一种使用透明气凝胶的光伏光热综合利用装置的制作方法

本发明属于能源利用技术领域，具体涉及太阳能光伏和光热的综合应用。

技术背景

太阳能光伏光热综合利用装置是将太阳能集热器和光伏模块集成在一个装置中，并且能够收集利用光伏电池释放的多余热量，从而提高了单位太阳光接收面积的太阳能光伏光热综合利用的效率。

目前，太阳能光伏光热综合利用装置多采用平板型，吸热板芯为光伏电池层和吸热板层压。为了减少装置的散热，通常在玻璃盖板与吸热板芯之间设置了空气夹层。由于空气具有很低的热传导系数，空气夹层可以减少太阳能光伏光热综合利用装置板芯与玻璃盖板的传导热损，但是仍然存在对流换热和辐射换热，而辐射热损失是太阳能光伏光热综合利用装置中最为重要的一部分热损失。在传统的太阳能集热器中，可以通过在吸热板上涂设光伏选择性吸收性涂层以及将玻璃盖板与吸热板芯之间抽真空等方式减少热损失，从而提高太阳能集热器的热效率。选择性吸收性涂层是在波长0.3-2.5μm的太阳可见光波段具有较高的吸收率，而在2.5-5.0μm的红外光谱范围内具有较低的发射率，从而使得集热器吸收更多的热量同时减少辐射换热。然而在太阳能光伏光热综合利用装置中，很难在光伏电池层表面涂设选择性吸收性涂层，光伏电池的红外光谱范围内具有很高的发射率，因此会有较高的辐射热损失。另一种是通过抽真空的方法减少玻璃盖板与吸热板芯的对流换热损失进而提高热效率，这种方法对技术的要求很高，而耐候性和可靠性不高。

技术实现要素：

为了有效地减少太阳能光伏光热综合利用装置的热损失，提高太阳能光伏光热综合利用效率，本发明提出了一种使用透明气凝胶的太阳能光伏光热综合利用装置。

一种使用透明气凝胶的光伏光热综合利用装置包括顶面为玻璃盖板1的金属的箱体，箱体内由上至下依次设置光伏电池板4、吸热板5和保温层3，保温层3内均布设有若干金属水管6，若干金属水管6的两端分别连通设有集水管，一端的集水管7连通着进水口8，另一端的集水管连通着出水口9，玻璃盖板1和光伏电池板4之间为保温腔，改进在于：

在玻璃盖板1和光伏电池板4之间的保温腔内填充透明气凝胶2；

所述透明气凝胶的导热系数为0.010-0.025w/m·k，密度为50~120kg/m³，在波长0.3-2.5μm的太阳可见光波段的透过率为80%以上，而在2.5-5.0μm的红外光谱范围内低于20%的透过率。

进一步限定的技术方案如下：

所述透明气凝胶为二氧化硅纳米多孔结构材料。

所述玻璃盖板1和光伏电池板4之间的保温腔内填充透明气凝胶2的厚度不小于3mm。

采用机械层压处理，使玻璃盖板1、透明气凝胶2和光伏电池4固定连接在一起。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明采用透明二氧化硅气凝胶代替空气夹层，该透明气凝胶为纳米多孔结构，并且具有低密度、低介电常数、低导热系数以及高孔隙率的特点。透明二氧化硅气凝胶的纳米多孔结构使得透明二氧化硅气凝胶中的空气分子近似于静止，因此避免了空气的对流传热损失，而且透明二氧化硅气凝胶纳米网格结构的弯曲路径及极低的体密度也阻止了固态和气态的热传导。透明气凝胶的导热系数在0.010-0.025w/m·k，在波长0.3-2.5μm波段的透过率能够达到80%以上，而在2.5-5.0μm的红外光谱范围内具有很低的透过率；使太阳光有效的被光伏电池板和铝板吸热板吸收并转换为电能和热能，而且透明气凝胶的热导率（0.010-0.025w/m·k）低于常温下静态空气的导热系数（0.025w/m·k），能够达到极佳的绝热效果。

2.透明气凝胶的纳米多孔结构使得气凝胶中的空气分子近似于静止，因此避免了空气的对流传热损失。在太阳能光伏光热综合利用装置中，减少对流热损失使得总热损系数可以减少20%。

3.透明气凝胶应用在太阳能光伏光热综合利用装置中，能够解决光伏电池层表面0.9的高发射率导致的辐射热损。该透明气凝胶在红外光谱范围内的透过率低于20%，有效地拦截了光伏电池层发射的红外热辐射，并且降低了辐射热损。辐射热损是太阳能光伏光热综合利用装置中最重要的一部分热损失，减少辐射热损失可使得总热损系数减少40%。

综上所述，本发明所述的一种使用透明气凝胶的新型太阳能光伏光热综合利用装置能够有效地减少了太阳能光伏光热综合利用装置的热损失，提高太阳能光伏光热综合利用效率，具有很好的使用和推广价值。

附图说明

图1为太阳能光伏光热综合利用装置的横截面图。

图2为太阳能光伏光热综合利用装置的结构图。

上图中序号：玻璃盖板1、透明气凝胶2、不透明气凝胶保温层3、光伏电池板4、吸热板5、金属管6、集水管7、进水口8、出水口9。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1

参见图1，一种使用透明气凝胶的太阳能光伏光热综合利用装置包括顶面为玻璃盖板1的金属的箱体，箱体内由上至下依次设置透明气凝胶2、光伏电池4、吸热板5、金属管6以及不透明气凝胶的保温层3。玻璃盖板1、透明气凝胶2、光伏电池4采用机械层压的方式连接在一起，其中玻璃盖板1和光伏电池板4之间的保温腔内填充的透明气凝胶2的厚度为3mm。光伏电池4与吸热板5通过黑色tpt和eva层压的方式连接，构成吸热板芯。参见图2，金属管6通过激光焊接均匀排列在吸热板5的背部，在吸热板5背部的上下两端布置两根集管7分别与金属管6联通，下端集管的外伸端为进水口8，上端集管的外伸端为出水口9，在吸热板5的背部与箱体底部之间采用不透明气凝胶的保温层3。不透明气凝胶保温材料的导热系数一般为0.02w/m·k。

该太阳能光伏光热综合利用装置在运行时，水从进水口8流入，流经金属管6从出水口9流出。太阳光透过玻璃盖板1和透明气凝胶2被吸热板芯（光伏电池板4和吸热板5）吸收和利用，光伏电池板4吸收太阳光产生电能，热量经过热传导被金属管6吸收并传导给金属管中流动的工质。

透明气凝胶2有效地减少了吸热板芯（光伏电池板4和吸热板5）与玻璃之间的对流热损和与天空之间的辐射热损，不透明气凝胶的保温层3的低导热系数有效地减少了传导热损。在进口温度为60ºc、环境温度为20ºc和太阳辐照为800w/m²条件下，采用的透明气凝胶2的透过率为92%、导热系数为0.015w/m·k、红外波段为不透过，太阳能光伏光热综合利用装置的有效采光面积为2m²，电池覆盖率为70%，采用透明气凝胶的太阳能光伏光热综合利用装置的热效率可达到49%，总热损系数仅为1.75。

实施例2

传统太阳能光伏光热综合利用装置中，顶部保温层透明气凝胶2的位置为空气夹层，其它结构同实施例1。在相同条件下，传统装置太阳能光伏光热综合利用装置仅为采用透明气凝胶的太阳能光伏光热综合利用装置的热效率的一半。因此，采用透明气凝胶能有效地提高太阳能光伏光热综合利用装置的效率。