria Brogren)提出的結(jié)構(gòu)，這種光伏光熱綜合利用的方 式會(huì)由于聚光比的增大或夏天光照強(qiáng)度的增大依然會(huì)一定程度上導(dǎo)致光伏電池發(fā)熱，從而 導(dǎo)致發(fā)電效率和使用壽命的下降；同時(shí)雖然水管或盤管起到了一定的降溫作用，但采用的 是直管，由于水溫的不斷上升，集熱器進(jìn)口和出口的水溫存在明顯的溫差，從而無法保證吸 收體上光伏電池在同一相近溫度下工作，導(dǎo)致整個(gè)光伏效率的下降。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決瑪麗亞布羅格倫結(jié)構(gòu)存在的無法保證吸收體上光伏電池在同一相近溫 度下工作，導(dǎo)致整個(gè)光伏效率下降的問題，本發(fā)明提供一種新結(jié)構(gòu)復(fù)合拋物面型光伏熱水 集熱器。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決是這樣的本發(fā)明中引進(jìn)了反射鏡采用拋物線型和圓漸 開線型相結(jié)合的方式，吸收體為上下面兩層光伏電池，同時(shí)采用U型管冷卻，這樣在同等聚 光比下大大減少了電池的工作溫度，進(jìn)一步提高了光伏發(fā)電效率和電池的使用壽命。
具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下 復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器包括曲面反射鏡和光伏吸收體； 所述曲面反射鏡橫截面為W型，其兩側(cè)的曲面為拋物面，其底部內(nèi)彎處的兩側(cè)曲 面為圓漸開線曲面，拋物面與圓漸開線曲面連接處光滑過渡； 所述光伏吸收體包括U型管，U型管位于兩層電池板之間，U型管與兩層電池板之間填充設(shè)有熱絕緣材料；兩層電池板的外側(cè)面分別均布設(shè)有三路光伏電池，兩層光伏電池 之間為并聯(lián)； 所述光伏吸收體水平位于曲面反射鏡中部兩側(cè)圓漸開線曲面連接處。
所述兩層電池板均為薄鋁板。 所述三路光伏電池位置分別間隔位于U型管的中部、兩側(cè)。 所述光伏電池兩側(cè)面分別設(shè)有透明復(fù)合氟塑料膜，其外側(cè)的透明復(fù)合氟塑料膜上 設(shè)有玻璃蓋板。 所述玻璃蓋板材料為透過率大于0. 9的高透過率玻璃。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面 (1)采用一種帶有拋物線和圓漸開線現(xiàn)結(jié)合的曲面反射鏡與光伏光熱相結(jié)合的方
式，低倍聚焦，不需要跟蹤，節(jié)約了大量跟蹤成本，同時(shí)利用太陽能發(fā)電和提供熱水。
(2)本發(fā)明復(fù)合拋物面型集熱器中吸熱體部分包括兩面電池板，按照光路的反射
路徑，可以充分利用光能，進(jìn)一步提高光電光熱綜合利用效率，其中被拋物線型反射鏡反射
的光一部分被上層光伏電池吸收，一部分經(jīng)過圓漸開線反射鏡反射被下層光伏電池吸收，
這樣單位電池發(fā)熱量較單面電池減少，為進(jìn)一步提高聚光比提供了可能。
(3)兩層電池板分別采用并聯(lián)的方式，避免了由于光強(qiáng)差異導(dǎo)致的光伏電池效率
下降，從而進(jìn)一步提高發(fā)電效率。 (4)兩層光伏電池之間激光焊接U型銅管和薄鋁板，U型銅管進(jìn)口和出口在一偵U， 在降低電池溫度制取熱水的同時(shí)，使吸收體的溫度梯度差異較直管要小得多，保證了光伏 電池工作溫度相近，有利于每塊光伏電池保持相近的穩(wěn)定效率。 (5)U型銅管進(jìn)出口在一個(gè)方向，管道連接方便，減少了排管線路，節(jié)約了材料。
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖， 圖2為本發(fā)明光伏吸收體結(jié)構(gòu)示意圖， 圖3為本發(fā)明工作原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
實(shí)施例 參見圖1，復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器包括曲面反射鏡和光伏吸收體2。
曲面反射鏡橫截面為W型，且位于框架1內(nèi)；其兩側(cè)的曲面為拋物面3，其底部內(nèi) 彎處的兩側(cè)曲面為圓漸開線曲面4，拋物面與圓漸開線曲面連接處光滑過渡。
參見圖2，光伏吸收體2包括U型管7， U型管7位于兩層電池板8之間，電池板8 為薄鋁板。U型管7與兩層電池板8之間填充設(shè)有熱絕緣材料5 ;兩層電池板8的外側(cè)面分 別均布安裝有三路光伏電池6，三路光伏電池6分別間隔位于U型管7的中部、兩側(cè)，兩層光 伏電池6為并聯(lián)。光伏吸收體2水平位于曲面反射鏡中部兩側(cè)圓漸開線曲面連接處。
復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器的制作工藝，包括以下步驟 (1)、制作光伏組件，將光伏電池兩側(cè)同時(shí)均勻涂滿聚乙烯-醋酸乙烯酯EVA，(EthylVinyl Acetate)，再置于兩層透明復(fù)合氟塑料膜TPT(Tedlar Polyester Tedlar) 之間，上層為高透過率玻璃，并將整體置于真空層壓機(jī)中層壓成型，檢查中間無氣泡方可繼 續(xù)； (2)、制作吸收體，將U型銅管兩側(cè)分別通過激光焊連接兩塊薄鋁板，薄鋁板表面
涂上選擇性涂層，然后在薄鋁板表面均勻涂滿硅膠，將光伏組件粘貼在上面。 (3) 、24小時(shí)后，檢查光伏組件與薄鋁板表面是否粘貼完好，光伏組件是否漏電；
然后在兩塊薄鋁板之間，即U型管壁側(cè)填充保溫層。
(4)、將光伏吸收體水平固定在曲面反射鏡中部兩側(cè)圓漸開線曲面連接處。 如圖3所示，太陽光經(jīng)過拋物面3曲面鏡反射后一部分直接照射在吸收體的上表
面，一部分經(jīng)過圓漸開線曲面4曲面鏡反射照在吸收體的下表面。吸收體上下表面分別貼
有光伏電池，部分太陽光被光伏電池吸收，產(chǎn)生電能；大部分轉(zhuǎn)化成熱能被U型銅管中的水
帶走，從而產(chǎn)生熱水。 一方面，提高了單位接收面積上的太陽能光電/光熱綜合效率；另一
方面，通過流體冷卻，降低光伏電池溫度，提高其光電效率。 本發(fā)明曲面反射鏡采用拋物面曲線和圓漸開線相結(jié)合的方式，經(jīng)過拋物面曲線發(fā) 射的太陽光大部分被上層電池吸收，經(jīng)過圓漸開線曲線反射的太陽光被下層光伏電池吸 收，它可以同時(shí)產(chǎn)生電力和熱水，更好的對(duì)光伏電池進(jìn)行冷卻，提高了光伏電池的效率。同 時(shí)根據(jù)復(fù)合拋物面的特有結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出了夾帶U型管的雙層光伏電池結(jié)構(gòu)，充分利用了光 線的反射，提高了低倍聚光下太陽能的利用率。
權(quán)利要求
復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器，包括曲面反射鏡和光伏吸收體，其特征在于所述曲面反射鏡橫截面為W型，其兩側(cè)的曲面為拋物面，其底部內(nèi)彎處的兩側(cè)曲面為圓漸開線曲面，拋物面與圓漸開線曲面連接處光滑過渡；所述光伏吸收體包括U型管，U型管位于兩層電池板之間，U型管與兩層電池板之間填充設(shè)有熱絕緣材料；兩層電池板的外側(cè)面分別均布設(shè)有三路光伏電池，上下兩層光伏電池之間為并聯(lián)；所述光伏吸收體水平位于曲面反射鏡中部兩側(cè)圓漸開線曲面連接處。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器，其特征在于所述兩層電池板均為薄鋁板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器，其特征在于所述三路光伏電池位置分別間隔位于U型管的中部、兩側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器，其特征在于所述光伏電池兩側(cè)面分別設(shè)有透明復(fù)合氟塑料膜，其外側(cè)的透明復(fù)合氟塑料膜上設(shè)有玻璃蓋板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器，其特征在于所述玻璃蓋板材料為透過率大于0. 9的高透過率玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合拋物面型光伏熱水集熱器。該集熱器包括曲面反射鏡和光伏吸收體；曲面反射鏡橫截面為W型，其兩側(cè)的曲面為拋物面，其底部內(nèi)彎處的兩側(cè)曲面為圓漸開線曲面，拋物面與圓漸開線曲面連接處光滑過渡；光伏吸收體的U型管位于兩層電池板之間，U型管與兩層電池板之間填充設(shè)有熱絕緣材料；兩層電池板的外側(cè)面分別均布設(shè)有三路光伏電池，兩層光伏電池之間為并聯(lián)；光伏吸收體水平位于曲面反射鏡中部兩側(cè)圓漸開線曲面連接處。本發(fā)明能同時(shí)產(chǎn)生電力和熱水，提高了光伏電池的效率及低倍聚焦中太陽能的利用率，不需要跟蹤，使用方便；充分利用了光線的反射，提高了低倍聚光下太陽能的利用率。
文檔編號(hào)H01L31/058GK101777597SQ20101011690
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者季杰, 李桂強(qiáng), 裴剛 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)