专利名称：太阳能利用的制作方法
技术领域：
本发明涉及如权利要求1所述的太阳能联用面板的实施形式，该面板一方面被用来最大化电能的获得，同时使得大部分入射到模块上的能量在热学上得到利用，还涉及权利要求16所述的用于此的方法。
背景技术：
太阳能如今主要以两种方式在技术上被利用，亦即热和电方面。在最简单的情况下，热利用在于，入射到暗体上的太阳辐射将该暗体加热，该热能借助于热传递媒质被输送到热消耗器上。因此在辐射强度为lkW/m2的情况下，利用简单装置可以利用该能量的40%， 利用昂贵的太阳能收集器可以利用该能量高达80%。在电利用方面，目的在于把整个太阳能辐射的尽可能多的部分转化为电流。这通过使用太阳能电池来实现。当前由硅构成的整合在所谓的太阳能面板上的大面积太阳能电池，可以根据设计将整个辐射的约5%至20% 转换成直流，也即约50W/m2至200W/m2。整个辐射的其余95%至80%以不理想的方式对面板和包含在面板内的太阳能电池进行加热，由此将其效率降低高达约0. 5% /°C。没有被电利用的能量由周围环境吸收，因此没有被广泛利用。如果利用两种能量类型，电太阳能面板和热收集器还通常并排布置和分开使用。近些年来，各个企业尝试将面板组合到联用面板(也称PVT面板-光伏热面板)。 这里，在表面典型地约为Im2的共用的、通常被特殊隔离的外壳中，既有按照常规面板的太阳能电池装置，也有空气热交换器或水热交换器，由此节省构造面积和相应地还节省建造材料。为此，建造特殊的面板外壳，该外壳更重、庞大和昂贵，因此该技术还少为推广。
发明内容
本发明的任务在于建议一种新颖的构造形式，其基于标准模块并利用以下方面来实现-采用不同模块制造商的商用模块，其中具有基础设施的太阳能电池通常被建造到作为支撑体的玻璃板上，-减少模块的热部分的比重和体积，-由于给所需的热交换器使用标准材料而具有低的制造成本，-自由选择冷却剂，尤其是可以用工业水冷却(或加热)，-模块的冷运行，用于提高太阳能转换的效率，-加热模式下的运行，用于融化雪和冰覆盖层以便提高电流产出。该任务通过一种太阳能联用面板来实现，利用该太阳能面板，一方面最大化电能的获得，同时还使入射到模块上的能量的大部分得到利用。在此，并不主要注意热效率，譬如通过对面板表面去冰和由此实现更长久地曝晒于太阳辐射来改善电效率或电流产出是处在突出地位。由于面板的相对差的电效率，通常反正有非常大的面积用于热利用。
下面借助于附图来详细阐述本发明。图1示出了具有热交换器和隔离的无框架太阳能联用面板的背视图。图2示出了图1的侧视图。图3示出了具有热接触管的铝粘结板的截面图。图4示出了具有锯齿形布置的金属管的太阳能联用面板的背视图的一部分。图5示出了作为第二实施例的太阳能联用面板的背视图。
具体实施例方式借助于图1所示的无框太阳能面板来展示结构原理，其中该附图同时还用作为第一实施例。具有约lm*l. 3m尺寸的无框太阳能面板10表现为按照标准实施为屋顶集成的大砖瓦。为搭在上面的砖瓦设置条形的重叠区1(=遮蔽区)。在太阳能面板的背面迂回地设有金属管2，优选为铝管，其流有冷却液体、优选为水，并构成热交换器。在重叠区，在管末端4、4’上设有端子3、3’，太阳能面板通过该端子与冷却回路相连接。在重叠区1中另外还有电连接箱7。在重叠区1的外部，太阳能面板具有大致正方形或矩形的铝制热分配片或热收集片5，它们几乎无缝地覆盖了整个剩余的、需要冷却的面板面积。在热收集片5上有铝粘结板6，在该铝粘结板内粘结了铝管2。铝粘结板6用于将铝管2与热收集片5进行热接触，并在稍后作详细说明。图2示出了图1的侧视图。可以看到无框太阳能面板10、位于重叠区的端子3、以及铝管2。在铝粘结板上方可以选择性地装设热学的背面绝缘8，利用它阻止过度的热损失。替代管子的铝，考虑其他良好导热的金属。可以想见，除了铝外还可以采用铜、铁、钢及其合金。除了导热性外，延性、固定性和可加工性具有重要的意义。图3用截面示出了具有热接触的管2的铝粘结板。铝粘结板6具有0. 5-2mm的厚度并且在中心具有沟道9。图4示出了具有锯齿形布置的金属管的太阳能联用面板的背视图的一部分。可以看到金属管2、端子3、3’、电连接箱7和铝粘结板6。在铝粘结板6上对角地布置金属管，其中利用约90度的管弯度产生金属管的锯齿形布置。下面讲述热交换器的制造。太阳能模块的标准结构通常由几毫米厚的玻璃板构成，其作为太阳能电池的机械支撑体。太阳能电池与处于电池之间的电连接一起被嵌入到熔膜中。模块的背面层(覆盖层)通常由可靠的塑料膜构成，该塑料膜同样固定地与模块夹层相连接。覆盖层首先被粘结到大量的薄铝板，该铝薄板被用作热收集片5并吸收入射到电池上的热量的大部分。为了将热膨胀压力保持为小的，所述的板以约为板侧面尺寸的的小侧面间隔被安装到覆盖层上。为此，在约0. 1-0. 3mm的微小层厚内使用一种有良好粘结能力和持久弹性的粘结剂。有利的是，将单个板大小与模块内使用的太阳能电池的尺寸大致匹配。所使用的粘结剂具有0. 7-2. 0、优选1. Off/mK的导热性。在热收集片5中收集的热现在必须被传递给冷却管或铝管2。为了保持低的温度降，采用0. 5-2mm厚的被形成沟道的铝粘结板6，其通过导热的粘结剂与冷却管相连接。铝粘结板6在它的那一方通过尽可能薄的粘结层同样半弹性地与热收集片5相连接。由此一方面产生了从模块到冷却水的足够好的热连接，另一方面可靠地固定了冷却管。在所述的情况下，水连接点4、4’位于电连接箱7旁边的左和右侧。为了避免通过背面层造成过度的热损失，该背面层可以连同冷却管装置利用隔热的构件或背面绝缘8进行封闭。在将铝管2和铝粘结板6与模块或其背面层连接时，必须考虑所涉材料的热膨胀。 这里，最紧要的措施是实现将热交换器结构与基本模块的某种机械去耦合。为了保持小的膨胀力，冷却管迂回形必须尽可能被划分为多个子线路，这些子线路从一个管弯部到下一个管弯部的长度通常小于模块的狭长面的一半。另外，所有粘结借助于持久弹性的粘结剂来实现，以便该结构允许十分之几毫米的延伸，而不会对太阳能模块施加不允许的弯力。试验表明，这种要求可以通过适当选择冷却管迂回形的几何形状、粘结材料弹性以及选择粘结缝厚度来满足。优选地，通过对角地引导冷却管可以实现机械应力的降低并提高在冷却水和太阳能模块的支撑体玻璃之间的允许温差，如图4所示。铝板的导热粘结在这里与上文所述相类似地进行。另外，替代于避免复杂的管引导，或作为避免复杂的管引导的补充，可以使粘结缝能在粘结板与冷却管之间移动，其方式是管在粘结前用一种非常薄的硅层(例如导热膏) 进行处理。由此避免了固定的粘结，使得产生一种滑动座位，从而在偶然出现热-机械极限应力时，所述的管可以在粘结板的沟道内进行稍许移动。由此保持热接触。在比上述示例性太阳能联用面板更大的情况下，冷却装置可以有益地被划分成多个面积部分，其中该面积部分之一至多对应于上述实施例的尺寸。太阳能联用面板的一种特别优选的实施方式采用被形成沟道的金属热收集片，由此可以放弃使用金属粘结板。模块的运行。规定通过循环水来冷却模块的热部分，所述循环水优选地具有约25-30度的更低的温度。由此，一方面(如上所述)将电转换效率保持在高的值，另一方面最小化了在热膨胀中的偏差，并由此还无需为被增大的温度范围动用昂贵的塑料或粘结材料。如果模块由于上述原因以正常温度运行，则可以优选地通过热泵来进行热利用。在夏季运行时，进一步有益的是，借助于地热探针或地热存储器将剩余热导入地中，或者(如果有的话)导入蓄水器(如湖)中，或者也可以通过水-空气-热交换器导入周围环境空气中，其中这些方法根据使用地点可以任何组合。在冬季运行时，在探针或热交换器的相应设计的情况下，可以短时间地将热用于太阳能模块的化冰目的。优选地，冬季运行约在50度进行，以便利用尽可能多的热和需要少量的功率用于热泵，或者可以完全不用泵。优选地，夏季运行约在25度进行，以便保持尽可能高的电效率。图5示出了作为第二实施例的太阳能联用面板的背视图。这里，太阳能面板由 6*10个正方形的150mm*150mm的电池组成。在模块背面，在电池区域粘结了 150mm*150mm 的厚1.0mm的铝制热收集片。热交换器被设计为双向引导的外径为8mm的铝管，其中铝管总是引导通过铝制热收集片两次。迂回形引导的第一铝管12、12’与迂回形引导的第二铝管13、13’交替，使得第一铝管12和第二铝管13两者均被引导通过每个铝制热收集片5。 利用连接器15连接第一和第二铝管。通过铝管的这种双向引导通过铝制热收集片，最小化了导热距离，这被证明是非常有利的。在沟道9、9’中装入的铝管因此具有一个移动座位， 这用箭头14表示。该移动座位主要有助于解决太阳能联用面板的横向上的膨胀问题。在太阳能联用面板的纵向上，膨胀通过铝管的许多直角的弯曲来解决。热交换器在纵向上作用就好像一个弹簧。热交换器由泡沫注塑体(未示出)包围或被嵌入在其内。这里，泡沫注塑体构成热交换器的支撑体并典型地为20mm厚。在该实施例中，通过采用商用的光伏模块(PVM)(例如I DS太阳能股份公司，索非亚，保加利亚)，将太阳能模块分成块或分成段被证明是非常有利的。一方面利用这种分成块，另一方面利用热交换器的构造，可以战胜热膨胀的问题。这导致热交换器到太阳能面板或到光伏模块的力传递被最小化。通过采用铝，为太阳能联用面板产生一种轻的构造方式， 同时制作成本低。这种太阳能联用面板的电部分可以用于电网馈电和独立工作(例如24V)，热部分可以用于工业设备作为加工热量，如在干草器和烘干设备 中。
权利要求
1.太阳能联用面板，其由太阳能面板和热交换器构成，其特征在于，在太阳能面板 (10)的背面有一种管状的热交换器，使得太阳能面板能持续地在最佳温度范围被操作以改善电流产出，太阳能面板在其背面的覆盖膜上具有多个热分配片或热收集片(5)，其被设置为热收集器并被粘结在背面的覆盖膜上，a)热收集片( 具有至少一个沟道(9)，或b)在热收集片(5)上粘结有具有至少一个沟道(9)的金属粘结板㈩)，在金属粘结板的沟道中粘结有金属管O)，该金属管形成热交换器的冷却或加热回路，由此能达到热交换器到太阳能面板的力传递最小化。
2.如权利要求1所述的太阳能联用面板，其特征在于，金属管O)、热收集片(5)和金属粘结板(6)由铝、铜、铁、钢或其合金制成，优选由铝制成。
3.如权利要求1或2所述的太阳能联用面板，其特征在于，金属管(2)呈迂回形或锯齿形布置。
4.如权利要求1至3之一所述的太阳能联用面板，其特征在于，金属粘结板(6)具有 0. 5至2. Omm的厚度。
5.如权利要求1至4之一所述的太阳能联用面板，其特征在于，在沟道区域，在金属粘结板(6)和金属管(2)之间的热连接利用导热良好的粘结剂实现。
6.如权利要求5所述的太阳能联用面板，其特征在于，粘结剂具有0.7-2. 0、优选1. Off/ mK的导热性。
7.如权利要求1至6之一所述的太阳能联用面板，其特征在于，热收集器(5)与金属粘结板(6)具有0. 1-1. Omm的薄层的半弹性粘结。
8.如权利要求1至7之一所述的太阳能联用面板，其特征在于，除了加热/冷却管装置外还装有隔热的背面绝缘(8)，以便防止通过背面层的过度热损失。
9.如权利要求1至8之一所述的太阳能联用面板，其特征在于，金属管(2)被导入热收集器( 两次，以便最小化导热距离。
10.如权利要求1至9之一所述的太阳能联用面板，其特征在于，金属管O)由迂回形引导的第一铝管(12，12’)和迂回形引导并交替布置的第二铝管(13，13’)组成，其中第一铝管(1 和第二铝管(1 均导过每个热收集片(5)。
11.如权利要求8至10之一所述的太阳能联用面板，其特征在于，背面绝缘(8)由作为热交换器的支撑体的泡沫注塑体构成。
12.如权利要求1至11之一所述的太阳能联用面板，其特征在于，金属管(2)被装入在被形成沟道的金属粘结板(6)的沟道内，可移动十分之几个毫米以补偿热膨胀。
13.如权利要求1至12之一所述的太阳能联用面板，其特征在于，太阳能面板(10)分段式地存在，并由多个光伏模块(PVM)组成。
14.如权利要求1至13之一所述的太阳能联用面板用于电网馈电和独立工作的用途。
15.如权利要求1至13之一所述的太阳能联用面板用于工业设备，如在干草器和烘干设备中的用途。
16.用于制造如权利要求1至13之一所述的太阳能联用面板的方法，其特征在于，太阳能面板的背面的覆盖膜与多个热收集片( 粘结，将金属管( 装入被形成沟道的金属粘结板(6)中并与之粘结，将金属管O)与所述被形成沟道的金属粘结板(6) —起放置和粘结到所述热收集片(5)上。
17.如权利要求16所述的制造太阳能联用面板的方法，其特征在于，采用泡沫注塑体作为背面绝缘(8)。
全文摘要
太阳能联用面板，其由太阳能面板和热交换器构成，在太阳能面板(10)的背面有一种管状的热交换器，使得太阳能面板能持续地在最佳温度范围被操作以改善电流产出。太阳能面板在其背面的覆盖膜上具有多个热分配片或热收集片(5)，其被设置为热收集器并被粘结地设置。在热收集片(5)上同样粘结有被形成沟道的金属粘结板(6)，在几何上在金属粘结板的沟道中粘结有金属管(2)，使得由此能达到热交换器到太阳能面板的力传递最小化。描述了用于制造太阳能联用面板的方法。
文档编号H01L31/058GK102160194SQ200980121977
公开日2011年8月17日 申请日期2009年6月9日 优先权日2008年6月10日
发明者A·斯托夫 申请人:Ids控股股份有限公司