一种高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的制作方法

本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件。

背景技术：

能源是社会经济发展和国家安全的重要保障，它影响着国家、社会、经济等各个方面。就现阶段而言，在我国的能源消费结构中，煤炭、石油等化石能源使用占比高，能源利用效率较为低下，导致我国出现环境被破坏等突出问题。为了增进能源供应安全，减少对化石能源的依赖，并满足对可持续性能源的需求，研究使用可再生能源，并提高可再生能源在我国能源利用中的比例，同时通过进一步的技术进步和产业升级降低成本，使之成为我国经济社会可持续发展的基本保障，具有十分重要的意义。太阳能作为一种自然能源，具有资源充足、长寿，分布广泛、安全、清洁等优点，可以转换成多种其他形式的能量，因此应用范围非常广泛，被认为是未来最重要的可再生能源之一。

现阶段，太阳能发电、产热主要是通过光热转换和光电转换两种方式将太阳能转换为热能和电能，由太阳能电池吸收利用的部分转化为电能，未吸收利用的部分转化为热能。据调研显示，现有光伏太阳能电池以光电效应工作的晶硅太阳能电池为主流，但只能吸收部分频率范围内的太阳射线，从而使得光伏太阳能电池的光电转换效率无法得到较大提升；其次，目前使用的聚光太阳能光伏电池组件主要使用铝制外框架，不仅可靠性低，易造成损坏，而且无法对菲涅尔透镜起到良好的支撑作用；此外，现有的聚光太阳能光伏电池组件多为密封结构，不利于通风和散热，致使发电效率无法大幅提高；然后，太阳能电池吸收利用的太阳光转化为电能的同时会产生大量热，这些热量并不能完全被安置在电池下的散热设备吸收再利用；最后，目前使用的聚光太阳能光伏电池组件的结构、组装，不能很好地提高发电、产热效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件，该高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件具有环保、无杂音、结构稳定、通透性好、利用率高、聚光/产热结合使用的优势，并且极大地提高了太阳能的产热效率和发电效率，降低了能源消耗、环境污染和生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件，包括菲涅尔聚光透镜、框架、光伏-光电复合联产单元、导热载体、导热柱体、中部波状挡板、换热底板、纳米复合相变蓄热保温层，菲涅尔透镜的下方通过中部波状挡板支撑，四周边缘固定在框架上部，框架下部固定在换热底板正面的四周边缘处，换热底板正面中间的空白区域用于固定光伏-光电复合联产单元、导热载体、导热柱体及中部波状挡板，其中光伏-光电复合联产单元固定在导热载体正中位置，导热柱体穿插于两个光伏-光电复合联产组件之间，并穿透换热底板，使之直接与纳米复合相变蓄热保温层相接触，将纳米复合相变蓄热保温层与换热底板的背面吹涨板密封固定。

按上述技术方案，使用菲涅尔透镜作为高倍聚光部件，将射入到高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的太阳光线折射汇聚，由mxn个子菲涅尔聚光透镜组合构成一个整体，材料为玻璃或pmma或硅胶，使太阳光线收集聚焦到光伏-光电复合联产单元的二次镜上，由二次镜进一步将聚集的太阳光线折射聚焦到下方与之相粘接的光伏电池上；中部波状挡板平行排列，两侧交叉与铝框焊接，使冷却水沿s型弯道流通，并成双层阵列分布，总数量为(m-1)个；光伏-光电复合联产单元包含二次镜、光伏电池、紫外线吸收层及导热载体，紫外线吸收层均匀填涂在导热载体中部圆盘上，其余各部件之间分别使用导热胶粘接固定为一个单元，并成mxn阵列分布，使用导热胶粘贴在换热底板的正面光滑平板上，数量为m·n个单元。

按上述技术方案，光伏-光电复合联产单元通过导热胶粘贴在换热底板的正面光滑平板上，太阳光线通过菲涅尔高倍聚光透镜聚焦后照射入二次镜处，通过二次镜被分解为各种单色光。

按上述技术方案，导热载体用于承载二次镜、光伏电池、紫外线吸收层、导热片，中部是一块圆形铜板，上表面的中间设置安放光伏电池的方形凹槽，紫外线吸收层均匀填涂在除方形凹槽的圆形铜板上表面其余部分，光伏电池通过导热胶粘贴在方形凹槽内，其上方正中位置还有同样通过导热胶粘贴的二次镜，圆形铜板的侧边曲面焊接有若干个棱齿状的导热片，并以圆形阵列的形式等距安插在铜片周围，导热载体的下表面使用导热胶与换热底板粘接。

按上述技术方案，中部波状挡板采用薄铝板制作，呈波浪状设计，长度小于高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的宽度，波状挡板两侧以交叉阵列排布的方式，焊接到铝框较长面的两侧，第一个及最后一个波状挡板的焊接处要与铝框的进水口与出水口位于一侧；中部波状挡板采用波浪状形式；中部波状挡板的高度为菲涅尔聚光透镜至散热底板之间的距离。

按上述技术方案，换热底板采用铝板吹胀工艺制作，正面一侧为光滑平板，将光伏-光电复合联产单元通过导热胶粘贴固定在此面，成mxn阵列分布，光伏-光电复合联产单元之间安设的导热柱体贯穿于换热底板上，将导热柱体安插在网状管道的薄板处；背面一侧为半椭圆凸管形的网状流道，冷却水在此流道内与上层的光伏-光电复合联产单元产生的热量进行热交换。

按上述技术方案，纳米复合相变蓄热保温层由纳米复合相变蓄热材料、蜂窝活性炭容器两部分组成；纳米复合相变蓄热材料采用纳米石墨烯片与石蜡的复合材料制备，在常温下呈现固体状态，加热后熔化为液体状态，装备到蜂窝活性炭容器中。

本发明产生的有益效果是：高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件具有环保、无杂音、结构稳定、通透性好、发电/产热结合利用的优势，并且极大地提高了太阳能的产热效率和发电效率，降低了能源消耗和生产成本，达到能源高效利用和节约资源的目的。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的结构示意总图；

图2是本发明实施例中聚光太阳能光伏、光热复合联产组件爆炸图；

图3是本发明实施例中菲涅尔聚光透镜的示意图；

图4是本发明实施例中双层铝框的示意图；

图5是本发明实施例中光伏-光电复合联产单元的结构示意图；

图6是本发明实施例中导热载体的示意图；

图7是本发明实施例中中部波状挡板的示意图；

图8是本发明实施例中管板式换热底板的示意图；

图9是本发明实施例中纳米复合相变蓄热保温层的示意图；

1-菲涅尔聚光透镜、2-双层铝框、3-中部波状挡板、4-光伏-光电复合联产单元、5-管板式换热底板、6-纳米复合相变蓄热保温材料、7-导热柱体、8-双层铝框的进出水口、9-波纹状焊线、10-加强板、11-二次镜、12-光伏电池、13-导热载体、14-紫外线吸收层、15-方形凹槽、16-导热片、17-进出水口焊接的铝合金圆管、18-分流流道、19-纳米复合相变蓄热材料、20-蜂窝活性炭容器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，如图1-图4所示，提供一种高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件，包括菲涅尔聚光透镜1、双层加固铝框4、光伏-光电复合联产单元2、导热载体13、导热柱体、中部波状挡板3、管板式换热底板5、纳米复合相变蓄热保温层6，菲涅尔聚光透镜的下方通过中部波状挡板支撑，起稳固作用，四周边缘通过密封胶粘贴在双层加固铝框上部，进行防漏密封，双层加固铝框8下部通过密封胶粘贴在管板式换热底板正面光滑平板的四周边缘处，同样进行防漏密封，管板式换热底板正面光滑平板中间的空白区域用于粘接固定光伏-光电复合联产单元、导热载体、导热柱体及中部波状挡板，其中光伏-光电复合联产单元通过导热胶粘贴在导热载体正中位置，以便散热均匀，导热柱体7穿插于两个光伏-光电复合联产单元之间，并穿透管板式换热底板，使之直接与纳米复合相变蓄热保温层相接触，以便更利于散热传热，最后使用透明硅酮结构密封胶将纳米复合相变蓄热保温层与管板式换热底板的背面吹涨板粘接固定，进行防水密封。

使用菲涅尔透镜作为高倍聚光的重要组成部件，将射入到高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的太阳光线折射汇聚，由mxn个子菲涅尔聚光透镜组合构成一个整体，使用密封胶与双层加固铝框粘接固定，起到防漏密封的作用，材料可以是玻璃、pmma或硅胶制造而成，从而使太阳光线收集聚焦到光伏-光电复合联产单元的二次镜上，由二次镜进一步将聚集的太阳光线折射聚焦到下方与之相粘接的光伏电池上，提高太阳能利用率和组件发电效率；中部波状挡板平行排列，两侧交叉与双层铝框焊接，使之能够让冷却水呈现s型弯道流通，尽可能多的吸收光伏电池产生的热量，并成双层阵列分布，总数量为(m-1))个；光伏-光电复合联产单元包含二次镜、光伏电池、紫外线吸收层14及导热载体组成，紫外线吸收层均匀填涂在导热载体中部圆盘上，其余各部件之间分别使用导热胶粘接固定为一个单元，并成mxn阵列分布，使用导热胶粘贴在管板式换热底板的正面光滑平板上，数量为m·n个单元。

如图5-9所示，光伏-光电复合联产单元通过导热胶粘贴在管板式换热底板的正面光滑平板上，太阳光线通过菲涅尔高倍聚光透镜聚焦后大分部照射入二次镜处，通过二次镜被分解为各种单色光，不同波长的光波，传播速度也各不相同，因此，在二次镜内对不同波长的光有不同的折射率，红色光的折射率最小，紫色光的折射率最大，各色光因折射角不同而彼此分离，折射率较小的以红色光为主的几种单色光被二次镜11折射后进一步聚焦到光伏电池12吸收发电，而折射率较大的以紫外线为主的几种单色光由于波线较短，折射不明显，大部分直接透过二次镜照射到与高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件几乎垂直的位置，由均匀填涂在光伏电池旁的紫外线吸收层利用产热，从而可提高高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的产热效率。

导热载体用于承载二次镜、光伏电池、紫外线吸收层、导热片，中部是一块圆形铜板，上表面的中间预留一块安放光伏电池的方形凹槽15，紫外线吸收层均匀填涂在除方形凹槽的圆形铜板上表面其余部分，光伏电池通过导热胶粘贴在方形凹槽内，其上方正中位置还有同样通过导热胶粘贴的二次镜，圆形铜板的侧边曲面焊接有若干个棱齿状的导热片16，并以圆形阵列的形式等距安插在铜片周围，用于快速传导光伏电池吸收利用太阳能发电后产生的大量热能，使得冷却水能够以更大面积与热源接触，并及时换热，既可以有效降低光伏电池的温度，从而提高其发电效率，又可以升高冷却水的温度，提高产热效率，导热载体的下表面使用导热胶与管板式换热底板粘接，进一步让光伏电池产生的热量通过圆形铜板的传导与管板式换热底板内部通过的水流进行热交换，提高产热效率，在高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的每列流道17中，各个光伏-光电复合联产单元之间，安设有若干导热柱体，同样用于增加传热面积，使冷却水能够与之快速换热，及时降低光伏电池的温度。

中部波状挡板采用薄铝板制作而成，呈波浪状设计，长度略小于高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的宽度，以便于水流能够正常通过每列流道，波状挡板两侧以交叉阵列排布的方式，焊接到双层加固铝框较长面的两侧，第一个及最后一个波状挡板的焊接处要与双层加固铝框的进水口与出水口位于一侧，能够使冷却水按照排布通道顺利流经每一个光伏-光电复合联产单元，最大程度的保证光伏电池吸收太阳光线而产生的大量热能可以被及时传导，实现对其的降温目的；中部波状挡板采用波浪状形式，能够更加充分的使得水流与光伏-光电复合联产单元接触，增加水流与挡板的接触面积，并更好地吸收光伏电池发电及吸收层吸收光线而产生的热量，从而可提高高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的产热效率，同时光伏电池由于水流将热量带走的降温作用，可以进一步提高各个光伏电池的发电效率，从而可提高高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的发电效率；中部波状挡板的高度为菲涅尔聚光透镜至散热底板之间的距离，一方面可以起到对各流道的分离作用，以防组件跟踪太阳移动而发生倾斜时，水流不能按照既定流道流通，导致光伏-光电复合联产单元不能完全被水流经过，另一方面又可以起到对菲涅尔聚光透镜的支撑作用，避免中部受重力影响或外力冲击而导致的凹陷，其材料使用铝合金。

双层加固铝框采用里外两层、中部镂空的双层设计结构，可以起到减震、缓冲作用，防止高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件受到冲撞、磕碰时造成的内部结构损坏，还可以起到保温、隔热的作用，避免光伏-光电复合联产单元利用太阳能产生的热量通过组件支撑框架的四周壁面传热，与空气进行热交换而导致产热效率的降低，除此之外，还能够有效降低高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的整体重量；双层加固铝框内层较长面的两侧已分别与中部波状挡板焊接，较短面的两侧则焊接若干条波纹状焊线9，既用于改善双层加固铝框与水流间的换热效果，增加换热面积，提高高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件的产热效率，也用于对铝框起到加固作用；为了减轻重量的同时，进一步使铝框稳定性得到加强，因而设计了加强板10，安设在双层加固铝框的外层，可以增强其强度和韧性，在减轻重量的同时，节约材料用量，降低生产成本，加强板与双层加固铝框之间采用焊接的方式连接，可根据实际情况设定焊接位置及数量；在内层焊接有波纹状焊线的两个侧面分别开设一个圆形通孔，并安装与圆形通孔大小相配合的连接管，作为贯通流经光伏-光电复合联产单元的水流进口与出口，开设位置应是中部波状挡板与双层加固铝框内层焊接的两侧面接近，确保水流按照排布通道能够流经每一个光伏-光电复合联产单元，让光伏电池吸收太阳光线而产生的大量热能可以及时向冷却水的低温传换，提高光伏电池的发电效率与组件的产热效率。

作为高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件中主要产热部件的管板式换热底板，采用铝板吹胀工艺制造而成，不仅生产成本低，热效率高，对冷热介质的温差要求也极低，可将未被吸收的热量回收转换为二次可利用热能，大大节省了资源；正面一侧为光滑平板，将光伏-光电复合联产单元通过导热胶粘贴固定在此面，成mxn阵列分布，以保证光伏电池间的距离一定，使得管板式换热底板导热均匀，光伏-光电复合联产单元之间安设的导热柱体贯穿于管板式换热底板上，为避免影响到流道的畅通，将导热柱体安插在网状管道的薄板处，上半部分可增加与高倍聚光太阳能光伏、光热复合联产联供组件内部水流的换热面积，下半部分可增加与纳米复合相变蓄热保温层的的换热面积；背面一侧为半椭圆凸管形的网状流道，冷却水在此流道内与上层的光伏-光电复合联产单元产生的热量进行热交换，在降低聚光电池温度、提高发电效率的同时，可以充分利用集热底板吸收光伏板上的热量，用于加热水流，收集的热量用于生产生活；且流道中设计有分流装置，可以使流体分布均匀及减少流体的压降损失；管板式换热底板在与双层加固铝框开设进水口与出水口位置相对应的两侧边，设计其流道的进水口与出水口，并在端口焊接铝合金圆管18，用于和软管的连接。

纳米复合相变蓄热保温层由纳米复合相变蓄热材料19、蜂窝活性炭容器两部分组成；纳米复合相变蓄热材料采用纳米石墨烯片与石蜡的复合材料制备而成，在常温下呈现固体状态，加热后熔化为液体状态，装备到设计制作的蜂窝活性炭容器20中，蜂窝活性炭容器采用优质煤质活性炭为原材料，经蜂模具压制，高温活化烧制而成，具有高强度、耐水、耐强酸、耐强碱的特性，可作为纳米复合相变蓄热材料良好的载体使用，将其与管板式换热底板的网状流道一侧相连接，且接触面开设axb个椭圆形阵列排布的柱状孔，用于注入纳米复合相变蓄热材料，并使用透明硅酮结构密封胶粘接固定，同时密封四周的接触间隙，以防纳米复合相变蓄热材料加热熔化为液体后泄露出去；安装此纳米复合相变蓄热保温层可以进一步储存、利用光伏-光热复合联产组件产生的余热，白天吸热熔化为液体储存热量，夜间需要时放热凝结为固体释放热量，从而极大地提高了太阳能的利用率，达到能源高效利用和节能的目的；为更好地使得纳米复合相变蓄热材料对余热的吸收利用，贯穿于管板式换热底板的导热柱体，可直接将组件内部剩余的热量传导至蜂窝活性炭容器层。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。