一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统的制作方法

本发明属于换热系统领域，尤其涉及一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统。

背景技术：

太阳能光伏发电系统的原理是光电伏特效应。以晶体硅为例，p型晶体硅经过掺杂磷可得n型硅，形成p-n结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生越迁成为自由电子并在p-n结两侧聚集形成电位差，外部接通电路后，便通过外部电路产生输出功率。工作过程的实质是光子能量转换为电能。但是太阳能电池板的光电转换效率不高，200μm-300μm厚的单晶硅电池片在实验条件下的转换效率为24.7％，普通商品仅为10％-18％，40m厚的单晶硅也只有20％的效率。所以，一般采用聚焦的方式把太阳能聚集到太阳能电池板上，减少电池板使用数目同时，保证用户用电需求。

但是，采用聚焦装置后，太阳能电池板温度容易过高，一般在100℃以上，甚至更高。温度每升高1k，输出电量减少0.2％-0.5％。一般的，太阳能电池板的工作温度为-40℃——90℃，最佳工作温度为25℃，使用寿命为25年，当温度过高时，寿命明显缩短。使用某实验条件下的多晶硅太阳能电池制成36片串电池组件，当组件工作温度为60℃时，比标准测试条件下的25±2℃高出35℃，组件的开路电压降低2.8w，最大工作效率降低15.8％。

因此，考虑蓄能板储存过高的热量。蓄能板内布置相变材料，其发生相变过程时可以将太阳能电池板过高的热量转移并存储于蓄能板内，而且相变温度在20-30℃范围内的相变材料广泛应用于太阳能领域。

为了将蓄能板中的热量进行释放，选取全年温度基本恒定的土壤源。从图文观测资料知，土层深度每增加1m，最高(或最低)温度出现的时间延迟20～30d，同时，随着土层深度的增加，土温的年变幅将迅速变小，土层＞20cm处的日变化曲线更几乎呈平行线。所以，冻土层以下的土壤温度基本不随环境的温度而变化，并基本维持在6℃，可以实现太阳能电池板热量的释放。此外，以吉林地区的冬季为例，室外温度-30℃时，冻土层1m以下的温度仍可达4℃。所以，室外温度低于0℃时，通过无机热管进行热量的反向传 递具有可行性。

与此同时，无机热管是一种有效的传热元件，并可实现双向流动。无机热管由密闭金属管体、传热工质、密封结构组成，它将热量通过很小的截面有效地传输而无需外加动力，无机热管本身不产生热能，也不储存热量，选择其做为蓄能板与土壤间的传热通道是合理的。

技术实现要素：

针对上述存在的问题和现象，本发明提供一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，旨在合理利用清洁的可再生能源，提高太阳能电池板的光电转换效率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，包括：

太阳能电池板：其配置为将太阳能转换为电能；

相变材料：其配置为发生相变过程，吸收、释放潜热；

蓄能板：其配置为给相变材料提供布置场所，并储存太阳能电池板过高的热量或室外温度低于0℃时来自土壤的热量；

eva胶黏剂：其配置为将蓄能板与太阳能电池板粘结在一起；

无机热管：其配置为将蓄能板的储热释放到土壤中，或在室外温度低于0℃时将土壤热量传递给蓄能板，起传热通道的作用；

土壤：其配置为该换热系统提供稳定的冷、热源。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的eva胶黏剂为耐高温的粘结材料。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的蓄能板通过eva胶黏剂与太阳能电池板粘结在一起。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的蓄能板内充相变材料，规格尺寸与90w光伏电池板尺寸(1194mm×542mm)相同，并做成高出太阳能电池板5cm的三面包边立体形状，最高位置的第四边不做包边。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的相变材料为相变温度在20-30℃范围内的固液材料。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的蓄能板上开设有圆形通孔以固定密封无机热管的一端。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的土壤通过地 下开孔形式实现与无机热管另一端的连接。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的无机热管管群在土壤中布置成方形，各热管间距保持一致。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

1、无机热管启动迅速，导热速度快，元件一端受热，数秒钟就将热量传递到另一端；并且，无机热管本身具有双向传热通道的作用。这样，既充分利用土壤四季温度恒定的特性，又实现对可再生清洁能源的合理使用。

2、相变材料储热密度大，可以高效率的将太阳能电池板过高热量储存在蓄能板中，维持太阳能电池板温度在合理范围内，保证太阳能电池板使用寿命，提高太阳能电池板光电转换效率。

3、相变材料发生相变过程吸收、释放潜热以及无机热管传输热量过程中，自身温度均不发生变化，对系统无干扰、无影响。

4、蓄能板设计成三面包边的的立体形状，并采用胶连接。当太阳能电池板需要进行维修时，控制eva胶膜的温度使其熔化，便可将蓄能板从最高位置的第四边抽出，减少工作量，保护系统结构。

5、系统结构简单，可拓展性强，能应用于不同规格的太阳能电池板中。

附图说明

通过阅读参考以下的附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1.一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统结构示意图

图2.蓄能板与无机热管连接示意图

图3.蓄能板设计示意图

图4.无机热管管群平面示意图

图中各标号含义如下：1-太阳能电池板；2-相变材料；3-蓄能板；4-eva胶黏剂；5-无机热管；5’-无机热管一端；5”-无机热管另一端；6-土壤；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

如图1所示，本系统包括：太阳能电池板1、相变材料2、蓄能板3、eva胶黏剂4、无机热管5以及土壤6。蓄能板3与相互粘结的太阳能电池板1发生导热过程，并将太阳能电池板1过高的热量传递给蓄能板3，布置在蓄能板3内的相变材料2在被加热到其相变温度时，产生从固态到液态的相变，蓄能板3便储存大量的潜热，从而使太阳能电池板1的温度降低。无机热管5一端5’与蓄能板3相连，无机热管5另一端5”与冻土层以下的土壤6相连。通过无机热管5的工作特性，在将蓄能板3储存的潜热释放到土壤6的同时使相变材料2冷却，相变材料2完成从液态到固态的逆相变过程，而后循环进行。当室外温度低于0℃时，根据无机热管5本身的工作特性，无机热管5的另一端5’会将土壤6的热量反向传递给无机热管5一端5’的蓄能板3，蓄能板3再与太阳能电池板1发生导热过程，保证太阳能电池板1工作温度不会太低。由此，无机热管5起着蓄能板3与土壤6间传热通道的作用。

下面结合图2介绍蓄能板与无机热管的连接方式。

图2中蓄能板3上开设有圆形通孔，以固定密封所述的无机热管5的一端5’，从而使得蓄能板3的热量传递给无机热管5的一端5’，进而通过无机热管5的工作特性，把热量从无机热管5的另一端5”释放到土壤中去。当室外温度低于0℃时，土壤6的热量通过无机热管5的另一端5”传递给无机热管5的一端5’，进而传递给蓄能板3和太阳能电池板1。

下面结合图3介绍蓄能板的设计方式。

如图3所示，蓄能板3的三面包边顶端高出太阳能电池板1的距离为5cm，最高位置的第四边不做包边设计。相变材料2有序的排列在蓄能板3内，以保证太阳能电池板1导热的均匀性。

下面结合图4介绍无机热管管群的布置方式。

如图4所示，无机热管5管群以方形的形式有序的布置在土壤6中，既方便施工，又实现热量在蓄能板与土壤间的有效、合理传递。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发 明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。