基于熱管技術(shù)的cpc聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，由聚光單元、聯(lián)集管（8）和玻璃蓋板（5）組成；其中聚光單元由CPC聚光器（1）、光伏電池板（2）、熱界面材料（3）、異型熱管（4）、保溫材料（6）和底框（7）組成；其中所述CPC聚光器（1）出口處設(shè)置光伏電池板（2），光伏電池板（2）的受光面朝向CPC聚光器（1）的入口；異型熱管（4）包括蒸發(fā)段和冷凝段，其蒸發(fā)段置于光伏電池板（2）背面且嵌入底框（7）的開口中；聚光單元并排緊密排列，每個聚光單元中異型熱管的冷凝段插入聯(lián)集管（8）的內(nèi)套管（9）當(dāng)中，玻璃蓋板（5）覆蓋在所有CPC聚光器（1）入口上方。本發(fā)明減少光伏電池的用量，控制電池板的均溫性，高效采集產(chǎn)生的熱能，以較低的成本提高太陽能利用的總效率。
【專利說明】基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，特別涉及一種基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，屬太陽能利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種清潔的可再生能源，受到越來越多的關(guān)注。其中，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，更是以其規(guī)模靈活、建設(shè)周期短和維護(hù)簡單等優(yōu)點，成為了人們開發(fā)太陽能資源的重要方式。然而，與常規(guī)能源相比，光伏發(fā)電的成本依然很高。因此，探索低成本光伏發(fā)電技術(shù)成為本領(lǐng)域的研究熱點。特別是我國光伏產(chǎn)業(yè)受到國際因素影響而陷入困境的大背景下，如何實現(xiàn)光伏發(fā)電在國內(nèi)的大規(guī)模應(yīng)用也成為亟待解決的問題。聚光光伏技術(shù)可顯著降低電池組件的用量，是降低發(fā)電成本的有效途徑。
[0003]與其他聚光形式相比，CPC聚光具有先天的優(yōu)勢，其具有更大的入射角，在系統(tǒng)運行時可以固定安裝或者只做季節(jié)性的角度調(diào)整，不需要跟蹤系統(tǒng)，可以大大的減少系統(tǒng)的初期成本。
[0004]太陽電池在工作過程中，只有小部分的太陽輻射能被轉(zhuǎn)化成了電能，其余大部分的能量被轉(zhuǎn)化成了熱能，并使其工作溫度升高，特別是對于聚光光伏系統(tǒng)來說，由于聚光的作用使得其工作溫度更高。而太陽電池的溫度對其光電轉(zhuǎn)換效率影響顯著，隨著溫度的升高，效率急劇下降。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)特別是聚光光伏系統(tǒng)中，需要有效地控制電池溫度以保證系統(tǒng)發(fā)電效率。為了有效解決這一問題，一般采用水或空氣將光伏電池在工作過程中產(chǎn)生的熱量直接帶走。若將這部分熱量加以利用，則實現(xiàn)了太陽能的電熱聯(lián)產(chǎn)。太陽能光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)既可以降低光伏電池工作溫度，提高光伏電池的發(fā)電效率，又可以為用戶提供一定量的熱能，從而提高了太陽能總利用率。
[0005]在電池的各類冷卻技術(shù)中，大部分方案涉及冷卻流體的進(jìn)出，因此無法回避電池組件在流體進(jìn)口處溫度較低出口處溫度較高的情況，無法實現(xiàn)電池溫度的均勻控制，同時需要消耗電能以提供強(qiáng)制對流的動力。而熱管以其獨特的均溫性，用于電池冷卻時，可以使得電池表面溫度更加均勻，從而保證系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率，且不需要額外動力消耗，具有顯著的優(yōu)越性。
[0006]目前相關(guān)的技術(shù)方案屢見報導(dǎo)。如專利號為200920126098.X的實用新型專利，采用了熱管冷卻太陽能光伏電池從而實現(xiàn)電熱聯(lián)產(chǎn)，該方案需要對整個電池板進(jìn)行散熱，由于沒有聚光裝置，以及熱管本身尺寸的受限與經(jīng)濟(jì)性的考慮，不易做到熱管壁面完全覆蓋電池板背面，因此無法實現(xiàn)均溫控制；另一方面，由于沒有聚光，因此其輸出的熱能品位也較低，縮小了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
[0007]另外，申請?zhí)枮?01010556512.8的發(fā)明專利，公開了一種應(yīng)用于聚光光伏的熱管散熱系統(tǒng)，該散熱系統(tǒng)適用于中高倍聚光系統(tǒng)的冷卻，但是其目的只是為了控制電池板的溫度，并未涉及所產(chǎn)生熱能的回收利用，因此無法顯著提高太陽能的總利用率。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的就在于克服上述各類缺陷，設(shè)計一種基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，減少光伏電池的用量，控制電池板的均溫性，高效采集產(chǎn)生的熱能，以較低的成本提高太陽能利用的總效率。
[0009]本發(fā)明技術(shù)方案為:基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，由聚光單兀、聯(lián)集管8以及玻璃蓋板5組成；其中聚光單元由CPC聚光器1、光伏電池板2、熱界面材料3、異型熱管4、保溫材料6、底框7組成；其中所述CPC聚光器I出口處設(shè)置光伏電池板2，光伏電池板2的受光面朝向CPC聚光器I的入口 ；異型熱管4包括蒸發(fā)段和冷凝段，其蒸發(fā)段置于光伏電池板2背面且嵌入底框7的開口中，底框7中填充有保溫材料6，蒸發(fā)段與光伏電池板2之間填充有熱界面材料3 ;多個聚光單元并排緊密排列，每個聚光單元中異型熱管的冷凝段插入聯(lián)集管8的內(nèi)套管9當(dāng)中，玻璃蓋板5覆蓋在所有CPC聚光器I入口上方。
[0010]優(yōu)選所述CPC聚光器I出口處的寬度和光伏電池板2的寬度相同；異型熱管4蒸發(fā)段的橫截面為半圓形、矩形或三角形結(jié)構(gòu)，與光伏電池板2通過熱界面材料3接觸的一面為平面，且橫截面寬度與光伏電池板2寬度相同；異型熱管4冷凝段的橫截面為圓形。優(yōu)選所述底框7為一扁盒狀殼體，在上壁面設(shè)置開口，開口長寬與異型熱管4的蒸發(fā)段尺寸一致；在靠近聯(lián)集管8的一端端面上開小口，小口的形狀與異型熱管4蒸發(fā)段橫截面形狀一致；所述保溫材料6則置于底框7與異型熱管4蒸發(fā)段壁面之間的空隙中。優(yōu)選所述異型熱管4為內(nèi)壁光滑的重力熱管、槽道熱管或有芯熱管；所述熱界面材料3為導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱硅膠或相變導(dǎo)熱材料，所述保溫材料6為巖棉或聚氨酯泡沫。
[0011]所述每個底框7與其上方的CPC聚光器1、光伏電池板2、熱界面材料3、異型熱管
4、保溫材料6等組成了一個聚光單元；多個聚光單元并排緊密排列，每根異型熱管4的冷凝段置于聯(lián)集管8的內(nèi)套管9當(dāng)中，緊密配合；所述玻璃蓋板5覆蓋于所有CPC聚光器I上方；一般10?20個聚光單兀組成一個電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),可供家庭使用；將多個O 2,根據(jù)水電用量的需要確定數(shù)量)電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通過串并聯(lián)的方式組合起來，可形成一個大系統(tǒng)，用于住宅樓、公共建筑或工業(yè)企業(yè)的集中供電供熱。
[0012]有益效果:
[0013]I)采用了 CPC聚光器提高到達(dá)光伏電池板的太陽輻射強(qiáng)度，提高單位面積光伏電池的電能輸出，與平板式光伏系統(tǒng)相比，大幅縮減了光伏電池的用量，降低了系統(tǒng)成本；CPC聚光器有較大的入射角，無需設(shè)置跟蹤裝置，與其他聚光光伏技術(shù)相比，成本更低。
[0014]2)采用異型熱管作為傳熱原件，將熱量輸出至冷卻流體，由于熱管內(nèi)的相變傳熱特性，其蒸發(fā)段溫度基本保持一致，使得光伏電池板的溫度分布比其他系統(tǒng)更均勻，提高了光電轉(zhuǎn)換效率；另一方面，由于采用了聚光技術(shù)，可以使用較小寬度的光伏電池板，因此可以實現(xiàn)熱管截面寬度與光伏電池板寬度相同，進(jìn)一步保證了對電池板冷卻的可靠性。而其他類型熱管散熱，無法做到熱管壁面完全覆蓋電池板背面，因此無法實現(xiàn)均溫控制。特別需要指出的是，本發(fā)明提出采用一面為平面結(jié)構(gòu)的異型熱管作為傳熱原件，與其他方案相比，保證了熱管壁面與光伏電池板之間的熱阻較小，從而保證系統(tǒng)的最終出水溫度。
[0015]3)由于采用了聚光技術(shù)，使得光伏電池板上產(chǎn)生熱量的熱流密度更高，因此采用熱管進(jìn)行散熱更為經(jīng)濟(jì)，從這一點來說，不聚光的方案采用熱管進(jìn)行散熱經(jīng)濟(jì)性較差。另夕卜，采用熱管進(jìn)行傳熱無需消耗額外動力，節(jié)約了一定的能源消耗。[0016]4)采用模塊化設(shè)計，通過多組聚光單元的串并聯(lián)可以實現(xiàn)各種規(guī)模的太陽能電熱聯(lián)產(chǎn)，既可以作為家用，也可以做集中供電供熱，應(yīng)用更加靈活。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1——本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0018]圖2——本發(fā)明的聚光單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3——本發(fā)明的聚光單元剖視圖。
[0020]其中:1-CPC聚光器，2-光伏電池板，3-熱界面材料，4-異型熱管，5-玻璃蓋板，
6-保溫材料，7-底框，8-聯(lián)集管，9-內(nèi)套管。
【具體實施方式】
[0021]實施例1:如圖1、圖2、圖3所示，為本發(fā)明的一個具體實施例?；跓峁芗夹g(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，由12個聚光單元、聯(lián)集管8以及玻璃蓋板5組成；其中聚光單元由CPC聚光器1、光伏電池板2、熱界面材料3、異型熱管4、保溫材料6、底框7組成；所述光伏電池板2設(shè)置在CPC聚光器I的出口處,且受光面朝向CPC聚光器的入口 ；異型熱管4包括蒸發(fā)段和冷凝段，其蒸發(fā)段置于光伏電池板2背面，二者之間填充有熱界面材料3，冷凝段則插入聯(lián)集管8的內(nèi)套管9中；所述異型熱管蒸發(fā)段底部置于底框7的開口中，底框7中填充有保溫材料6。
[0022]CPC聚光器I出口處的寬度和光伏電池板2的寬度相同，本實施例中為12_，入口處的寬度為70mm ;CPC聚光器I長度與光伏電池板2、異型熱管4蒸發(fā)段的長度一致，為IOOOmm ;本實施例異型熱管4蒸發(fā)段的橫截面為半圓形,與光伏電池板2通過熱界面材料3接觸的一面為平面，且橫截面寬度與光伏電池板2寬度相同，即12mm ;異型熱管4冷凝段的橫截面為圓形，直徑12mm，長度為80mm。底框7為一扁盒狀殼體，在上壁面設(shè)置開口，開口長寬與異型熱管4的蒸發(fā)段尺寸一致；在靠近聯(lián)集管8的一端端面上開小口，小口的形狀尺寸與異型熱管4蒸發(fā)段橫截面形狀尺寸一致；所述保溫材料6則置于底框7與異型熱管4蒸發(fā)段壁面之間的空隙中。所述異型熱管4為內(nèi)壁光滑的重力熱管，熱界面材料3為導(dǎo)熱硅脂，所述保溫材料6為巖棉或聚氨酯泡沫。
[0023]每個底框7與其上方的CPC聚光器1、光伏電池板2、熱界面材料3、異型熱管4、保溫材料6等組成了一個聚光單元，如圖2所示；12聚光單元并排緊密排列，每根異型熱管4的冷凝段置于聯(lián)集管8的內(nèi)套管9當(dāng)中，緊密配合；所述玻璃蓋板5覆蓋于所有CPC聚光器I上方。
[0024]本實施例的基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在工作時,太陽福射首先透過頂部的玻璃蓋板5到達(dá)CPC聚光器I的內(nèi)表面及光伏電池板2的上表面，經(jīng)過CPC聚光器I反射后的光線最終也到達(dá)光伏電池板2的上表面，一部分太陽能經(jīng)光伏效應(yīng)直接產(chǎn)生電能，另外一部分則被光伏電池板2吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，使其內(nèi)能增加溫度升高，最終熱量通過光伏電池板2的導(dǎo)熱傳遞到其背面，此時置于光伏電池板2背面的異型熱管4的蒸發(fā)段壁面吸收熱量，熱量經(jīng)壁面?zhèn)鬟f到熱管內(nèi)部的工質(zhì)，工質(zhì)吸收熱量后蒸發(fā)，在壓差的驅(qū)動下，蒸發(fā)段的蒸汽流向冷凝段，蒸汽在冷凝段將熱量傳遞給冷凝段壁面，熱量被外部的冷卻水帶走，蒸汽在冷凝段又重新凝結(jié)，在重力的作用下回到蒸發(fā)段，完成循環(huán)。異型熱管4的冷凝段外壁面則將熱量傳遞給聯(lián)集管8中的內(nèi)套管9，冷卻流體水從聯(lián)集管8中流過時，通過對流傳熱將內(nèi)套管9壁面輸出的熱量帶走，從而產(chǎn)生一定品位的熱水。本實施例運行中可實現(xiàn)150?200W的電力輸出；根據(jù)光伏電池板的溫度控制需求，通過調(diào)節(jié)水流量最終可提供40?90°C的熱水。
[0025]本實施例中，由于聚光技術(shù)的引入，使得光伏電池板2上接受的太陽輻射強(qiáng)度大幅提高，從而增加了單位面積光伏電池板的電能輸出，節(jié)約了光伏電池板的用量，根據(jù)計算，若不聚光條件下輸出相同電量，需要的光伏電池用量約為本實施例用量的5?6倍。另一方面，這種聚光方式使得每個聚光單元中光伏電池板2的結(jié)構(gòu)都為寬度較小的長條形，這為熱管的使用提供了便利，使得異型熱管4的壁面可以完全覆蓋光伏電池板2的背面，從而真正實現(xiàn)整個電池板的均溫。而其他方案若要實現(xiàn)這一點，則必須在整塊光伏電池板背面鋪滿熱管，這對于工程應(yīng)用來說，是不經(jīng)濟(jì)也是不現(xiàn)實的。
[0026]實施例2:本實施例和實施例1結(jié)構(gòu)基本相同，但存在如下不同點:本實施例包含16個聚光單兀,其中CPC聚光器I出口處的寬度和光伏電池板2的寬度相同,本實施例中為14_，入口處的寬度為70mm ;CPC聚光器I長度與光伏電池板2、異型熱管4蒸發(fā)段的長度一致，為1500mm ;本實施例異型熱管4為內(nèi)壁光滑的有芯熱管,蒸發(fā)段的橫截面為矩形，與光伏電池板2通過相變導(dǎo)熱材料3接觸的一面為平面，且橫截面高度為8_，寬度與光伏電池板2寬度相同，即14mm ;異型熱管4冷凝段的橫截面為圓形,直徑12mm,長度為80_。底框7在靠近聯(lián)集管8的一端端面上開小口，小口的形狀尺寸與異型熱管4蒸發(fā)段橫截面形狀尺寸一致；置于底框7與異型熱管4蒸發(fā)段壁面之間空隙中的保溫材料6為聚氨酯泡沫。
[0027]本實施例運行中可實現(xiàn)250?330W的電力輸出；根據(jù)光伏電池板的溫度控制需求，通過調(diào)節(jié)水流量最終可提供40?90°C的熱水。
[0028]上述實施例闡述的基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，可直接供家庭使用；還可以將多個O 2，根據(jù)水電用量的需要確定數(shù)量)電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通過串并聯(lián)的方式組合起來，形成一個大系統(tǒng)，用于住宅樓、公共建筑或工業(yè)企業(yè)的集中供電供熱。
[0029]除以上實施例之外，本發(fā)明可有多種實施方式，凡在本發(fā)明基礎(chǔ)上實施的等效替換或類似組合變換均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于由聚光單元、聯(lián)集管(8)和玻璃蓋板(5)組成；其中聚光單元由CPC聚光器(I)、光伏電池板(2)、熱界面材料(3)、異型熱管(4)、保溫材料(6)和底框(7)組成；其中所述CPC聚光器(I)出口處設(shè)置光伏電池板(2 )，光伏電池板(2 )的受光面朝向CPC聚光器(I)的入口；異型熱管(4)包括蒸發(fā)段和冷凝段，其蒸發(fā)段置于光伏電池板(2)背面且嵌入底框(7)的開口中，底框(7)中填充有保溫材料(6)，蒸發(fā)段與光伏電池板(2)之間填充有熱界面材料(3);聚光單元并排緊密排列，每個聚光單元中異型熱管的冷凝段插入聯(lián)集管(8 )的內(nèi)套管(9 )當(dāng)中，玻璃蓋板(5 )覆蓋在所有CPC聚光器(I)入口上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其特征在于:所述CPC聚光器(I)出口處的寬度和光伏電池板(2)的寬度相同；異型熱管(4)蒸發(fā)段的橫截面為半圓、矩形或三角形結(jié)構(gòu)，與光伏電池板(2)通過熱界面材料(3)接觸的一面為平面，且橫截面寬度與光伏電池板(2)寬度相同；異型熱管4冷凝段的橫截面為圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其特征在于:所述底框(7)為一扁盒狀殼體，在上壁面設(shè)置開口，開口長寬與異型熱管(4)的蒸發(fā)段尺寸一致；在靠近聯(lián)集管(8)的一端端面上開小口，小口的形狀與異型熱管(4)蒸發(fā)段橫截面形狀一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其特征在于:所述異型熱管(4)為內(nèi)壁光滑的重力熱管、槽道熱管或有芯熱管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管技術(shù)的CPC聚光光伏電熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),其特征在于:所述熱界面材料(3)為導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱硅膠或相變導(dǎo)熱材料；所述保溫材料(6)為巖棉或聚氨酯泡沫。
【文檔編號】F24J2/32GK103438589SQ201310386773
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】許輝, 吳菲, 張紅, 封昌選 申請人:南京工業(yè)大學(xué)