一种自动水冷型光伏系统的制作方法

本发明涉及光伏与光热领域，具体地说是一种自动水冷型光伏系统。

背景技术：

光伏组件在标准条件下光电转换率为8%～17%，还有超过70%的太阳能未被利用，且光伏组件的温度对其发电效率又很大影响，在光照强度一定条件下，当光伏组件自身的温度升高，其发电功率下降，例如对于晶体硅太阳电池，温度每提高1℃，输出功率减少0.4％～0.6％。

为了降低光伏组件温度以提高其发电效率，现有技术采用在光伏组件背面设置余热回收系统（水冷系统或风冷系统）来降低光伏组件背面的温度，该方式虽然可降低光伏组件的温度，但余热回收系统的应用成本和运行能耗较高，且回收的余热温度较低，在很多场合应用不上，局限性很大，以致目前余热回收系统在光伏系统中应用较少。其实，光伏组件在发电时正面的温度远大于背面，降低光伏板正面的温度对光伏组件发电效率的提高效果更大，现有技术为了不影响光伏板正面发电只能降低光伏组件背面的热量来降低光伏组件的温度，以致光伏组件余热回收时的运行能耗较高和热回收效果较差。

光伏组件在太阳光辐射强度相同的情况下，其发电效率不仅与温度相关，还与太阳光的照射角度相关，太阳光与光伏组件表面越垂直，其发电效率和发电功率就越高，为了充分利用太阳光，现有技术多采用倾角调节结构来调节光伏组件的角度以提高光伏组件的发电效率和发电功能，虽然该技术应用效果较好，但应用成本和维护成本较高。

另外，由于光伏板在不同的天气情况下板温各不相同，现有技术为了有效回收光伏板的热量，在使用时往往安装温度监测系统和控制装置，这些设备虽然可以较好地控制余热回收系统回收光伏板的热量，但在分布式光伏项目中应用成本很高，单一个太阳能总辐射表就要好几千，且由于安装在室外，长期使用易出现故障，维护较为麻烦，例如，一个普通的农村屋顶光伏项目，总投资为2万多，如果增加监测系统和控制装置，投资费用将大幅提高。

目前，现有技术还缺乏在几乎不影响光伏组件发电的情况下低成本地自动提高光伏组件的发电效率和发电功率的技术。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种自动水冷型光伏系统，该系统在光伏板的光照强度与温度均较高时可自动将冷水通入光伏板正面以降低光伏板的温度，大大提高了光伏板的余热回收效果和发电效率，有效降低了余热回收系统的应用成本和运行能耗。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种自动水冷型光伏系统，包括第一光伏板、余热回收系统和自动通断电系统，所述第一光伏板包括透光结构、下部光伏板和铝边框，所述下部光伏板与透光结构之间设置有中空层，所述中空层四周分别设有铝隔条，所述铝隔条外侧设有密封胶；所述余热回收系统包括第一水管、设置在第一水管上的常闭型电磁阀、第二水管、设置在第二水管上的常开型电磁阀和储水箱，所述第一水管的进水口连通供水口，出水口设置在所述中空层的右下部，所述第二水管的进水口设置在所述中空层的左下部，出水口设置在所述储水箱内；所述自动通断电系统包括设置在铝合金边框上的第二光伏板、设置在第一光伏板一侧的供电装置和通断电结构，所述第二光伏板的第一接线端与通断电结构的第一接线端电线连接，第二接线端与通断电结构的第二接线端电线连接，所述供电装置的第一接线端分别与常开型电磁阀的第一接线端、常闭型电磁阀的第一接线端电线连接；所述通断电结构的第三接线端分别与常开型电磁阀的第二接线端、常闭型电磁阀的第二接线端电线连接，第四接线端与供电装置的第二接线端电线连接，用于在所述第二光伏板的发电功率大于预设发电功率时连通所述通断电结构从而使所述常开型电磁阀通电闭合和所述常闭型电磁阀通电打开，还用于在所述第二光伏板的发电功率小于或等于预设发电功率时断开所述通断电结构从而使所述常开型电磁阀断电打开和所述常闭型电磁阀断电闭合。

进一步地，所述透光结构为弯曲玻璃，所述弯曲玻璃包括弧形中部和平面边部。

进一步地，所述弧形中部的最高点位于所述弧形中部的左侧位置。

进一步地，所述透光结构为平面玻璃。

进一步地，所述第二光伏板倾斜布置，其左端的高度大于右端。

进一步地，所述下部光伏板包括透光玻璃、上eva胶膜层、太阳能电池、下eva胶膜层和背板。

进一步地，所述通断电结构包括绝缘部件、固定安装在所述绝缘部件顶部的电磁铁块、第一铁块、第二铁块、与第一铁块电线连接的第三接线端、与第二铁块电线连接的第四接线端、弹簧、移动铁块和用于所述移动铁块上下移动的定位孔，所述第一铁块安装在所述绝缘部件的左上部且与所述电磁铁块间隔第一预设距离的位置，所述第二铁块安装在所述绝缘部件的右上部且与所述电磁铁块间隔第一预设距离的位置，所述弹簧的上端固定在所述移动铁块的下部，下端固定在所述定位孔的底部，所述移动铁块至少具有第一位置，在处于第一位置时分别与第一铁块、第二铁块接触从而使所述通断电结构连通，在不处于第一位置时分别与第一铁块、第二铁块分离从而使所述通断电结构断开，所述电磁铁块具有第一接线端和第二接线端，用于在所述第二光伏板的发电功率大于预设发电功率时使所述移动铁块移动到第一位置，还用于在第二光伏板的发电功率小于或等于预设发电功率时使所述移动铁块不移动到第一位置。

本发明的有益效果：

（1）通过在第一光伏板上侧设置透光结构和将第一光伏板与透光结构之间四周密封的方式形成中空层，并设置余热回收系统将供水口中的水通入中空层内进行余热回收，在几乎不影响光伏板发电效率的同时有效提高了余热回收系统的热利用率；

（2）通过第二光伏板的发电功率大小来自动控制通断电结构的连通和断开，在通断电结构自动连通时将供水口的冷水通入中空层内以降低光伏板温度和回收光伏板的余热，在通断电结构自动断开时将中空层内回收的热水自动通入储水箱内，使光伏板在较强太阳光照射且温度较高的情况下板温可自动降低以提高其发电效率；

（3）光伏板水冷降温无需安装相应的温度监测系统和控制装置，通过通断电结构就可实现相应的自动控制，该通断电结构长期在室外使用不易出现故障，且应用成本较低，进一步降低了光伏系统的投资成本；

（4）将冷水通入光伏板正面吸收高温热量，使回收的热水温度较高，无需二次加热就可直接使用，进一步提高了用户使用热水的便捷性。

附图说明

图1为自动水冷型光伏系统在中空层内无水时的第一结构示意图。

图2为自动水冷型光伏系统在中空层内有水时的第一结构示意图。

图3为弯曲玻璃的结构示意图。

图4为自动水冷型光伏系统的第二结构示意图。

图5为下部光伏板的构造示意图。

图6为冷水箱式供水口的结构示意图。

图7为自动通断电系统的硬件连接示意图。

图8为通断电结构在断开时的结构示意图。

图9为通断电结构在连通时的结构示意图。

附图标记说明：1-弯曲玻璃，2-第二光伏板，3-铝边框，4-常闭型控制阀，5-第一水管，6-下部光伏板，7-铝隔条，8-密封胶，9-常开型电磁阀，10-第二水管，11-储水箱，12-中空层，13-供电装置，14-通断电结构，15-电磁铁块，16-第二铁块，17-移动铁块，18-弹簧，19-定位孔，20-第一铁块，21-绝缘部件，22-冷水箱，23-水泵，24-平面透光玻璃，101-平面边部，102-弧形中部。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

在现有技术中，太阳光在一天中的不同时间具有不同的照射方向，光伏板在发电时受到不同照射方向的太阳光，在相同的光照强度下，太阳光照射方向越垂直与光伏板正面，光伏板的发电效率和发电功率都越高，其中，光伏板在上午受到东向倾斜的太阳光，在中午受到南向垂直与光伏板的太阳光，在下午受到西向倾斜的太阳光，此外，一天中太阳光的光照强度和光伏板周围的空气温度一般在11点-14点时间段最高，光伏板因温度升高而损失的发电功率在该时间段最大，在对光伏板降温和余热回收时应重点考虑该时间段。

参见图1至图9，本实施例提供了一种自动水冷型光伏系统，包括第一光伏板、余热回收系统和自动通断电系统，所述第一光伏板包括透光结构、下部光伏板6和铝边框3，所述下部光伏板6与透光结构之间设置有中空层12，所述中空层12四周分别设有铝隔条7，所述铝隔条7外侧设有密封胶8。

具体地，下部光伏板6的组成和构造与现有技术中的光伏板相似，现有技术中的光伏板包括钢化玻璃、上eva胶膜层、太阳能电池、下eva胶膜层、背板和铝边框，其中，铝边框用于保护和固定连接组件，本发明中的光伏板用透光结构与透光玻璃密封组成的中空玻璃替代现有技术光伏板中的钢化玻璃，其余部件的组成与连接与现有技术相同。

需要说明的是，本实施例中的第一光伏板数量可以是多个，第一水管的出水口设置多个，分别设置在相应的第一光伏板中，第二水管的进水口也设置多个，分别设置在相应的第一光伏板中，多个光伏板同时吸收热量并将吸收后的热水输送至储水箱中。

优选地，所述透光结构为弯曲玻璃1，弯曲玻璃1最好采用超白热弯玻璃，所述弯曲玻璃1包括弧形中部102和平面边部101，其中，所述弧形中部102的最高点（图3中h位置）最好位于所述弧形中部102的左侧位置。

优选地，所述透光结构为平面玻璃。

优选地，所述下部光伏板6包括透光玻璃、上eva胶膜层、太阳能电池、下eva胶膜层和背板，其中，由于所述透光玻璃上侧还设有弯曲玻璃，所述透光玻璃的厚度不用太大，最好为0.4～2mm。

所述余热回收系统包括第一水管5、设置在第一水管上的常闭型电磁阀4、第二水管10、设置在第二水管上的常开型电磁阀9和储水箱11，所述第一水管5的进水口连通供水口，出水口设置在所述中空层12的右下部，所述第二水管10的进水口设置在所述中空层12的左下部，出水口设置在所述储水箱内，其中，当第一光伏板倾斜设置时，第一水管5的出水口设置在中空层12的上部，第二水管10的进水口设置在中空层12的下部。需要说明的是，所述铝隔条、密封胶和铝边框上分别设有用于与第一水管和第二水管安装位置相对应的通孔。

具体地，所述常闭型电磁阀4在通电时打开，断电时关闭，所述常开型电磁阀9在通电时关闭，断电时打开，所述供水口可以是自来水进水口，且自来水具有一定的水压，也可以是设有水泵23的冷水箱22（图6所示），第一水管5的进水口直接与水泵23连通，其中，水泵23为带有压力传感器的水泵，水泵在第一水管的水压过大时自动断电关闭。

所述自动通断电系统包括设置在铝合金边框上的第二光伏板2、设置在第一光伏板一侧的供电装置13和通断电结构14，所述第二光伏板2的第一接线端与通断电结构14的第一接线端电线连接，第二接线端与通断电结构14的第二接线端电线连接，所述供电装置13的第一接线端分别与常开型电磁阀9的第一接线端、常闭型电磁阀4的第一接线端电线连接；所述通断电结构14的第三接线端分别与常开型电磁阀9的第二接线端、常闭型电磁阀4的第二接线端电线连接，第四接线端与供电装置13的第二接线端电线连接，用于在所述第二光伏板的发电功率大于预设发电功率时连通所述通断电结构从而使所述常开型电磁阀通电闭合和所述常闭型电磁阀通电打开，还用于在所述第二光伏板的发电功率小于或等于预设发电功率时断开所述通断电结构从而使所述常开型电磁阀断电打开和所述常闭型电磁阀断电闭合。其中，通断电结构14连通时，供电装置13给常开型电磁阀9和常闭型电磁阀4供电，常开型电磁阀9通电闭合和所述常闭型电磁阀4通电打开，此时供水口中的冷水通入中空层内进行降温，通断电结构14断开时，供电装置13不给常开型电磁阀9和常闭型电磁阀4供电，常开型电磁阀9断电打开和所述常闭型电磁阀4断电闭合，此时供水口中的冷水不通入中空层，且中空层内的热水流入储水箱内。

具体地，所述供电装置13最好为光伏供电系统，用于常开型电磁阀9和常闭型电磁阀4的供电，通断电结构14设置在供电装置13与常开型电磁阀9、常闭型电磁阀4的连接线上，用于控制常开型电磁阀9和常闭型电磁阀4的打开与闭合，其中，通断电结构14的连通与断开根据第二光伏板的发电功率进行自动控制，由于第二光伏板的发电功率主要由照射到第二光伏板表面的太阳光辐射强度确定，在实际应用中，可根据照射到第二光伏板表面的太阳光辐射强度来实现常开型电磁阀9和常闭型电磁阀的自动控制。

优选地，所述第二光伏板2倾斜布置，其左端的高度大于右端，即光伏板的正面朝向太阳光西向照射的位置。

具体地，由于一天中太阳光的光照强度和光伏板周围的空气温度一般在11点-14点时间段最高，为了更好地降低光伏板的温度和吸收光伏板的热量，第二光伏板2的发电功率最好在该时间段大于预设发电功率。

优选地，所述通断电结构14包括绝缘部件21、固定安装在所述绝缘部件顶部的电磁铁块15、第一铁块20、第二铁块16、与第一铁块电线连接的第三接线端、与第二铁块电线连接的第四接线端、弹簧18、移动铁块17和用于所述移动铁块上下移动的定位孔19，所述第一铁块20安装在所述绝缘部件21的左上部且与所述电磁铁块15间隔第一预设距离的位置（绝缘部件左上部开设第一定位孔，第一铁块安装在该第一定位孔中），所述第二铁块16安装在所述绝缘部件21的右上部且与所述电磁铁块15间隔第一预设距离的位置（绝缘部件右上部开设第二定位孔，第一铁块安装在该第二定位孔中），所述弹簧18的上端固定在所述移动铁块17的下部，下端固定在所述定位孔19的底部，所述移动铁块17至少具有第一位置，在处于第一位置时分别与第一铁块20、第二铁块16接触从而使所述通断电结构连通，在不处于第一位置时分别与第一铁块20、第二铁块16分离从而使所述通断电结构断开，所述电磁铁块15具有第一接线端和第二接线端，用于在所述第二光伏板的发电功率大于预设发电功率时使所述移动铁块17移动到第一位置，还用于在第二光伏板的发电功率小于或等于预设发电功率时使所述移动铁块17不移动到第一位置。

具体地，第二光伏板2发的电主要用于电磁铁块15通入电流产生吸引磁场拉动移动铁块17向上移动，移动铁块15根据第二光伏板的发电功率大小自动移动到相应的位置。

在第二光伏板不发电时，电磁铁块15不通入电流，移动铁块17不受电磁铁块15吸引移动到第二位置（图8中的位置），此时移动铁块17与第一铁块20、第二铁块16不接触，通断电结构断开。

在第二光伏板的发电功率小于或等于预设发电功率时，电磁铁块15虽然通入电流，但由于通入电流不大，产生的吸引力小于弹簧的拉力，移动铁块17移动到第一位置与第二位置之间的位置，此时移动铁块17与第一铁块20、第二铁块16不接触，通断电结构断开。

在第二光伏板的发电功率大于预设发电功率时，电磁铁块15通入较大的电流，产生的吸引力大于弹簧的拉力，移动铁块17受到电磁铁块15的吸引移动到第一位置（图9中的位置），此时移动铁块17与第一铁块20、第二铁块16互相接触，通断电结构连通。

需要说明的是，本实施例中的通断电结构并不仅限与上述结构，其他根据第二光伏板的发电功率实现通断电结构的连通与断开的结构均在本发明的保护范围之内。例如，在上述通断电结构中，可无需设置第一铁块，将第三接线端与移动铁块电线连接。

在本实施例中，通过设置在光伏板正面中空层的水来回收光伏板的余热，并利用预设形状的水的光线折射性来改变照射到光伏板上的太阳光的照射角度，使光伏板的发电效率进一步提高。

由于对于晶体光伏板而言，温度超过25°c时,温度每提高1℃，输出功率减少0.4％～0.6％，光伏板在实际发电时，很多时候板温都超过25°c,尤其是在夏季，高的时候板温会达到50°c左右，导致光伏板的发电效率很低，在光照强度充足的夏季不能有效提高光伏板的发电功率，本实施例中重点回收夏季光伏板发电时板温在50°c左右的时间段，该时间段光伏板的发电效率受高温影响降低较多。

基于上述原理，本实施例中通过在光伏板正面设置水层来降低光伏板的温度，厚度较小的水层太阳光透射率在90%以上，在光伏板正面的太阳光光照强度较大时，水层虽然会一定程度降低照射到光伏板表面的光照强度，但通过水层以降低光伏板温度而增加的光伏板发电功率远大于光照强度降低而损失的发电功率，同时弧形状的水层（可看成水制作而成的半凸透镜）在太阳光倾斜照射时还可改变太阳光的照射方向，使垂直照射到光伏板正面的太阳光光照强度进一步增强，有效提高了光伏板的发电效率。

另外，由于光伏板的温度和周围的空气温度主要受太阳光的辐射强度影响，太阳光辐射强度越大，光伏板的表面越需要降温，本发明中通过设置小尺寸的第二光伏板来判断太阳光的辐射强度，在太阳光辐射强度很大时，第二光伏板的发电功率就会大于预设发电功率从而使供水口的冷水进入中空层进行降温和余热回收，在太阳光强度较小时，第二光伏板的发电功率就会小于或等于预设发电功率从而使中空层内的热水流入储水箱内或中空层内不通入冷水进行降温，整个过程无需安装相应的温度监测系统和控制装置，通过通断电结构就可实现相应的自动控制，该通断电结构长期在室外使用不易出现故障，且应用成本较低。

本发明的保护范围并不局限于上述描述，任何在本发明的启示下的其它形式产品，不论在形状或结构上作任何改变，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均在本发明的保护范围之内。