基于分形换热器的聚光太阳能光电光热一体化系统的制作方法

本实用新型属于太阳能发电技术领域，具体涉及基于分形换热器的聚光太阳能光电光热一体化系统。

背景技术：

传统太阳能光伏发电在利用率上较低，光电转化效率为10％-20％,其它大部分能量以热能形式散失。直接采用单晶硅发电的太阳能利用效率较低，而且太阳能电池板的成本较高。

与独立的光伏发电和热利用相比，太阳能光伏光热一体化PV/T(Photovoltaic Thermal，光电/光热)系统具有相对较高的综合利用率。采用聚光太阳能光伏发电技术可以降低发电成本，提高系统的热电综合能量利用效率。但聚光条件下会使电池温度升高，一定程度上降低电池光电转换效率和电池使用寿命。

为了降低电池温度，目前常规的冷却方式有被动式自然冷却和主动式冷却，如水冷或强制风冷，上述冷却方式冷却效果差，会在电池表面形成比较大的温差，降低电池的光电转化效率。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种基于分形换热器的聚光太阳能光电光热一体化系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

基于分形换热器的聚光太阳能光电光热一体化系统，包括支撑装置、PV/T模块、聚光模块和水循环模块；

所述支撑装置包括架体和支撑杆，所述支撑杆上端固定有万向节，所述聚光模块与所述万向节固定连接，所述支撑杆下端固定在所述架体上，所述PV/T模块放置在所述架体上且位于所述聚光模块下方；

所述PV/T模块，所述PV/T模块为光电/光热模块(Photovoltaic Thermal)，所述PV/T模块包括绝热纤维棉、玻璃外罩、太阳能电池板和分形换热器，所述分形换热器一端设有进水口，所述分形换热器另一端设有出水口，所述绝热纤维棉铺设在所述分形换热器底部，所述太阳能电池板放置在所述分形换热器上面，所述太阳能电池板和所述分形换热器通过导热胶连接，所述玻璃外罩罩在所述太阳能电池板上方；

所述水循环模块包括恒温水槽、智能水温控制器、进水管、出水管、流量计、第一压力表和第二压力表，所述智能水温控制器与所述恒温水槽连通，所述进水管一端与所述恒温水槽连通，所述进水管另一端与所述分形换热器的出水口连通，所述出水管一端与所述恒温水槽连通，所述出水管另一端与所述分形换热器的进水口连通，所述流量计和所述第一压力表设置在所述出水管上，所述第二压力表设置在所述进水管上。

优选地，还包括数据采集模块，所述数据采集模块包括数据采集仪、辐射测量仪和计算机，所述分形换热器上开设有测温孔，所述测温孔内插有热电偶，所述数据采集仪与所述计算机及所述热电偶通过导线电连接，所述辐射测量仪与所述太阳能电池板及所述数据采集仪通过导线电连接。

优选地，所述太阳能电池板外接一个电阻或灯泡。

优选地，所述聚光模块为复合抛物面聚光器或菲涅尔透镜。

本实用新型提供的基于分形换热器的聚光太阳能光电光热一体化系统结构简单合理，将太阳能电池板与分形换热器相粘合，太阳能电池板上加封装玻璃外罩，将PV/T模块放置在太阳光下，一方面太阳能电池板不断吸收聚光模块的能量，温度升高；另一方面，分形换热器流通传热工质，使得分形换热器对太阳能电池板不断冷却，传热工质不断升温，使得太阳能电池板散热均匀。

该系统采用廉价的聚光材料取代昂贵的太阳能电池板来增大采光面积，同时结合分形换热器来为聚光后的高温太阳能电池板冷却，对冷却后的传热工质充分利用，提高了太阳能电池使用寿命、光能转换效率和电池散热均匀，为太阳能电池的普及应用创造了有利条件，该系统体积小、制造成本低、便于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的基于分形换热器的聚光太阳能光电光热一体化系统的结构示意图；

图2为PV/T模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本实用新型提供了基于分形换热器的聚光太阳能光电光热一体化系统，具体如图1和图2所示，包括支撑装置、PV/T模块11、聚光模块6和水循环模块，本实施中聚光模块6为复合抛物面聚光器或菲涅尔透镜。

支撑装置包括架体17和支撑杆18，支撑杆18上端固定有万向节，聚光模块6与万向节固定连接，支撑杆18下端固定在架体17上，PV/T模块11放置在架体17上且位于聚光模块6下方。本实施例中，万向节为现有元件，可实现360度旋转，由于光线的方位角会随时变化，通过万向节可调节聚光模块6的空间位置，进而调节聚光强度和光斑形状，在聚光模块6聚焦时应该防止局部高温“热斑”现象发生，损坏太阳能电池板。

PV/T模块11包括绝热纤维棉11、玻璃外罩12、太阳能电池板13和分形换热器14，本实施例中分形换热器14为现有分形树枝通道换热器，其内部设有分形分叉网络管路，分形换热器14在每个分支下都有2个小分支，分形换热器14上下通道结构相同，最后通过流体通过最末端的小孔连接起来，形成一个一端设有进水口、另一端设有出水口的换热器，由于分形换热器的通道尺寸是逐级减小的，工质中应避免大颗粒物存在而堵塞管道。绝热纤维棉11铺设在分形换热器14底部，太阳能电池板13放置在分形换热器14上面，太阳能电池板13和分形换热器14通过导热胶连接，玻璃外罩12罩在太阳能电池板13上方。

水循环模块包括恒温水槽1、智能水温控制器19、进水管15、出水管16、流量计8、第一压力表7和第二压力表9，智能水温控制器19与恒温水槽1连通，进水管15一端与恒温水槽1连通，进水管15另一端与分形换热器14的出水口连通，出水管16一端与恒温水槽1连通，出水管16另一端与分形换热器14的进水口连通，流量计8和第一压力表7设置在出水管16上，第二压力表9设置在进水管15上。本实施例中智能水温控制器19为现有元件，通过智能水温控制器19来对恒温水槽1中的水进行加热、冷却、测温等进而调节设定水的温度。

进一步地，为了方便采集数据，本实施例中还包括数据采集模块，数据采集模块包括数据采集仪3、辐射测量仪4和计算机5，分形换热器14上开设有测温孔，测温孔内插有热电偶，数据采集仪3与计算机5及热电偶通过导线电连接，辐射测量仪4与太阳能电池板13及数据采集仪3通过导线电连接，辐射测量仪4采集太阳能电池板13的电压信号并将其传递给数据采集仪3，数据采集仪3再将采集到的信号发送给计算机5。

本实施例中，太阳能电池板13外接一个电阻或灯泡，用万用电表2测量电阻的电压或电流。。

本聚光太阳能PV/T系统的工作原理为：

当光线透过聚光模块6后折射到PV/T模块10的玻璃外罩12上，透过玻璃外罩12，最后被太阳能电池板13吸收；在太阳能电池板13上加盖玻璃外罩12的目的是减小太阳能电池板13与环境之间的对流传热；恒温水槽1输送恒温水，由于水在强制对流下的传热系数高，可将PV/T模块10产生的热量及时带走并对太阳能电池板13冷却，恒温水槽1中的水吸热后升温，升温后的水可充分利用；数据采集仪3将采集的数据最后汇总到计算机5进行后处理。整个过程中即能利用太阳能电池板的电能，又能利用传热工质的热能，同时采用廉价的聚光方式节省了发电成本。

以上所述实施例仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本实用新型的保护范围。