一种聚光平板型光伏光热一体化复合太阳能集热器的制作方法

本发明涉及太阳能光伏光热一体化应用领域，具体涉及一种聚光平板型光伏光热一体化复合太阳能集热器。

背景技术

太阳能高效利用是解决能源短缺与环境污染问题的有效途径之一。目前，太阳能光伏和光热利用技术已日趋成熟。然而，太阳能的辐射密度低、不稳定以及成本高等诸多问题制约着太阳能产业的后续发展，聚光技术可以使单位面积光伏电池输出更多的电量，有效的缓解了上述缺点，提高了太阳能在光照强度较弱地区的利用率。其中，线性菲涅尔透镜成本低廉、易于安装，可以满足小型家庭用户的实际需求。

商用的单晶硅电池在标准测试工况下效率可达到15％～18％，其余大部分能量被转化为热。然而，由于硅材料本身的限制，随着光伏电池温度升高，其电效率逐渐下降，聚光装置的使用使光伏电池的温升更加明显，电效率急剧下降，同时长时间高强度的辐射降低了光伏电池和整个集热装置的使用寿命。采用不同冷却介质(如水或空气)对光伏电池进行冷却，可以提高发电效率的同时又产生低品位的热量，与单独利用光热和光伏的装置相比，节省了安装费用与空间，提高了能量利用率，增加整个装置的运行寿命。而平板型结构的集热器，易于与建筑一体化，可以满足现代建筑发展的需求。

传统的光伏光热一体化太阳能集热器中吸热板与冷却流道多采用管板式结构，即铜制吸热板与圆形流道相连接的方式，这种连接多采用焊接工艺，若铜制吸热板的厚度太薄，焊接过程中易打穿变形，若厚度过厚，又影响了热量的传递和装置的重量，这种管板式结构对焊接工艺要求高，且加工困难，影响美观；另一方面，吸热板与流道的实际接触面积接近于线接触，换热面积太小，总热阻过大，影响了热量的传递，降低了整个系统的光电和光热转化效率；同时，吸热板和圆形流道都是铜制品，初期投资成本昂贵。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种聚光平板型光伏光热一体化复合太阳能集热器，采用新型的流道结构，解决流道与吸热板的连接问题，实现保温材料与流道的一体化，还具有重量轻，成本低，结构简单，加工方便和冷却效果好的优点，易于制作与大规模生产，同时提高了整个装置的光伏和光热综合利用效率、运行寿命及稳定性。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是流道与吸热板的连接问题，缓解了传统管板式结构热阻大且成本过高的不足，实现了流道与保温材质的一体化设计，其制作工艺简单，便于大规模生产，可以提高整个装置的光伏和光热综合利用效率，运行寿命及稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种聚光平板型光伏光热一体化复合太阳能集热器，包括线性菲涅尔透镜，光伏模块和冷却模块；所述光伏模块设置于所述线性菲涅尔透镜的下方，用于将所述线性菲涅尔透镜聚集到所述光伏模块表面的太阳辐射能转化成电能；所述冷却模块设置于所述光伏模块的下方，用于冷却所述光伏模块，延长光伏模块的寿命，提高光电转换效率，并进行余热利用；所述冷却模块包括吸热板和位于其下方的pvc结构，所述pvc结构的上表面设置有向上开口的槽，所述向上开口的槽在所述pvc结构的上表面形成流道；所述吸热板的上表面与所述光伏模块的底部外表面连接，所述吸热板的下表面与所述pvc结构的接触部分连接。线性菲涅尔透镜将太阳辐射以光带的形式聚集到光伏模块上，提高了太阳辐射的能流密度；在pvc结构表面设置流道实现流道和保温材质的一体化设计；冷却介质通过流道可以直接与吸热板接触，提高了冷却效果，增强了光伏电池的光电转换效率。

进一步地，聚光平板型光伏光热一体化复合太阳能集热器还包括支撑框架；所述支撑框架包括长柱，上层框架和设置于所述上层框架下方的下层框架；所述长柱一端固定在所述上层框架上，另一端固定在所述下层框架上；所述线性菲涅尔透镜固定于所述上层框架上，所述光伏模块和所述冷却模块安装于所述下层框架内。支撑框架用于支撑线性菲涅尔透镜，光伏模块和冷却模块，其中，可以通过调整长柱的垂直长度改变线性菲涅尔透镜与光伏模块之间的垂直距离，以调节光伏模块上表面能流密度分布。

进一步地，所述光伏模块包括光伏组件和位于其上的玻璃盖板。

进一步地，所述光伏组件包括第一eva胶、光伏电池、第二eva胶和透明背板；所述第一eva胶、所述光伏电池、所述第二eva胶和所述透明背板从上到下依次连接。光伏组件形成一体化的光伏电池板，对光伏电池进行保护，具有良好的电绝缘性、抗氧化性和耐腐蚀性。

进一步地，所述玻璃盖板的侧面与所述下层框架内表面密封连接，作用是防止灰尘和水汽渗入；所述玻璃盖板的下表面与所述光伏组件的上表面之间留有间隙，所述玻璃盖板、所述光伏组件和所述下层框架的部分内表面形成一个密封空间，所述密封空间内部充满空气，防止热量散失。

进一步地，所述吸热板为铜制品，可以有效地降低换热热阻。

进一步地，所述支撑框架为铝制品。

进一步地，所述流道可设置为并联形式或串联形式；所述并联形式是指第一直流通道和第二直流通道之间设置有多个并联的分支直流通道，其中所述第一直流通道的一端设置为冷却介质入口，所述第二直流通道的一端设置为冷却介质出口；所述串联形式是指多个直流通道首尾相连形成流道，所述流道的一端设置为冷却介质入口，所述流道的另一端设置为冷却介质出口。

进一步地，所述流道的截面形状可设置为矩形、半圆形、三角形和梯形中的一种或几种。

进一步地，所述下层框架还填充有保温层，这种结构防止热量散失且可以满足建筑一体化的需求。

本发明提出的聚光平板型光伏光热一体化复合太阳能集热器与现有技术相比，具有如下的有益效果：

1)本发明在pvc材料上表面开槽形成流道，与吸热板直接连接，工艺简单，避免传统焊接连接的不足，且保证质量。

2)冷却介质经过流道，直接与吸热板接触换热，提高了冷却效果。

3)采用pvc结构(具有一定的保温性能)代替传统的铜管，价格便宜，质量轻，实现保温层材料和流道的一体化设计。

4)通过采用线性菲涅尔透镜聚光技术提高了太阳辐射的能流密度；同时，线性菲涅尔透镜成本低廉，易于安装。

5)本发明提出的聚光平板型光伏光热一体化复合太阳能集热器，通过冷却介质冷却光伏模块，延长了光伏电池的寿命，提高了光电转换效率；同时，冷却介质携带的热量在生活中被充分利用，提高了整个装置的综合利用效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的整体结构分解示意图；

图2是如图1所示的较佳实施例的光伏模块和冷却模块的分解示意图；

图3是pvc结构上流道的串联形式示意图；

图4是pvc结构上流道的并联形式示意图；

图5是流道截面为方形的示意图；

图6是流道截面为半圆形的示意图；

图7是流道截面为三角形的示意图；

图8是流道截面为梯形的示意图；

其中，1-支撑框架，2-保温层，3-线性菲涅尔透镜，4-卡槽，5-冷却介质入口，6-冷却介质出口，7-玻璃盖板，8-空气夹层，9-第一eva胶，10-光伏电池，11-第二eva胶，12-透明背板，13-吸热板，14-pvc结构。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当放大了部件的厚度。

如图1和图2所示，在本发明的较佳实例中的一种聚光平板型光伏光热一体化复合太阳能集热器，包括线性菲涅尔透镜3，光伏模块和冷却模块；线性菲涅尔透镜3将太阳辐射以线性光带的形式聚集到光伏模块上表面，提高了能流密度，可以通过改变线性菲涅尔透镜3的面积尺寸和调整其与下方光伏模块的垂直距离来满足具体的应用需求，其安装方便，成本低廉，适用于小型家庭用户；光伏模块设置于线性菲涅尔透镜3的下方，用于将线性菲涅尔透镜3聚集到光伏模块的太阳能辐射转化成电能；冷却模块设置于光伏模块的下方，用于冷却光伏模块，延长光伏模块的寿命，提高光电转换效率，并进行余热利用；其特征在于，冷却模块包括吸热板13和位于其下方的pvc结构14，在本较佳实例中，吸热板13为铜制品，pvc结构14为硬质pvc材质；pvc结构14的上表面设置有向上开口的槽，向上开口的槽在pvc结构14的上表面形成流道；吸热板13的上表面与光伏模块的底部外表面连接，吸热板13的下表面与pvc结构14的接触部分连接。pvc结构14本身的导热系数较低，可以作为保温层使用，在pvc结构14表面设置流道相当于实现了流道和保温材质的一体化设计。冷却介质通过流道可以直接与吸热板13接触，提高了冷却效果，增强了光伏电池的光电转化效率。

光伏模块与吸热板13的连接方式是光伏模块通过高导热系数的导热硅胶或垫片与下方吸热板13粘接，导热硅胶或垫片需整体覆盖于吸热板13的上表面，以减小空气热阻，保证良好的导热能力。

吸热板13与pvc结构14直接连接，在两种材料四周边缘处对应攻丝，采用螺纹连接的连接方式；对于中间接触部分，则用导热硅胶或垫片粘接，保证热传递的同时防止不同流道间冷却介质的串流及泄露。这种连接方式可以保证冷却介质与吸热板13的直接接触，避免了采用管板式结构时焊接连接工艺造成的加工复杂、热阻过大以及成本昂贵等问题，有效提高了传热效果，从而优化了整个装置的综合利用效率。

在本发明的较佳实例中的一种聚光平板型光伏光热一体化复合太阳能集热器还包括支撑框架1，优选地，支撑框架1采用铝制品，支撑框架1用于支撑线性菲涅尔透镜3，光伏模块和冷却模块；支撑框架1包括两根长柱，上层框架和设置于上层框架下方的下层框架；上层框架内表面设置有卡槽4，线性菲涅尔透镜3通过卡槽4固定于所述上层框架上；下层框架是由双层铝板所围成的向上开口容器，光伏模块和冷却模块从上到下依次设置于开口容器中，其侧面通过强力胶与支撑框架1内侧连接，防止整体装置结构松动；下层框架的双层铝板之间填充有保温层2，作为优选，保温层2采用玻璃棉材料，其易于填充且成本低廉，这种结构防止热量散失且可以满足建筑一体化的需求；两根长柱分别设置在支撑框架1相对的两侧，长柱一端固定在所述上层框架的下表面，另一端固定在所述下层框架侧边的外表面上，连接方式为焊接或螺纹攻丝连接，对于螺纹攻丝连接，在上层框架或下层框架与长柱连接处攻内丝，采用对应外丝的螺拴进行连接；作为优选，可以通过调整长柱的垂直长度来调整线性菲涅尔透镜与光伏模块之间的垂直距离，以改变光伏模块上表面能流密度分布。

光伏模块包括光伏组件和位于其上的玻璃盖板7。所述光伏组件包括第一eva胶9、光伏电池10、第二eva胶11和透明背板12；其中，光伏电池10采用单晶硅电池串联铺满；第一eva胶9、光伏电池10、第二eva胶11和透明背板12从上到下采用热层压技术依次连接。光伏组件形成一体化的光伏电池板，对光伏电池10进行保护，具有良好的电绝缘性、抗氧化性和耐腐蚀性。玻璃盖板7采用高透光性的钢化玻璃材质，玻璃盖板7的侧面与下层框架内表面用玻璃胶密封连接，作用是防止灰尘和水汽渗入；玻璃盖板的下表面与光伏组件的上表面之间留有间隙，玻璃盖板、光伏组件和下层框架的部分内表面形成一个密封空间，所述密封空间的内部充满空气。密封空间形成的空气夹层8，以防止热量散失。

流道可设置为并联形式或串联形式；如图4所示，并联形式是指第一直流通道和第二直流通道之间设置有多个并联的分支直流通道，其中第一直流通道的一端设置为冷却介质入口5，第二直流通道的一端设置为冷却介质出口6，优选地，第一直流通道和第二直流通道的水力直径要大于分支直流通道，以实现更好的均匀分流作用；如图3所示，串联形式是指多个直流通道首尾相连形成流道，流道的一端设置为冷却介质入口5，流道的另一端设置为冷却介质出口6。冷却介质入口5和冷却介质出口6分别在下层框架位置有穿透的孔相对应，便于冷却介质从对应的位置引进或引出。

如图5、图6、图7和图8所示，流道的截面形状可根据需要设置为矩形、半圆形、三角形和梯形这几种形状。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。