包含光伏光热相变水箱、特朗伯墙、植物的系统及方法与流程

本发明属于光伏光热技术与建筑结合领域，具体涉及光伏光热相变水箱与特朗伯墙、植物相结合在建筑中的应用。

背景技术：

太阳能光伏光热一体化技术系统可实现供电供热水双重功能。当前光伏光热系统多采用换热器连接光伏光热模块与水箱，此种系统具有换热面积小、传热路径长、占用空间大等缺点，阻碍了光伏光热系统的效率提升和实际应用发展。

自然对流换热形式是光伏光热模块实际应用的主要换热模式，此前系统多考虑模块背部换热器的管型、尺寸、材质等作为提升换热能力的参数，针对水箱内部的设计来提升光伏光热性能的研究有待加强。

植物墙体是一个传统的优化建筑外观和室内环境的方案，其与太阳能系统的结合可耦合实现不同功能，具有重要研究价值。

技术实现要素：

针对现有光伏光热模块传热路径长、太阳能特朗伯墙应用方式单一、功能局限等问题，本发明提出了一种包含光伏光热相变水箱、特朗伯墙、植物的系统。该系统将光伏光热层与储热水箱壁面黏合并与特朗伯墙相结合，以光伏光热层与储热水箱的直接熔合扩大了二者之间的换热面积，缩短了传热路径，节省了安装空间；同时，储热水箱内部设置散热翅片和相变材料共同作用以加强水与壁面的换热能力，提高光伏光热综合效率。通过光伏光热系统的供热与植物的空气净化功能相结合，扩展了系统输出功能。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种包含光伏光热相变水箱、特朗伯墙、植物的系统，包括墙体、墙体阳面的玻璃板1、玻璃板1内侧的特朗伯墙系统、玻璃板1和特朗伯墙系统之间的光伏光热相变水箱和植物11、以及储电系统；

光伏光热相变水箱包括储热水箱5、位于储热水箱5向阳侧外表面的太阳能光伏光热层2，太阳能光伏光热层2由电池片阵列3和玻璃基板4层压而成；电池片阵列3层压在玻璃基板4的向阳侧外表面，储热水箱5的向阳侧内壁面设有竖直放置的散热翅片9，储热水箱5的背光侧内壁面上部设有相变材料8；储热水箱5上设有连通至客户端的热水出口6和冷水进口7；

特朗伯墙系统包括墙体阴面的特朗伯墙23、玻璃板1和特朗伯墙23之间的特朗伯墙空气流道14，墙体阴面上设有建筑阴面进气口20，建筑阴面进气口20设有建筑阴面进气口挡板21，特朗伯墙下方和墙体之间的开口为特朗伯墙下风入口12，特朗伯墙下风入口12设有特朗伯墙下风入口挡板13，特朗伯墙23上方和墙体之间的开口为特朗伯墙上风出口15，特朗伯墙上风出口15设有特朗伯墙上风出口挡板16，特朗伯墙23和玻璃板1之间的通道为特朗伯墙空气流道14，墙体的阳面设有建筑阳面排气口17；

光伏光热相变水箱和植物11设置于特朗伯墙空气流道14内；

储电系统包括太阳能蓄电池18与太阳能逆控一体机19，电池片阵列3和太阳能蓄电池18通过电线连接，太阳能蓄电池18与太阳能逆控一体机19通过电线连接，太阳能逆控一体机19连接用户端22。

作为优选方式，储热水箱5的左右两面为平面。

作为优选方式，储热水箱5的背光侧外表面和特朗伯墙23之间设有保温层10，储热水箱5的上下外表面覆盖保温层10。

作为优选方式，电池片阵列3以热熔胶层压的方式层压在玻璃基板4的向阳侧外表面，玻璃基板4的背光面以热熔胶层压的方式固定于储热水箱5的向阳侧外壁面。

作为优选方式，光伏光热相变水箱与植物11固定于特朗伯墙23上，且植物11处于光伏光热相变水箱上方。

本发明还提供一种所述的包含光伏光热水箱、特朗伯墙、植物的系统的工作方法，其为：

在非采暖季，特朗伯墙上风出口挡板16关闭，建筑阴面进气口挡板21、特朗伯墙下风入口挡板13、建筑阳面排气口17打开；太阳光照透过玻璃板1分别照射在植物11和光伏光热相变水箱上；照射在太阳能光伏光热层2上的一部分光照被吸收转化为电能；另一部分光照转化为热能并通过玻璃基板4、储热水箱5壁面和散热翅片9进入水箱，储热水箱5内的水和相变材料8分别吸收来自太阳能的热量，因潜热和显热吸热的不同促使储热水箱5上下部形成温差，水以自然对流换热形式对储热水箱5壁面和散热翅片9进行冷却吸热，水温不断上升；当水达到使用要求温度后，储热水箱5通过热水出口6为用户提供热水，而冷水进口7及时补充冷水填满储热水箱5；此过程既加热了生活热水又降低了墙体温度；照射在植物11上的阳光驱动植物进行光合作用和蒸腾作用，对墙体进行降温；同时，特朗伯墙空气流道14内的空气被加热形成太阳能烟囱，驱动建筑背面的低温空气由建筑阴面进气口20进入室内，而室内热空气经特朗伯墙下风入口12、特朗伯墙空气流道14和建筑阳面排气口17排出室外，形成被动制冷；

在采暖季，建筑阴面进气口挡板21、建筑阳面排气口17关闭，特朗伯墙下风入口挡板13和特朗伯墙上风出口挡板16开启；白天时，太阳光照除被转化成电能外，其热量被两种换热介质吸收，其一为水介质，储热水箱5内的水以自然对流换热形式冷却太阳能光伏光热层2并将储存热量用于夜间持续供热；其二为空气，室内冷空气由特朗伯墙下风入口12进入特朗伯墙空气流道14，以自然对流换热形式冷却太阳能光伏光热层2的吸光面，与此同时，植物11通过光合作用吸收特朗伯墙空气流道14内的co2并释放o2，被加热净化的空气由特朗伯墙上风出口15进入室内，完成储热、采暖、净化功能；夜间时，光伏光热相变水箱释放热量，保证植物11生长温度的同时继续为建筑供暖。

本系统通过光伏光热相变水箱、特朗伯墙系统及植物11的联合运行实现发电、制热水、被动制冷、被动采暖以及空气净化功能。

玻璃基板4的两面分别与电池片阵列3和扁平的光伏光热相变水箱相结合，扩大了相互之间的换热面积，缩短了传热路径；同时，利用玻璃基板4避免电池片与金属基板之间因材质不同造成的热应力不均。

系统利用水箱前内壁面的散热翅片9加强玻璃基板4与光伏光热相变水箱5内水的传热能力；在光伏光热相变水箱5后内壁面上半部放置相变材料8，提升储热能力并主动促使光伏光热相变水箱5上下部形成温差，提升自然对流换热能力。

本发明系统的技术构思如下：

采用光伏光热相变水箱与特朗伯墙技术、植物相结合。此系统为建筑提供热水、电能，实现被动制冷、被动采暖及空气净化等功能。在非采暖季，光伏光热相变水箱在制热水发电的同时与植物共同降低墙体温度，二者并与特朗伯墙系统结合形成太阳能烟囱，完成建筑被动制冷。在采暖季，光伏光热相变水箱实现发电蓄热，植物利用光合作用吸收co2，二者与特朗伯墙结合完成被动采暖和空气净化。

相比现有技术，本发明的有益效果如下：

1、本发明耦合光伏光热、植物与特朗伯墙技术，丰富了系统的输出功能。

2、利用散热翅片和相变材料共同作用提升水与水箱壁面间的自然对流换热能力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种包含光伏光热水箱、特朗伯墙、植物的系统的正视图；

图2为本发明实施例提供的系统非采暖季发电、热水、被动制冷功能模式示意图；

图3为本发明实施例提供的采暖季系统发电、被动采暖、净化空气模式示意图；

图中，1为玻璃板，2太阳能光伏光热层，3为电池片阵列，4为玻璃基板，5为储热水箱，6为热水出口，7为冷水进口，8为相变材料，9为散热翅片，10为保温层，11为植物，12为特朗伯墙下风入口，13为特朗伯墙下风入口挡板，14为特朗伯墙空气流道，15为特朗伯墙上风出口，16为特朗伯墙上风出口挡板，17为建筑阳面排气口，18为太阳能蓄电池，19为太阳能逆控一体机，20为建筑阴面进气口，21为建筑阴面进气口挡板，22为用户端，23为特朗伯墙。

具体实施方式

如图1和2所示，一种包含光伏光热水箱、特朗伯墙、植物的系统，包括墙体、墙体阳面的玻璃板1、玻璃板1内侧的特朗伯墙系统、玻璃板1和特朗伯墙系统之间的光伏光热相变水箱和植物11、以及储电系统；

光伏光热相变水箱包括储热水箱5、位于储热水箱5向阳侧外表面的太阳能光伏光热层2，太阳能光伏光热层2由电池片阵列3和玻璃基板4层压而成；电池片阵列3层压在玻璃基板4的向阳侧外表面，储热水箱5的向阳侧内壁面设有竖直放置的散热翅片9，储热水箱5的背光侧内壁面上部设有相变材料8；储热水箱5上设有连通至客户端的热水出口6和冷水进口7；

特朗伯墙系统包括墙体阴面的特朗伯墙23、玻璃板1和特朗伯墙23之间的特朗伯墙空气流道14，墙体阴面上设有建筑阴面进气口20，建筑阴面进气口20设有建筑阴面进气口挡板21，特朗伯墙下方和墙体之间的开口为特朗伯墙下风入口12，特朗伯墙下风入口12设有特朗伯墙下风入口挡板13，特朗伯墙23上方和墙体之间的开口为特朗伯墙上风出口15，特朗伯墙上风出口15设有特朗伯墙上风出口挡板16，特朗伯墙23和玻璃板1之间的通道为特朗伯墙空气流道14，墙体的阳面设有建筑阳面排气口17；

光伏光热相变水箱和植物11设置于特朗伯墙空气流道14内；

储电系统包括太阳能蓄电池18与太阳能逆控一体机19，电池片阵列3和太阳能蓄电池18通过电线连接，太阳能蓄电池18与太阳能逆控一体机19通过电线连接，太阳能逆控一体机19连接用户端22。

储热水箱5的左右两面为平面。

储热水箱5的背光侧外表面和特朗伯墙23之间设有保温层10，储热水箱5的上下外表面覆盖保温层10。

电池片阵列3以热熔胶层压的方式层压在玻璃基板4的向阳侧外表面，玻璃基板4的背光面以热熔胶层压的方式固定于储热水箱5的向阳侧外壁面。

光伏光热相变水箱与植物11固定于特朗伯墙23上，且植物11处于光伏光热相变水箱上方。

如图2所示，在非采暖季，特朗伯墙上风出口挡板16关闭，建筑阴面进气口挡板21、特朗伯墙下风入口挡板13、建筑阳面排气口17打开；太阳光照透过玻璃板1分别照射在植物11和光伏光热相变水箱上；照射在太阳能光伏光热层2上的一部分光照被吸收转化为电能；另一部分光照转化为热能并通过玻璃基板4、储热水箱5壁面和散热翅片9进入水箱，储热水箱5内的水和相变材料8分别吸收来自太阳能的热量，因潜热和显热吸热的不同促使储热水箱5上下部形成温差，水以自然对流换热形式对储热水箱5壁面和散热翅片9进行冷却吸热，水温不断上升；当水达到使用要求温度后，储热水箱5通过热水出口6为用户提供热水，而冷水进口7及时补充冷水填满储热水箱5；此过程既加热了生活热水又降低了墙体温度；照射在植物11上的阳光驱动植物进行光合作用和蒸腾作用，对墙体进行降温；同时，特朗伯墙空气流道14内的空气被加热形成太阳能烟囱，驱动建筑背面的低温空气由建筑阴面进气口20进入室内，而室内热空气经特朗伯墙下风入口12、特朗伯墙空气流道14和建筑阳面排气口17排出室外，形成被动制冷；

如图3所示，在采暖季，建筑阴面进气口挡板21、建筑阳面排气口17关闭，特朗伯墙下风入口挡板13和特朗伯墙上风出口挡板16开启；白天时，太阳光照除被转化成电能外，其热量被两种换热介质吸收，其一为水介质，储热水箱5内的水以自然对流换热形式冷却太阳能光伏光热层2并将储存热量用于夜间持续供热；其二为空气，室内冷空气由特朗伯墙下风入口12进入特朗伯墙空气流道14，以自然对流换热形式冷却太阳能光伏光热层2的吸光面，与此同时，植物11通过光合作用吸收特朗伯墙空气流道14内的co2并释放o2，被加热净化的空气由特朗伯墙上风出口15进入室内，完成储热、采暖、净化功能；夜间时，光伏光热相变水箱释放热量，保证植物11生长温度的同时继续为建筑供暖。

本发明提出的系统安装方便，非常适合与建筑相结合，可根据不同季节光照特点，实现多功能输出满足建筑内用户的不同需求。

以上结合附图对本发明的实施例进行了详细阐述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护。