专利名称：一种便于维修和拆换的建筑pv/t复合系统的制作方法
技术领域：
本技术涉及太阳能建筑光伏(即PV)构件的维修、拆换和PV构件背面的热能收集， 具体是一种便于维修和拆换的建筑PV/T复合系统，通过简单易行的弹簧连接件、热收集管道系统将光伏/热水电池组件与建筑结合，同时避免复杂的线路连接，实现太阳能光伏/热水建筑一体化。
背景技术：
光伏电池组件简称PV构件，可以制成不同形状，而组件又可以串联或并联连接， 以适应电力和建筑形式要求。由于光伏电池组件安装后长时间处于无人监控状态，所以需要定期检查、维修和护理，对于损坏的光伏组件给予更换，保证光电转换正常进行。值得一提的是，大多数PV阵列的光电转换效率在很大程度上受温度的影响，随着工作环境温度的升高，其效率会大大降低。同样，光伏阵列的使用寿命在较高的运行温度下也会降低。如果要提高光伏发电效率和PV阵列寿命，实践证明，应该尽可能降低阵列的温度。另外，安装在建筑上的PV阵列，对建筑的热负荷和冷负荷有积极和消极的影响。因此，提升PV热工性能是当前光伏行业面临的一大挑战，也是未来PV组件在光伏建筑中得到推广应用的基本条件。BIPV/T (光伏/集热建筑一体化)是在BIPV的基础上发展来的，也可以说是新一代的 BIPV，具有实用价值和创新意义。如果将太阳能的光能和热能结合在一个系统下，即光伏/集热(PV/T)系统，那么就可以部分取代常规电能的使用。这对解决近年来愈趋严重的能源和环境问题具有重大意义。业内人士一致认为设计一种光伏/集热(PV/T)系统，提高建筑光电转化效率的同时，还将热量回收利用，这无论对光伏产业的推广还是对建筑的性能的提高都有较大的诱惑力。对于PV/T集热器的分类有多种，且各有特色。见于报道的PV/T集热器有平板型和聚光型。平板型PV/T集热器由于结构简单、易与建筑结合，故其研究较聚光型PV/T集热器广泛。根据集热器冷却介质的不同，PV/T集热器可以分为PV/T-W集热器(冷却介质为液体，其中，水是常见的冷却介质)和PV/T-a集热器(冷却介质为空气)。通常，PV/T-a集热器的冷却流道截面要比PV/T-w集热器的大，而效率比PV/T-w集热器低很多。PV/T-w集热器对冷却液要求很高，一般的市政自来水由于容易结垢，难以满足要求。改进方法是使用高热容的、且流动流畅的、不会结垢的集热液，然后再通过热交换器把热量交换出去。由此可见，PV/T-w集热器(冷却介质为集热液)是在众多的PV/T集热器类型中最具前景的一个。
发明内容
本技术的目的在于提供一种便于维修和拆换的、冷却介质为集热液的建筑PV/T 复合系统。本技术的便于维修和拆换的建筑PV/T复合系统，其特征在于，包括光伏/热水电池组件1、支撑钢架2 ；支撑钢架2内设置有电缆、热传导液热流管道和热传导液冷流管道； 在光伏电池组件上复合了一层热收集毛细管14形成光伏/热水电池组件1 ；两个上弹簧连接模块3安装在光伏/热水电池组件1的一侧，下固定连接模块9安装在所述光伏/热水电池组件1的另一侧；光伏/热水电池组件1的正负极电路接触点设置在一个弹簧连接模块3的端部；热收集毛细管14具有位于另一个弹簧连接模块3处的热收集毛细管输入输出端口 4 ；光伏/热水电池组件1通过两个上弹簧连接模块3和下固定连接模块9连接在支撑钢架2上，正负极电路接触点与电缆电连接，热收集毛细管输入输出端口 4分别和热传导液冷流管道接口 20、热传导液热流管道接口 19对应连接。本技术的有益效果与现有技术相比，本技术不但设计简单、方便、灵活，安装成本低，而且可以利用光伏电池板背面的热量，并提高建筑光伏发电效率，在推广太阳能光伏建筑应用方面具有较大意义，能进一步推进建筑节能的创新应用。上述的建筑PV/T复合系统，所述上弹簧连接模块3由两个C形钢片四、两个弹簧 30和一个滑块31构成；C形钢片四被固定在光伏/热水电池组件1上，滑块31两端分别滑动设置在两个C形钢片四的一内侧面上；弹簧30的两端分别与C形钢片四的另一内侧面和滑块固定。上述的建筑PV/T复合系统，热传导液热流管道和热传导液冷流管道均为绝热管道。上述的建筑PV/T复合系统，在所述支撑钢架2上设置有与上弹簧连接模块3和下固定连接模块9对应的光伏/热水电池组件1的连接孔洞25、26 ；支撑钢架2内电缆的电路接触点设置在与一个上弹簧连接模块3对应的连接孔洞25内；热传导液冷流管道接口 20 和热传导液热流管道接口 19设置在与另一个上弹簧连接模块3对应的连接孔洞25处的凹槽内。 上述的建筑PV/T复合系统，它还包括位于设置在支撑钢架2的两端的电-液汇总型钢5，电-液汇总型钢5内设置有总电路和热传导液总管道，总电路与电缆线连接；热传导液总管道分别与热传导液热流管道和热传导液冷流管道相通。上述的建筑PV/T复合系统，热收集毛细管14、热传导液热流管道和热传导液冷流管道内流动的是不存在冻结的热传导液。上述的建筑PV/T复合系统，热收集毛细管14为铜管或铝管，并且为同心线圈的双螺旋结构。所述热收集管道系统包括光伏/热水电池组件上的热收集毛细管14、热传导液输送管道27和电-液汇总型钢5上的电缆和热传导液输送管道。所述热收集毛细管14和热传导液输送管道27之间通过热传导液热流输出端口 7、热传导液冷流输入端口 8和热传导液热流管道接口 19、热传导液冷流管道接口 20连接。所述热传导液输送管道27包括热传导液热流输出管道22和热传导液冷流输入管道23，管道均具有保温隔热性能。所述热传导液输送管道27先将同一水平层上的光伏/热水电池组件1并联，然后再被并联到电-液汇总型钢5上的热传导液输送管道，通向热水设备系统。所述热收集管道系统内流动的是不存在冻结的热传导液，如熔盐——钠硝酸盐和钾的混合物等。与光伏电池板12紧贴在一起的热收集毛细管14为高导热的铜管或铝管， 并且为同心线圈的双螺旋结构。
图1为一种便于维修和拆换的建筑PV/T复合系统示意图； 图2为本技术中光伏/热水电池组件结构示意图3为上弹簧连接模块示意图； 图4为光伏/热水电池组件正面轴侧图； 图5为光伏/热水电池组件背面轴侧图6为本技术中光伏/热水电池组件的同心线圈双螺旋结构的热收集毛细管示意图； 图7为本技术中热传导液管道输入输出接口示意图； 图8为本技术中支撑钢架示意图； 图9为本技术中支撑钢架示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本技术做进一步描述
如图1所示，一种便于维修和拆换的建筑PV/T复合系统，包括光伏/热水电池组件1、 支撑钢架2以及热收集管道系统观。所述的建筑PV/T复合系统是在“一种便于维修和拆换的建筑PV构件”的基础上， 对光伏电池组件复合了一层热收集毛细管14，从而形成了光伏/热水电池组件1。同时在支撑钢架2上增加了一套热传导液输送管道系统，并通过两个上弹簧连接模块3分别将光伏/热水电池组件1与电路系统和热传导液输送管道系统连接。光伏/热水电池组件1通过上弹簧连接模块3和下固定连接模块9连接在支撑钢架2上。各光伏/热水电池组件1 之间的电路以串联或并联的方式连接，并与以并联的方式连接的热传导液管道一起聚集到电-液汇总型钢5，从而与建筑和控制设备紧密结合。光伏/热水电池组件1通过支撑钢架 2和电-液汇总型钢5与建筑紧密结合，不需要专业工作人员和特殊专用拆卸工具，就能实现光伏/热水电池组件的安装和拆卸。如图2所示，所述光伏/热水电池组件1包括上弹簧连接模块3、下固定连接模块 9、玻璃盖板10、密封填充材料11、光伏电池片12、吸热材料13、热收集毛细管14、隔热层 15、铝背板16、铝边框17和热收集毛细管输入输出端口 4。所述上弹簧连接模块3安装在光伏/热水电池组件1的一侧，所述下固定连接模块9安装在所述光伏/热水电池组件1 的另一侧。所述光伏/热水电池组件1的放置方式(横放或纵放)没有硬性规定，可根据支撑钢架的定位情况而定。一般考虑受力情况、安装方便程度和操作习惯等因素，在屋面上往往将光伏/热水电池组件1横放，在幕墙上将光伏/热水电池组件1纵放。图1中所示的光伏/热水电池组件1为横放状态。如图3所示，所述上弹簧连接模块3与“一种便于维修和拆换的建筑PV构件”中的上弹簧连接模块构造和安装方式基本一致。上弹簧连接模块3由C形钢片四、弹簧30和滑块31构成。C形钢片四被焊接固定在光伏组件1上，弹簧30的一端被固定在C形钢片四上，另一端被固定在滑块31上，滑块31可以在C形钢片四上滑动。模块3自锁功能，不需要额外的螺栓连接件，就能将光伏/热水电池组件1固定在建筑支撑钢架上。在安装时推动滑块，安装后在弹簧的作用下光伏/热水电池组件自锁，将光伏/热水电池组件固定在钢架支撑系统中。所述两个上弹簧连接模块3都起到固定连接件的作用，其中一个模块用于接通电路，同时利用另一个模块的构造空间设计了传导液输送管道连接端口 4的位置。用于连接电路的上弹簧连接模块3端部设有正负极电路接触点。如图4和图5所示，所述光伏/热水电池组件的下固定连接模块可以采用焊接的方式与光伏电池板连接，下固定连接模块在光伏/热水电池组件安装后起到承重、限位、固定的作用。下固定连接模块9的形式不受限制，只要保证受力要求，并与支撑钢架能够对接固定即可。如图4至7所示，所述光伏/热水电池组件1上的热收集毛细管输入输出端口 4 包含热传导液热流输出端口 7和热传导液冷流输入端口 8，分别与支撑钢架2上的热传导液热流管道接口 19和热传导液冷流管道接口 20对应连接。热传导液热流输出端口 7和热传导液冷流输入端口 8设置在光伏/热水电池组件的上弹簧连接模块略上方，充分利用模块的构造空间。如图8和图9所示，所述支撑钢架2内设置电缆输送管道M和热传导液输送管道 27。电缆输送管道M内设置电缆。所述热传导液输送管道27包括热传导液热流输出管道 22和热传导液冷流输入管道23，管道均具有保温隔热性能(绝热管道)，即用柔性泡沫橡塑绝热材料把输送热传导液的热传导液热流输出管道22和热传导液冷流输入管道23分别包裹起来。在所述支撑钢架2上预留与所述上弹簧连接模块3和下固定连接模块9对应的光伏/热水电池组件1的连接孔洞25、26。其中支撑钢架上与用于电路连接的上弹簧连接模块对应的连接孔洞25内设有与上弹簧连接模块对应的电路接触点，支撑钢架上与不用于电路连接的另一个上弹簧连接模块对应的连接孔洞25内不设电路接触点，而是在此处设有凹槽，在此凹槽内设置热传导液热流管道接口 19和热传导液冷流管道接口 20。所述电-液汇总型钢5位于各排支撑钢架2的两端，用于电路和热传导液管道的汇总，同时也对各排的支撑钢架起到限位和固定的作用。对于小型光伏安装系统，所需光伏 /热水电池组件1的数量不多，此时可能只需要用到各排支撑钢架2 —端的电-液汇总型钢 5即可满足电路和热传导液线路的汇总。对于中型的光伏安装系统，考虑到线路的数量，可将两端的电-液汇总型钢5都用于电路和热传导液线路的汇总。对于大型或超大型的光伏安装系统，可考虑视中小型光伏安装系统为一整体模块的方式，并将这些模块组合后安装。如图1和图5-9所示，所述热收集管道系统观包括光伏/热水电池组件上的热收集毛细管14、热传导液输送管道27和热传导液总汇流管道(热传导液总管道)。热收集管道系统内流动的是不存在冻结的热传导液，如熔盐——钠硝酸盐和钾的混合物等。所述热收集毛细管14和热传导液输送管道27之间通过热传导液热流输出端口 7、热传导液冷流输入端口 8和热传导液管道输出接口 19、热传导液管道输入接口 20连接。所述热传导液输送管道27包括热传导液热流输出管道22和热传导液冷流输入管道23，管道均具有保温隔热性能。所述热传导液输送管道27通过并联方式到热传导液总汇流管道5汇总，通向热水利用的设备系统。所述热传导液输送管道27先将同一水平层上的光伏/热水电池组件1并联， 然后再被并联到电-液汇总型钢5上的热传导液总汇流管道，通向热水设备系统。安装步骤
第一步，安装支撑钢架2，使其固定在建筑上。对于BIPV形式的建筑，承重结构一般采用钢结构，支撑钢架2与承重的钢结构合为一体；对于BAPV形式的建筑，在建筑屋顶或墙面预埋构件，支撑钢架2可与建筑的预埋构件固定。第二步，连接热收集管道系统，即连接支撑钢架之间的电缆和热传导液输送管道。连接预制的支撑钢架2之间的电缆输送管道M之间的电路接线端以及热传导液输送管道 27之间的热传导液保温输送软管端口 22和冷传导液保温输送软管端口 23，并将热传导液输送管道27与热传导液总汇流管道并联连接。第四步，安装光伏/热水电池组件1。将下固定连接模块9先放入支撑钢架2的连接孔洞26中定位，然后用力推压上弹簧连接模块3，同时放下光伏/热水电池组件1，在弹簧的作用下光伏/热水电池组件1自锁固定在支撑钢架2上。此时，光伏组件的上弹簧连接模块3的正负极电路接触点32、33也同时自动与支撑钢架2中的电缆的电路接触点接通，整个光伏系统的电路系统部分也连接完毕。第五步，将光伏/热水电池组件1与热收集管道系统观相连。将支撑钢架上的热传导液管道输出接口 19和热传导液管道输入接口 20与光伏/热水电池组件1上的热传导液热流输出端口 7和传导液冷流输入端口 8对接。第六步，调试电路和热传导液输送线路。(注此步骤也适用于运行维护阶段中出现线路故障的情况。)
a)调试电路。打开开关，接通线路，看各个组件是否能够正常运行。若发现有局部几个组件不能正常运行，利用万能表检测组件是否损坏，或线路有无故障，查明原因后即可进行更换检修。b)调试热传导液输送线路。打开热收集管道的控制开关，检查各个管道是否通畅或存在漏液，若发现有渗漏等问题(尤其是接口处)，应给予相应的补救措施。第七步，密封。调试正常后，即可进行最后的密封工作。光伏/热水电池组件1与支撑钢架2之间的缝隙用玻璃胶密封，起到防水及保护线路的作用。本技术是在“一种便于维修和拆换的建筑PV构件”的基础上，对光伏电池组件复合了一层热收集毛细管14，从而形成了光伏/热水电池组件1。同时在支撑钢架2上增加了一套热传导液输送管道系统，并通过两个上弹簧连接模块3分别将光伏/热水电池组件 1与电路系统和热传导液输送管道系统连接。各光伏/热水电池组件1之间的电路以串联或并联的方式连接，并与以并联的方式连接的热传导液管道一起聚集到电-液汇总型钢5， 从而与建筑和控制设备紧密结合。所述光伏/热水电池组件1包括上弹簧连接模块3、下固定连接模块9、玻璃盖板 10、密封填充材料11、光伏电池片12、吸热材料13、热收集毛细管14、隔热层15、铝背板16、 铝边框17和热收集毛细管输入输出端口 4。所述上弹簧连接模块3安装在光伏/热水电池组件1的一侧，所述下固定连接模块9安装在所述光伏/热水电池组件1的另一侧。与光伏电池板12紧贴在一起的热收集毛细管14为高导热的铜管或铝管，并且为同心线圈的双螺旋结构。所述上弹簧连接模块3由C形钢片四、弹簧30和滑块31构成。C形钢片四被焊接固定在光伏组件1上，弹簧30的一端被固定在C形钢片四上，另一端被固定在滑块31 上，滑块31可以在C形钢片四上滑动。每块光伏/热水电池组件1上有两个上弹簧连接模块3，其中一个模块用于接通电路，同时利用另一个模块的构造空间设计了传导液输送管道连接端口 4的位置。用于连接电路的上弹簧连接模块3端部设有正负极电路接触点。所述光伏/热水电池组件1上的热收集毛细管输入输出端口 4包含热传导液热流输出端口 7和热传导液冷流输入端口 8，分别与支撑钢架2上的热传导液热流管道接口 19和热传导液冷流管道接口 20对应连接。热传导液热流输出端口 7和热传导液冷流输入端口 8设置在光伏/热水电池组件的上弹簧连接模块略上方，充分利用模块的构造空间。本技术的优势如下
1.光伏/热水电池组件1的优点
(1)光伏/热水电池组件1集光伏电池板、热收集毛细管和连接模块于一体，将散乱的各个零部件合为整体，减少安装程序，便于快速安装、维修和拆卸。同时缩短了电路和热传导液输送管道的连接，真正做到了省时、省力和省材的目的，从而能大大推动光伏建筑一体化的应用。(2)光伏/热水电池组件1实现了将光伏和集热复合，将太阳能光伏板与热水器统一为一个整体，提高了建筑光伏发电的效率，同时有回收利用了光伏板背面的热能，一举两得。(3)热传导液热流输出端口 7和传导液冷流输入端口 8设置在光伏/热水电池组件的上弹簧连接模块略上方，充分利用模块的构造空间。这样做的好处是可以保护热传导液输送管道不受结构变形而被损坏，同时使水和电的线路安装可以同步进行，操作方便快捷，构造简单。2.热收集管道系统的优点
(1)与光伏电池板12紧贴在一起的热收集毛细管14为高导热的铜管或铝管，并且为同心线圈的双螺旋结构。其优点为整块电池板热量分布相对均勻，不存在大温差，利于延长寿命；同时，该结构便于管线的连接。(2)热传导液的输送管道(即用于非热交换的管道部分)为绝热管道，即用柔性泡沫橡塑绝热材料把输送热传导液的冷热管道分别包裹起来，以防止热量交换。即冷介质不会得到热量、热介质不会失去热量。3.支撑钢架的优点
(1)支撑钢架一改以往井字型框架结构，成单向平行排列，节省建筑用材，同时减少了施工工序。(2)支撑钢架将电缆走线和热传导液管道的走线合为一体，整合到一个构件内，大大降低了线路的复杂程度，解决了构件和线路各自之间的连接问题，同时又方便拆卸，有利于线路的检修。4.组件安装系统的优点
利用弹簧连接模块(上弹簧连接模块)的自锁原理将光伏/热水电池组件1与支撑系统连接的紧固结构。(1)其独特之处在于相邻组件的存在不影响本位组件的安装或维护。真正实现可更换易维修的设计理念，同时不影响建筑外观。(2)弹簧连接模块的双重功能，大大简化了 PV构件的复杂程度和安装步骤。同时考虑到光伏屋顶PV-ROOF (通常为坡屋顶)和光伏幕墙PV-WALL (通常为垂直)的安装角度， 上弹簧连接模块基本处在下固定连接模块9的上方，这样承重基本由下固定连接模块9承担，既有利于弹簧模块的受力和电路接触，又有利于防水和排水，起到保护电路的作用。(3)本技术建筑PV/T复合系统采用工厂预制、成批生产的方式，并可在工厂内预先安装完成。在工厂内组装成小面积的整体板块，然后运至工地进行整体吊装，实现工业化生产和安装。综上所述，所述热收集管道系统、电缆走线与支撑钢架三者紧密结合，成为一个整体的预制构件，可实现模块化生产。这样就使光伏/热水电池组件线路的连接方式简单易行，安装光伏/热水电池组件如同安装干电池一样，安装后只需用开关和阀门控制线路通断。本建筑PV/T复合系统，构造简单，安装拆卸方便，将光伏和热水相结合，在极大地提高光伏电池组件发电效率的同时，还能收集光伏电池组件背面的热量来热水、取暖或驱动设备等，并降低光伏电池组件温度和环境温度，从而提高光伏发电的效率和改善建筑室内热舒适度。
权利要求
1.一种便于维修和拆换的建筑PV/T复合系统，其特征在于，包括光伏/热水电池组件 (1)、支撑钢架O)；支撑钢架O)内设置有电缆、热传导液热流管道和热传导液冷流管道； 在光伏电池组件上复合了一层热收集毛细管(14)形成光伏/热水电池组件(1)；两个上弹簧连接模块C3)安装在光伏/热水电池组件(1)的一侧，下固定连接模块(9)安装在所述光伏/热水电池组件(1)的另一侧；光伏/热水电池组件(1)的正负极电路接触点设置在一个弹簧连接模块(3)的端部；热收集毛细管(14)具有位于另一个弹簧连接模块C3)处的热收集毛细管输入输出端口(4)；光伏/热水电池组件(1)通过两个上弹簧连接模块(3)和下固定连接模块(9)连接在支撑钢架(2)上，正负极电路接触点与电缆电连接，热收集毛细管输入输出端口(4)分别和热传导液冷流管道接口 00)、热传导液热流管道接口(19)对应连接。
2.根据权利要求1所述的建筑PV/T复合系统，其特征在于，所述上弹簧连接模块(3) 由两个C形钢片(29)、两个弹簧(30)和一个滑块(31)构成；C形钢片(29)被固定在光伏/ 热水电池组件(1)上，滑块(31)两端分别滑动设置在两个C形钢片(29)的一内侧面上；弹簧(30)的两端分别与C形钢片(29)的另一内侧面和滑块固定。
3.根据权利要求1所述的建筑PV/T复合系统，其特征在于，热传导液热流管道和热传导液冷流管道均为绝热管道。
4.根据权利要求1所述的建筑PV/T复合系统，其特征在于，在所述支撑钢架( 上设置有与上弹簧连接模块C3)和下固定连接模块(9)对应的光伏/热水电池组件(1)的连接孔洞0536)；支撑钢架O)内电缆的电路接触点设置在与一个上弹簧连接模块C3)对应的连接孔洞0 内；热传导液冷流管道接口 OO)和热传导液热流管道接口(19)设置在与另一个上弹簧连接模块C3)对应的连接孔洞(2 处的凹槽内。
5.根据权利要求1所述的建筑PV/T复合系统，其特征在于，它还包括位于设置在支撑钢架(2)的两端的电-液汇总型钢(5)，电-液汇总型钢(5)内设置有总电路和热传导液总管道，总电路与电缆线连接；热传导液总管道分别与热传导液热流管道和热传导液冷流管道相通。
6.根据权利要求1所述的建筑PV/T复合系统，其特征在于，热收集毛细管(14)、热传导液热流管道和热传导液冷流管道内流动的是不存在冻结的热传导液。
7.根据权利要求1所述的建筑PV/T复合系统，其特征在于，热收集毛细管(14)为铜管或铝管，并且为同心线圈的双螺旋结构。
全文摘要
本技术提供一种便于维修和拆换的、冷却介质为集热液的建筑PV/T复合系统。它包括光伏/热水电池组件、支撑钢架；支撑钢架内设置有电缆、热传导液热流管道和热传导液冷流管道；在光伏电池组件上复合了一层热收集毛细管形成光伏/热水电池组件；两个上弹簧连接模块安装在光伏/热水电池组件的一侧，下固定连接模块安装在所述光伏/热水电池组件的另一侧；光伏/热水电池组件的正负极电路接触点设置在一个弹簧连接模块的端部；热收集毛细管具有位于另一个弹簧连接模块处的热收集毛细管输入输出端口；光伏/热水电池组件通过两个上弹簧连接模块和下固定连接模块连接在支撑钢架上，正负极电路接触点与电缆电连接，热收集毛细管输入输出端口分别和热传导液冷流管道接口、热传导液热流管道接口对应连接。
文档编号E04D12/00GK102544143SQ20111044086
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月24日 优先权日2011年12月24日
发明者彭昌海, 黄莹 申请人:东南大学