本实用新型涉及太阳能光伏光热设备技术领域，特别涉及一种全盘优化的光伏光热联供组件。
背景技术：
光伏发电技术是利用太阳能光伏组件将太阳能直接转变为电能的技术。从20世纪50年代发展至今，虽然太阳能光伏组件的光电转化效率总体偏低，但也逐年提高，2017年全球新增太阳能光伏组件装机85吉瓦的光电转化效率为15～18％。以上数据侧面反映出事实上被吸收的太阳能绝大部分转化成热能并散失，然而热能会导致光伏组件升温和电池片效率降低，例如晶硅光伏组件在无特殊散热安排下运作时温度可升高50℃以上并导致光电转化效率在原有基础上降低20％。因此，在光伏组件运作的同时有效收集热能，有利于使光伏组件维持在较低温度下运作、优化光电转化效率，还有利于为人口和工商业稠密的高耗能地区提供无碳排放的清洁热能。
现有光伏光热联供组件设计的目的是通过把光伏组件在日照下产生的热能输出而达到压抑光伏运作温度和优化光伏发电效率，然而现有技术中采热功能并未全盘优化，具体表现为设计中没有考虑到热能从光伏组件的迎光面散失的情况。例如专利公开号为CN203722577U和CN205723571U的两份专利各提供了一种光伏光热联供组件，两种光伏光热热联供组件均在太阳能电池片背面设置集热部件，用于收集热能并为太阳能电池片降温，然而使用时大部分热能从光伏组件的迎光面散失，导致集热效率大幅降低。
并且专利公开号为CN205723571U的专利中，光伏光热联供组件中包括三块玻璃板，据专利描述和光伏市场普遍使用3.2毫米玻璃板做估算，采用三块玻璃板组成光伏光热一体化组件每平米总重应在27～35公斤左右，安装时携重和安装后承重都具有技术性困难。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种全盘优化的光伏光热联供组件，所述全盘优化的光伏光热联供组件能解决现有技术中的问题，防控热能从组件的迎光面散失，利于提高组件的集热能力，同时减轻自身重量，以克服安装时携重和安装后承重的技术性困难。
为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：一种全盘优化的光伏光热联供组件，包括依次叠合的玻璃板、用于封装太阳能电池片正面的第一塑料封装层、太阳能电池片、用于封装太阳能电池片背面的第二塑料封装层、用于承载太阳能电池片的承载板和集热部件，以及包括用于封边的外壳，所述玻璃板与第一塑料封装层之间存在保温空腔层，用于防控热能通过所述玻璃板从迎光面散失，所述保温空腔层为真空层或填充有用于保温的气体。
上述技术方案中，所述玻璃板用于保护太阳能电池片免遭机械破坏，以满足产品使用寿命长的要求，且玻璃的透水率几乎为零，且耐候性很高，可阻挡大部分湿气氧气进入组件内部；所述第一塑料封装层上可涂覆抗塑料老化的紫外光吸收层，第一塑料封装层、紫外光吸收层和第二塑料封装层用于保护太阳能电池片在25～30年有效发电期期间不受湿气氧气破坏和失效；所述承载板用于承载太阳能电池片，同时用于保护太阳能电池片免遭机械破坏；所述集热部件用于采集由太阳能转化而成的热能，为太阳能电池片降温，同时提供清洁热能。此外，上述技术方案具有的显著优点在于：通过设置于玻璃板与第一塑料封装层之间的保温空腔层防控光伏光热联供组件在运作期间的热能通过所述玻璃板从迎光面散失，利于保障光伏光热联供组件的高集热效率和在寒冷季节时光伏光热联供组件仍能保持光热供应。并且利用塑料代替现有技术中的钢化玻璃作为太阳能电池片的封装层，在保护太阳能电池片不受湿气氧气破坏和失效的同时，还有效地降减了光伏光热联供组件的总重。
进一步地，所述玻璃板的背面和/或第一塑料封装层的正面设置有紫外光吸收层。通过设置所述紫外光吸收层，可避免第一塑料封装层在太阳能电池片25～30年有效发电期期间过早老化，使产品整体满足使用寿命要求。并且优选的，将紫外光吸收层设置于第一塑料封装层的上表面，有利于紫外光吸收层在将吸收的紫外线光能转化为热能后，热能通过太阳能电池片流入集热部件，进一步优化太阳能全光谱集热效率。
进一步地，所述集热部件包括冷却剂流通通道，冷却剂流通通道用于供冷却剂流通以吸收热量，所述冷却剂流通通道的内壁上涂覆有用于防止微生物附着生长的涂层。通过设置所述涂层，可防止所述光伏光热联供组件在长期使用期间微生物在内壁上附着生长形成生物胶膜，生物胶膜热阻较高，会导致集热效率降低；所述涂层可延长集热部件的使用寿命。应当理解的，所述集热部件的具体结构并不局限于上述冷却剂流通通道。
优选的，所述涂层为石墨烯或石墨烯复合材料涂层。石墨烯和石墨烯复合材料不仅可作为抗微生物生长材料，并且石墨烯和石墨烯复合材料具有很强的导热性能，可进一步提高所述光伏光热联供组件的集热效率。
优选的，所述保温空腔层中填充的气体为氮气或氩气，保温空腔层的厚度大于等于2mm。选用氮气好处在于氮气的成本较低、化学性质稳定、无燃爆危险，且氮气的保温效果符合要求，3mm厚的氮气保温层在标准日照下可保持温差121℃。
优选的，所述第一塑料封装层包括透光防水塑料和黏胶；所述第二塑料封装层包括防水塑料、电绝缘塑料和黏胶。所述第一塑料封装层的透光防水塑料及黏剂材料的密度约为1g/cm3，用此替代密度约2.5g/cm3的钢化玻璃能大幅降减组件总重。
优选的，所述承载板和/或集热部件由铝、镁、铝合金或镁合金制成，或者所述承载板和/或集热部件由表面经氧化后的铝、镁、铝合金或镁合金制成。上述材料的优点在于其具有体轻、机械性优、导热系数高等特点，且铝和镁表面经氧化后具有耐腐蚀和抗漏电特性。
优选的，所述承载板和/或集热部件由包含塑料和石墨烯的复合材料制成。塑料本身具有良好的加工性能、低廉的价格，且质轻(比铝材轻～50％)，再以石墨烯纳米片作为填料添加到塑料中合成复合材料，可大幅提高塑料的热导率，导热塑料相比原塑料基体，热导率可提高100倍以上。
优选的，所述承载板和/或集热部件由包含塑料、石墨烯和纤维的复合材料制成。该复合材料中，纤维作为增强材料，有利于提高复合材料的机械性。
优选的，所述纤维为碳基纤维或玻璃纤维。选用碳基纤维的好处在于其具有质轻、耐腐蚀、强度高等特点；选用玻璃纤维的好处在于其具有耐热性强、腐蚀性强、机械强度高、成本低等优点。
优选的，所述太阳能电池片为薄膜太阳能电池片或晶硅太阳能电池片。选用薄膜太阳能电池片的好处在于其具有轻薄的优点，可进一步控制所述光伏光热联供组件的总重；并且其光电转化效率已超过晶硅太阳能电池片，弱光日照下仍能发电，光伏发电系数比晶体低因而在室温以上的运作温度下比晶硅太阳能电池片发电多、稳定性好。选用晶硅太阳能电池片的好处在于其在供过于求的市场状况下具有较高的压价空间。
进一步地，所述光伏光热联供组件还包括保温材料层，所述保温材料层用于防控热量从侧边和背光面散失。通过设置所述保温材料层，可进一步优化组件的集热效率。
与现有技术相比，本实用新型所提供的全盘优化的光伏光热联供组件具有以下有益效果：
1、通过设置于玻璃板与第一塑料封装层之间的保温空腔层防控光伏光热联供组件在运作期间的热能通过所述玻璃板从迎光面散失，利于保障光伏光热联供组件的高集热效率和在寒冷季节时光伏光热联供组件仍能保持光热供应。以总组件面积1.07平方米为例，环境温度25℃时的光电转化效率为18％，光热转化效率可达到60％，外温零度以下供热温度高于50℃。
2、利用塑料代替现有技术中的钢化玻璃作为太阳能电池片的封装层，在保护太阳能电池片不受湿气氧气破坏和失效的同时，还有效地降减了光伏光热联供组件的总重。并且针对光伏光热联供组件的各个部件进行合理选材，进一步有效地控制了光伏光热联供组件的总重，使每平米总重为15～21公斤，极大地降低了安装时携重要求和安装后承重要求，使所述光伏光热联供组件可大面积或单个应用于屋顶、棚顶、阳台等承重性能不太高的建筑与清洁能源一体化应用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。
图1所示为实施例1所述的全盘优化的光伏光热联供组件的结构示意图。
图2所示为实施例1所述的全盘优化的光伏光热联供组件的封边示意图。
图3所示为实施例2所述的全盘优化的光伏光热联供组件的结构示意图。
图4所示为实施例2所述的集热部件的结构示意图。
图5所示为实施例3所述的集热部件的结构示意图。
图中标号说明：
5-抗反射涂层；10-玻璃板；15-紫外光吸收层；20-第一塑料封装层；30-太阳能电池片；40-第二塑料封装层；50-集热部件；51-承载板；52-冷却剂流通通道；53-石墨烯复合材料层；54-冷却剂流通箱体；55-管接头；56-导向板；60-外壳；61-塑料封边层；62-保温材料层；70-保温空腔层。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
实施例1：
请参阅图1所示，本实施例提供了一种全盘优化的光伏光热联供组件，从阳光入射方向由顶到底包括依次叠合的玻璃板10、用于封装太阳能电池片正面的第一塑料封装层20、太阳能电池片30、用于封装太阳能电池片背面的第二塑料封装层40、用于承载太阳能电池片的承载板51和集热部件50，以及包括用于封边的外壳60。与现有技术不同的是，所述玻璃板10与第一塑料封装层20之间存在保温空腔层70，用于防控热能通过所述玻璃板10从迎光面散失，所述保温空腔层70为真空层或填充有用于保温的气体。
此外，上述光伏光热联供组件选用塑料封装以代替现有技术中常用的钢化玻璃封装，其目的和好处在于：相比钢化玻璃，塑料的密度更小，利于控制组件的总重，降低安装时携重要求和安装后承重要求，使组件可大面积或单个应用于屋顶、棚顶、阳台等承重性能不太高的应用。选用塑料封装代替现有技术中常用的钢化玻璃封装具有可行性，原因在于现有技术中钢化玻璃作为封装层用于保护电池片免于机械破坏，同时用于防止湿气氧气降解腐蚀封装粘结层以及太阳能电池片30，而本实施例中，在已有玻璃板10用于避免太阳能电池片30遭受机械破坏的前提下，可选用塑料封装仅用于隔绝湿气氧气。虽然与玻璃板10相比，塑料封装的耐候性不高，但是已有的玻璃板10可隔绝大部分湿气氧气，极少的湿气氧气可渗透至组件内部，塑料封装完全可隔绝这部分湿气氧气。
作为举例，封装太阳能电池片30正面时，所述第一塑料封装层20可选用透光防水塑料加黏胶。作为举例，所述透光防水塑料可选用聚甲基丙烯酸甲酯层、聚苯乙烯层或聚碳酸酯层等封装材料，厚度控制在0.5～1.0mm。上述三种材料均具有极高的透光性，且三种材料的密度分别为1.18g/cm3、1.05g/cm3和1.20g/cm3，均远小于钢化玻璃的密度2.5g/cm3。选用上述三种材料，3mm厚每平米大约可减小4kg重量。应当理解的，所述透光防水塑料的选材并不局限于上述举例，例如还可以选择苯乙烯丙烯腈层、透明聚酰胺层等。作为举例，所述黏胶可选用EVA胶作，EVA胶将透光防水塑料封装在太阳能电池片30正面。选用EVA胶的好处在于其具有粘着力强、耐久性好、光透性好等优点。封装太阳能电池片30背面时，所述第二塑料封装层可选用防水塑料、电绝缘塑料加黏胶。作为举例，所述防水塑料可选用防水胶片，所述电绝缘塑料可选用导热塑料，所述黏胶可选用EVA胶。
上述光伏光热联供组件中，所述玻璃板10用于保护太阳能电池片30免遭机械破坏，作为举例，所述玻璃板10可选用具有高透光性的钢化玻璃，钢化玻璃具有良好的机械性、耐久性和透光性，该钢化玻璃的厚度控制为2～5mm，且优选为3.2mm。为了提高光伏光热联供组件的光电转化效率和集热效率，所述钢化玻璃外表面可涂覆一层抗反射涂层5，以提高太阳能电池片30对太阳能的吸收效率。
上述光伏光热联供组件中，设置于玻璃板10与第一塑料封装层20之间的保温空腔层70可防控光伏光热联供组件在运作期间的热能通过所述玻璃板10从迎光面散失，利于保障光伏光热联供组件的高集热效率和在寒冷季节时光伏光热联供组件仍能保持光热供应。作为举例，可在所述保温空腔层70中填充氮气或氩气，选用氮气或氩气的好处在于氮气和氩气的成本较低、化学性质稳定、无燃爆危险，且氮气和氩气的保温效果符合要求，其中3mm厚的氮气保温层在标准日照下可保持温差121℃。相应的，本实施例中保温空腔层70的厚度优选为不低于2mm，目的是确保所述光伏光热组件可实现外温与内温相差70℃以上的运作。为了控制上述光伏光热联供组件的总厚度和保温空腔中的充气量，以控制成本，本实施例中，保温空腔层70的厚度优选为低于6mm。
所述外壳60用于为上述叠合设置的部件封边，使上述多个部件集成为一个整体，且保护热能不从组件侧边散失。请参阅图2所示，作为举例，所述光伏光热联供组件的侧边首先可利用如丁基胶带等塑料封边层61进行密封，防止湿气氧气进入组件内部，对太阳能电池片30及其封装层造成腐蚀降解；然后在组件的侧边和后部可加装轻质的保温材料层62，例如保温棉等，可阻止热能从组件侧边散失，还可防控已经被集热部件50所采集的热能从集热部件50的背面散失；最后安装外壳60，完成组件封边。所述外壳60上开设有用于用于供进水管和出水管穿过的通孔。为了控制组件总重，本实施例中，所述外壳60优选为铝壳。
上述光伏光热联供组件中，为了进一步减轻组件的总重，所述太阳能电池片30优选用薄膜太阳能电池片。其中更优选用CIGS薄膜太阳能电池片，与其他种类的太阳能电池片相比，CIGS薄膜太阳能电池片的好处在于其具有轻薄的优点，且其光电转化效率已超过晶硅太阳能电池片，因此能达到减轻组件总重的目的。并且CIGS薄膜太阳能电池片在弱光日照下仍能发电，光伏发电系数比晶体低因而在室温以上的运作温度下比晶硅太阳能电池片发电多、稳定性好。应当理解的，所述太阳能电池片30仍可以选用晶硅电池片，选用晶硅电池片的好处在于其在供过于求的市场状况下具有较高的压价空间。
考虑到太阳能电池片30之间的引线以及与接线盒的连接方式为成熟的现有技术，因此本实施例中不再对该部分做详细介绍。
实施例2：
请参阅图3，本实施例提供了一种全盘优化的光伏光热联供组件，所述全盘优化的光伏光热联供组件包括实施例1中所述的所有技术特征。此外在本实施例中所述的全盘优化的光伏光热联供组件的玻璃板10的背面设置有紫外光吸收层，或者在第一塑料封装层的正面设置有紫外光吸收层15，或者在这两处位置均设置有紫外光吸收层。设置所述紫外光吸收层的好处在于可减弱紫外线对第一塑料封装层20的作用，避免第一塑料封装层20在太阳能电池片30的25～30年有效发电期期间过早老化。
作为举例，可通过在第一塑料封装层正面涂覆一层紫外线吸收剂层，以形成所述紫外光吸收层15，涂覆的厚度控制在0.01～0.15mm为宜。并且因为紫外光吸收层15被设置于第一塑料封装层20的上表面，有利于紫外光吸收层15在将吸收的紫外线光能转化为热能后，热能通过太阳能电池片30流入流入集热部件50，进一步优化太阳能全光谱集热效率。
基于上述光伏光热联供组件，作为举例，所述集热部件可包括冷却剂流通通道52，冷却剂流通通道52用于供冷却剂流通以吸收热量。本实施例中，所述冷却剂流通通道52设置于承载板51的背面，承载板51和冷却剂流通通道52的总厚度控制在3～10mm为宜。所述冷却剂优选用冷水，此外还可选用乙二醇、丙二醇或纳米液体等。所述冷却剂流通通道52的排布方式可选用蛇管式排布方式，如图4所示，具体为由一根金属或非金属管子在承载板51背面往复迂回前进，形成蛇形管件。与由多根管子并联排布相比，上述排布方式可延长冷水在承载板51上的采热时间，使冷水充分采热，最终所输出温度较高的热水，更具利用价值。所述冷却剂流通通道52的两端垂直于承载板51探出，安装时冷却剂流通通道52的两端穿过外壳60上预留的通孔，以便于与进出水管连接。应当理解的，所述冷却剂流通通道52的结构形式并不局限于上述举例。
考虑到所述光伏光热联供组件在长期使用中，冷却剂流通通道52的内壁容易附着微生物，微生物生长繁殖形成生物胶膜，生物胶膜热阻较高，会降低组件的集热效率，为了简化所述组件的维修并延长其使用寿命，可在冷却剂流通通道52的内壁上涂覆一层用于防止微生物附着生长的涂层，例如石墨烯层或石墨烯复合材料层53。石墨烯有抗菌和其他微生物滋苌特性。涂覆石墨烯或石墨烯复合材料的好处不仅在于抗菌，还在于石墨烯具有极高的导热系数(3000～5000W/m·k)，远高于金、银、铜、铝等，有利于提高组件的集热效率。应当理解的，所述用于防止微生物附着生长的涂层还可以有多种其他选择，例如以有机硅改性丙烯酸树脂为成膜物，以载银纳米颗粒为杀菌剂，制备而成的微生物涂层。
为了进一步控制光伏光热联供组件的总重，在本实施例中，所述承载板51和/或集热部件50优选为由铝、镁、铝合金或镁合金制成，或者所述承载板51和/或集热部件50优选为由表面经氧化后的铝、镁、铝合金或镁合金制成。上述材料具有体轻、机械性优等特点，且铝和镁表面经氧化后具有耐腐蚀和抗漏电特性。在上述材料中，更优选用铝合金，原因在于铝合金的成本更低，且耐腐蚀性更好。
但不局限于此，所述承载板51和/或集热部件50还可由包含塑料和石墨烯的复合材料制成。塑料本身具有良好的加工性能、低廉的价格，且质轻(比铝材轻～50％)，再以石墨烯纳米片作为填料添加到塑料中合成复合材料，可大幅提高塑料的热导率，导热塑料相比原塑料基体，热导率可提高100倍以上。
上述复合材料中还可包括纤维，纤维作为增强材料，有利于提高复合材料的机械性。作为举例，所述纤维可选用碳基纤维或玻璃纤维。选用碳基纤维的好处在于其具有质轻、耐腐蚀、强度高等特点；选用玻璃纤维的好处在于其具有耐热性强、腐蚀性强、机械强度高、成本低等优点。
实施例3：
请参阅图5所示，本实施例提供了一种全盘优化的光伏光热联供组件，包括实施例2中所述的所有技术特征。此外，在本实施例中所述集热部件50选用冷却剂流通箱体54，该冷却剂流通箱体54为片状结构，贴附在承载板51的背面，所述冷却剂流通箱体54上设置有管接头55，组装时管接头55穿过外壳60上预留的通孔，以便于与进出水管连接。所述冷却箱体可选用轻质导热材料制成，如以上所述的铝、镁、铝合金或镁合金，或者以石墨烯作为填料的导热塑料。为了延长冷水在冷却剂流通箱体54内的流通时间，使冷水充分采热，最终所输出温度较高的热水。冷却剂流通箱体54内可布设导向板56，用于引导冷水，使冷水可在冷却剂流通箱体54内迂回往复流通。考虑到导向板56仅用于引导冷水，不用于传热，所以为了减轻组件的总重，导向板56可选用普通塑料制成。
以上三个实施例中，通过合理的结构设计和优化选材，将所述全盘优化的光伏光热联供组件的总重控制在每平米15～21kg，所述全盘优化的光伏光热联供组件可大面积或单个应用于屋顶、棚顶等承重性能不太高的区域。
上述全盘优化的光伏光热联供组件可按照如下步骤进行组装：
1、利用第二塑料封装层40将太阳能电池片30固定在承载板51上，并导出光伏供电的电线。
2、利用第一塑料封装层20封装太阳能电池片30的正面，并在第一塑料封装层20表面涂覆紫外光吸收层15。
3、在顶面安装玻璃板10(钢化玻璃)，玻璃板10与第一塑料封装层20之间预留保温空腔层70，并在玻璃板10表面涂覆抗反射涂层5。
4、利用塑料封边层61对组件侧边缘进行密封，之后对保温空腔层70抽真空或注保温气体，例如氮气。
5、在组件的侧边和后部加装轻质的保温材料层62，例如保温棉等，最后安装外壳60及光伏接线盒。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员，在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应该涵盖在本实用新型的保护范围内。