基于预制复合墙体的光电光热建筑一体化相变温控系统

本发明涉及光电光热一体化建筑领域，具体涉及一种基于预制复合墙体的光电光热建筑一体化相变温控系统。

背景技术：

1、在全球范围内，建筑能耗一直是能源消耗的主要组成部分。根据中国建筑节能协会公布的数据，建筑全过程能耗占全国能源消费总量的45.5%，碳排放占50.9%。这突显了建筑节能在全球能源利用和碳排放中的重要性，也引起了人们对建筑能源问题的高度关注。在面对日益严重的气候变化和能源可持续性挑战时，建筑行业亟需采取更为高效和清洁的措施，以显著降低建筑运行的能耗。

2、在建筑表面安装光伏发电组件是一种常见的节能方式。近年来，人们已经将光伏组件与建筑更深入地融合，提出了光电光热建筑一体化（bipv/t）技术。这种技术在建筑设计阶段考虑将光伏组件融入到建筑的外观和结构中，使它不仅满足建筑的基本功能，还能够利用可再生能源发电，实现太阳能的收集。这种创新的建筑节能方式为实现建筑“零能耗运行”提供了可行的方案。

3、光电光热一体化建筑的热效率和发电效率是评估其整体运行效率的关键指标。热能的利用一般是通过流体与光伏组件表面进行热交换，将所获得的热水用于室内生活热水，主要研究内容在于如何提高系统传热效率；光伏组件的发电原理是利用光伏面板的光电效应，即太阳光中的光子激发电子，从而生成电流。而在实际应用中，高温状态会增加材料中电子的热激发，使光子激发的电子更难以保持在导电带中，降低光伏组件的发电效率，因此，光伏组件控温技术的开发成为了一大研究热点。

4、现有的光伏组件控温技术通常在光伏背板安装控温管道，使用控温流体进行间接或连续的温度控制。然而，这种方法需要大量额外的能源为控温流体的流动提供动力，降低了整个光电光热建筑系统的总效率。

5、近年来，研究人员发现了一种更具潜力的方法，即将相变材料（pcm）嵌入光伏组件中。这种方法充分利用了相变材料的潜热，用于吸收白天太阳辐射产生的热量。在夜间，当环境温度低于相变材料的凝固温度时，相变材料会释放白天吸收的热能。这项技术不仅有助于维持光伏组件处于适宜工作温度，提高其性能，而且在寒冷地区还具备防冻的潜在优势。

6、当相变材料完全融化后，光伏组件表面温度迅速上升，使得其对系统发电效率影响降低。为了更进一步优化光伏组件的性能，集成相变材料的光伏组件还可以与主动控温管道相结合，实现对温度的主动控制，防止光伏组件温度上升影响发电效率，同时经加热的流体用于室内需求，实现系统总体效率提高。这种综合应用的方法能够提高光电光热系统的整体性能和可靠性。值得注意的是，专利cn114508203b公开了一种bipv光伏屋面系统及其施工方法，通过对支架组件的设计，将光伏屋面和低能耗屋面系统结合，通过对屋面系统的设计，实现光伏组件的通风散热，提高光伏组件发电效率；专利cn110528745b公开了一种基于光伏相变储热的一体化幕墙系统、控制方法，利用光伏幕墙和相变储热模块相结合，实现了白天吸收并存储太阳能，夜间释放提高室内温度，对于昼夜温差大的地区能够明显提升建筑内舒适度；专利cn112880074b公开了一种基于相变蓄能的主动控温与太阳能混合通风、光伏耦合一体化系统及智能控制，这一技术综合考虑了集成相变材料的光伏组件及其主动控温和通风系统结合的建筑，提高了光伏发电效率。相关文献指出，光伏组件的温度分布均匀性同样会对其发电效率产生明显的影响。由此可见，关于光电光热建筑一体化的应用，当前的研究主要存在以下特点：

7、（1）bipv/t采用相变材料嵌入光伏组件，利用潜热吸收多余热量，夜间释放热能，提高整体性能，同时在寒冷地区具备防冻潜力，但是传统的固-液相变材料在发生相变时由于重力和对流换热作用导致未融化部分沉积在底部，使得光电光热建筑表面温度分布不均匀，影响光伏组件的发电效率。

8、（2）现有的光电光热建筑一体化方法通常是将光伏组件制作成独立的组件，然后将它们安装在建筑结构上。然而，随着预制建筑技术的发展和广泛应用，出现了对于开发具有主动控温功能的预制光电光热建筑一体化结构的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于预制复合墙体的光电光热建筑一体化相变温控系统，该系统有利于提高系统的发电效率和能量利用效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于预制复合墙体的光电光热建筑一体化相变温控系统，包括集成相变材料的光伏/热复合墙体、电力收集系统、控温系统和通风系统，所述集成相变材料的光伏/热复合墙体包括光伏组件、相变材料层、气体流道、保温层和相变型墙体，所述相变材料层中布设有流体控温通道，所述控温系统包括控温管道、测温元件、流量测控元件、热交换装置、动力元件和流体储存箱；所述控温系统中的热交换装置一端通过控温管道与相变材料层中的流体控温通道一端相连，热交换装置另一端通过控温管道依次与动力元件、流体储存箱和流量测控元件相连，而后与流体控温通道另一端相连，形成控温流体回路，热交换装置两端的控温管道上均设有测温元件。

3、进一步地，所述相变材料层上侧通过导热胶连接光伏组件，下侧设置保温层和相变型墙体，所述相变材料层和保温层之间设置气体流道。

4、进一步地，所述光伏组件由自上而下依次设置的光伏玻璃、光伏封装胶膜、硅板、聚氟乙烯薄膜和光伏封装胶膜组成。

5、进一步地，所述相变材料层包括流体控温通道、形状稳定的相变材料和铝合金容器，所述相变材料封装在铝合金容器中，所述铝合金容器通过导热胶与光伏组件胶连；所述流体控温通道嵌设在相变材料中，所述相变材料厚度为10-45mm，相变温度控制在20-25℃。

6、进一步地，所述流体控温通道为带翅管道，所述带翅管道上设有内部翅片或外部翅片或两者的组合。

7、进一步地，所述气体流道与通风系统连通。

8、进一步地，所述相变型墙体为集成相变材料的轻骨料混凝土墙，利用物理吸附法将相变温度为24-28℃的相变材料吸附到直径为2-25mm的多孔陶粒中，外部利用硅溶胶封装形成轻骨料混凝土。

9、进一步地，所述电力收集系统包括光伏控制器、蓄电池和光伏逆变器，所述光伏控制器一端与光伏组件连接，另一端与蓄电池连接，光伏组件产生的电能通过光伏控制器存储于蓄电池中，用于建筑供电需求，多余的电能通过光伏逆变器转换为交流电后并入电网。

10、进一步地，所述控温系统还设有补充泵和保温水箱。

11、进一步地，所述通风系统包括若干个通风口和风机，所述风机设置在屋顶和外挂墙板连接位置处，用于控制空气流动。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种基于预制复合墙体的光电光热建筑一体化相变温控系统，该系统利用形状稳定的相变材料形成相变型墙体，并引入到光电光热建筑一体化中，减少了由于重力引起的相变材料工作时温度分布不均匀，降低了光伏组件的“热点”现象，提高其发电效率；同时，通过将相变材料与控温系统相结合，为光伏电池散热提供了合理的方案；此外，以形状稳定相变材料作为轻骨料制作的相变型墙体，在保证墙体强度的前提下，利用相变潜热吸收或者释放热量，使室内温度维持在相变温度附近，降低了太阳辐射和环境温度变化对室内温度的影响，提高了室内温度的稳定性和舒适性，为光伏建筑的一体化提供了高效的能源利用方案。