本實用新型具體涉及一種基于相變熱管理的光伏光熱集熱器 。

背景技術(shù)：

“哥本哈根會議”的召開，標志著“降耗減排”已經(jīng)成為全球共識，開發(fā)可再生的替代能源受到了越來越多人的關(guān)注。陽光——太陽能是人類最原始的能源，太陽能作為一種綠色可再生能源，其開發(fā)應用已經(jīng)成為世界能源體系的重要一環(huán)。與傳統(tǒng)化石能源相比，太陽能具有資源豐富，儲量“無限性”、存在普遍性、利用清潔性和巨大的經(jīng)濟效益等優(yōu)勢。

太陽能光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。然而在太陽能光伏利用方面仍然存在亟需解決的問題：太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在運行過程中，照射在光伏組件上的太陽能只有能量大于其半導體材料的禁帶寬度部分的光子能量能夠轉(zhuǎn)換為電能，其他不會轉(zhuǎn)化為電能輸出，而這部分未經(jīng)轉(zhuǎn)換的能量會造成光伏組件溫度升高，進而導致其光電轉(zhuǎn)換效率降低。為了使電池效率保持在比較高的水平，需要控制光伏組件溫度在一定范圍內(nèi)。

現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)方法是通過傳熱媒介(水、空氣或制冷劑)將光伏組件產(chǎn)生的多余熱量帶走?？諝庾鳛閭鹘y(tǒng)換熱流體，由于它密度、比熱及導熱系數(shù)均較小，光伏光熱空氣集熱器的發(fā)電效率與集熱效率都不高。光伏光熱水集熱器能有效克服空氣集熱器的一些缺陷，但光伏光熱效率也僅有少許提升。這主要是由于在運行過程中，集熱板溫度在不斷提升，而水的換熱能力是有限的。為了持續(xù)降低集熱板溫度，在其下方安裝蒸發(fā)盤管，該方法盡管能有效提升系統(tǒng)效率，但存在易泄露、蒸發(fā)盤管占地面積大等問題不容忽視。

為了克服以上技術(shù)問題，亟需一種運行過程中具有熱量管理功能的光伏光熱集熱器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于上文所述，本實用新型為克服上述技術(shù)問題提供一種光伏光熱集熱器，本實用新型在常規(guī)水冷型光伏光熱集熱器的基礎(chǔ)上引入相變材料，通過合理設(shè)計結(jié)構(gòu)，使得相變材料能夠通過蓄熱和放熱提高光伏光熱集熱器的性能。

為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種基于相變熱管理的光伏光熱集熱器，包括框體，其內(nèi)部具有容納空間，玻璃蓋板和背封板安裝于所述容納空間內(nèi)，所述框體、所述玻璃蓋板和所述背封板之間形成第一密封空間，所述第一密封空間內(nèi)朝向所述玻璃蓋板表面由上至下依次設(shè)有光伏組件和液體流質(zhì)型換熱組件；

其中，光伏組件包括：玻璃封裝層、設(shè)置于EVA填充層內(nèi)的太陽能電池片和光伏背板；

液體流質(zhì)型換熱組件包括：若干個換熱管以及設(shè)置于框體上與所述換熱管連通的工作流體入口和工作流體出口；

所述框體、所述光伏組件和所述玻璃蓋板之間形成第二密封空間，所述密封空間內(nèi)充有空氣；所述光伏背板通過導熱硅膠層與集熱板緊密粘結(jié)以實現(xiàn)熱傳導，換熱管緊貼于集熱板中朝向所述背封板的表面，所述框體、所述集熱板、所述換熱管和所述背封板之間形成第三密封空間，所述第三密封空間填充有相變材料形成相變層。

進一步地，所述集熱板為銅板。

進一步地，所述相變層的材料為固液相變材料。

進一步地，所述背封板、所述相變層和所述框體之間形成第四密封空間，所述框體包括內(nèi)層和外層，內(nèi)層與外層之間以及所述第四密封空間均填充有保溫材料。

本實用新型有益效果是：在常規(guī)水冷型光伏光電集熱器的基礎(chǔ)上引入相變材料，通過合理設(shè)計結(jié)構(gòu)，增加相變層協(xié)助液體流質(zhì)型換熱組件提高換熱量，進而更為有效地降低光伏背板的溫度，提高太陽能電池的發(fā)電效率，從而克服現(xiàn)有光伏光熱集熱器換熱能力不足或增加的輔助換熱裝置存在缺陷；由于太陽能是一種非穩(wěn)定性能源，相變材料作為一種高儲熱的材料用于太陽能熱利用能起到移峰填谷的作用，本實用新型光伏光熱集熱器的三種工作模式能夠滿足實際應用中不同使用階段、不同使用需求的換熱負荷要求，進而提高太陽能的綜合利用效率；此外，在低溫下相變材料能夠?qū)Υ娴臒崃酷尫乓源_保光伏光熱集熱器不會因溫度過低造成損壞，因此能夠相變層的增加能為集熱器提供低溫保護。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例所提供的集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例所提供的集熱器的A-A向剖視圖；

其中，1為玻璃蓋板，2為光伏背板，3為導熱硅膠層，4為銅板，5為相變層，6為換熱管，7為工作流體入口，8為工作流體出口，9為框體。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和說明書附圖，詳細描述本實用新型的技術(shù)方案：

如圖1所示為本實用新型集熱器的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示為圖1的集熱器的A-A向剖視圖，結(jié)合圖1和圖2可以看出，本實施例的集熱器包括框體9，其內(nèi)部具有容納空間，玻璃蓋板1和背封板安裝于所述容納空間內(nèi)，所述框體9、所述玻璃蓋板1和所述背封板之間形成第一密封空間，所述第一密封空間內(nèi)朝向所述玻璃蓋板1表面由上至下依次設(shè)有光伏組件和液體流質(zhì)型換熱組件；

其中，光伏組件包括：設(shè)置于EVA填充層內(nèi)的太陽能電池片和光伏背板2；

液體流質(zhì)型換熱組件包括：若干個換熱管6以及設(shè)置于框體上與所述換熱管連通的工作流體入口7和工作流體出口8；

所述框體9、所述光伏組件和所述玻璃蓋板1之間形成第二密封空間，所述密封空間內(nèi)充有空氣；所述光伏背板2通過導熱硅膠層3與銅板4緊密粘結(jié)以實現(xiàn)熱傳導，換熱管6緊貼于銅板4中朝向所述背封板的表面，所述框體9、所述銅板4、所述換熱管6和所述背封板之間形成第三密封空間，所述第三密封空間填充有相變材料形成相變層5。

考慮到保溫效果，本實用新型應設(shè)置保溫層，具體如下：所述背封板、所述相變層和所述框體之間形成第四密封空間，所述框體包括內(nèi)層和外層，內(nèi)層與外層之間以及所述第四密封空間均填充有保溫材料。

本實施例的光伏光熱集熱器通過設(shè)置換熱管6和相變層5，使得光伏光熱集熱器可根據(jù)實際需求采用不同工作模式，本實用新型光伏光熱集熱器的工作模式可分為以下三種：

模式一：自給模式；

當集熱器換熱負荷較小時，集熱銅板4的溫度通過換熱管6內(nèi)流體工作能夠?qū)⒐夥M件的溫度控制在合適范圍，即此時只通過換熱管6與相變層5的顯熱進行換熱，而相變層5的潛熱不參與蓄熱；

模式二：流體換熱-相變蓄熱模式；

當集熱器換熱負荷較大時，自給模式不能滿足集熱銅板的換熱需求，啟動流體換熱與相變顯熱潛熱蓄熱協(xié)調(diào)工作的模式，此時固液型相變材料液化，吸收并儲存多余的太陽能；

模式三：相變釋熱模式；

當沒有太陽輻射可以利用時，固液型相變材料固化，釋放儲存的熱能，換熱管通過從相變材料中吸取熱量，能夠滿足用戶端的熱水需求。

本實用新型基于相變材料的光伏光熱集熱器，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中光伏光熱集熱器換熱能力不足或者增加的輔助換熱裝置存在缺陷；本實用新型在能夠同時實現(xiàn)供電、供熱的需求的基礎(chǔ)上，采用液體流質(zhì)型換熱組件和相變材料作為熱量管理的元件，根據(jù)實際需求選擇合適的相變材料，基于相變材料隨溫度變化而改變物理性質(zhì)并能儲存或釋放熱量的特點，本實用新型光伏光熱集熱器提供的三種工作模式能夠根據(jù)實際需求智能調(diào)節(jié)；本實用新型提高了光伏光熱集熱器的光電轉(zhuǎn)換效率，提高了太陽能的綜合利用效率，增加了光伏光熱集熱器的使用功能，擴大了光伏光熱集熱器的使用范圍。綜上所述，本實用新型具有靈活性、廣泛適用性、設(shè)備簡單，可行性強等優(yōu)勢。

以上對本實用新型的實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本實用新型的較佳實施例，并不用與限制本實用新型。凡在本實用新型的申請范圍內(nèi)所做的任何修改，等同替換和改進等均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。