光伏熱能收集器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的光伏熱能收集器裝置(1)包括換熱器模塊(15)、單晶硅太陽能電池光伏模塊(16)、吹風機(11)、提供空氣流的通道的導管(13)和控制吹風機(11)的速度的可變電壓調節(jié)器(113)。換熱器模塊(15)具有蜂窩結構橫截面，其具有用于空氣流的入口(14)和出口(17)。
【專利說明】光伏熱能收集器裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般涉及收集太陽能的【技術領域】。本發(fā)明更具體地涉及結合到太陽能光伏熱能收集器的小型鋁制六角蜂窩換熱器模塊，其可有效及可靠地操作。
【背景技術】
[0002]隨著可再生能源的需求日益增長，收集太陽能的技術近年亦取得相當大的進展。部分太陽能應用包括通過太陽能結構進行空間加熱及冷卻、太陽能熱水、太陽能煮食以及工業(yè)用高溫處理熱力。
[0003]主動式太陽能技術包括使用光伏(PV)模塊去充分利用能源。PV模塊的一個重大缺點在于其效率取決于溫度。當溫度上升，PV模塊的效率因阻力增加而降低。制造商聲稱在市面上有售的PV模塊的效率，在溫度處于25°C時，僅介乎百分之6至百分之16之間。
[0004]由于PV模塊提供的效率相對低，太陽能工業(yè)繼續(xù)尋找更好的方法去收集太陽能，而其中一個方法就是使用太陽能光伏熱能收集器，也稱為PV/T技術。PV/T技術結合PV模塊和太陽能熱能收集器到一個綜合系統(tǒng)。此先進的系統(tǒng)被設置為用于從PV模塊帶走熱力，從而冷卻模塊，且通過減低阻力去提高其效率。PV模塊用于把太陽能輻射轉換成電能，而太陽能熱能收集器設計為用于收集剩余能量，并從PV模塊消除廢熱。同時間，使用空氣或水的冷卻系統(tǒng)用作熱傳遞的介質。從系統(tǒng)輸出的熱力可被收集并存儲為熱能。
[0005]雖然PV/T已能夠克服收集太陽能的問題，但仍有很多研究繼續(xù)進行，以尋找改進技術的方法。其中一個研 究領域是利用換熱器去冷卻PV模塊，這是因為換熱器對系統(tǒng)效率有著重大的影響。例如，莫哈末(Mohd)曾研究具有連接在PV模塊背部的鋁制▽形槽吸收板的單程PV/T系統(tǒng)的性能，且分別為電效率及熱效率獲取百分之I及百分之30的增加(Mohd.Yusof Hj.0thman, H.R.2009.Performance Study of.Photovoltaic-Thermal (PV/T) Solar Collector with V -Grooved Absorber Plate (設有▽形槽吸收板的太陽能光伏熱能(PV/T)收集器的性能研究).Sains Malaysiana:537-541)。另一個由吉恩(Jin)進行的研究發(fā)現(xiàn)設有長方形隧道的換熱器的PV/T系統(tǒng)的熱效率較傳統(tǒng)的PV/T系統(tǒng)好。吉恩(Jin)利用設有由鋁制成的長方形隧道換熱器的單程氣基太陽能收集器充分利用太陽能，分別取得百分之10.02和百分之54.70的電效率和熱效率(Jin，G.L.2010.Evaluat1nof Single-Pass Photovoltaic-Thermal Air Collector with Rectangular TunnelAbsorber (評估設有長方形隧道吸收器的單程光伏熱能空氣收集器).American Journal ofApplied Sciences (美國應用科學雜志):277-282)。盡管這些PV/T系統(tǒng)具可行性，但仍需要改進PV/T系統(tǒng)的效率，以達至最高水平。因此，可取的是尋找一種能夠把PV/T系統(tǒng)的電效率和熱效率最大化的替代換熱器。
[0006]因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠把熱效率最大化，且在高溫下維持電效率的PV/τ系統(tǒng)；MPV/T系統(tǒng)包括換熱器模塊、單晶硅太陽能電池光伏模塊、吹風機、提供空氣流的通道的導管和控制所述吹風機的速度的可變電壓調節(jié)器。換熱器模塊設置為具有蜂窩結構橫截面，其具有用于空氣流的入口和出口。此換熱器提供一個較大的表面面積，以從單晶硅太陽能電池光伏模塊有效地傳遞熱力。使用鋁制六角蜂窩換熱器能夠在高溫下維持單晶硅太陽能電池光伏模塊的電效率。此外，鋁制六角蜂窩換熱器的小型及輕量設計將提供一個非?？煽康难b置，其能夠在制造綜合光伏/熱能應用中使用。

【發(fā)明內容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠把熱效率最大化的光伏熱能收集器裝置。
[0008]本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠在高溫下維持電效率的光伏熱能收集器裝置。
[0009]本發(fā)明的這些目的以及其它目的是通過提供以下裝置實現(xiàn):
[0010]光伏熱能收集器，其包括換熱器模塊、單晶硅太陽能電池光伏模塊、吹風機、提供空氣流的通道的導管及控制所述吹風機的速度的可變電壓調節(jié)器的組合；
[0011]其特征在于，所述換熱器模塊具有蜂窩結構橫截面，其具有用于空氣流的入口和出口。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將結合附圖的詳細說明示出。
[0013]圖1示出本發(fā)明的一個實施例的光伏熱能收集器裝置的透視圖。
[0014]圖2示出本發(fā)明的一個實施例的換熱器模塊的橫截面圖。
[0015]圖3示出本發(fā)明的一個實施例的輸出溫度(Twt)相對質量流率值的圖表。
[0016]圖4示出本發(fā)明的一個實施例的入口與出口之間的溫差。
[0017]圖5示出本發(fā)明的一個實施例的設有換熱器模塊的光伏熱能收集器裝置和不設有換熱器模塊的光伏熱能收集器裝置的電效率。
[0018]圖6示出本發(fā)明的一個實施例的設有換熱器模塊的光伏熱能收集器裝置和不設有換熱器模塊的光伏熱能收集器裝置的熱效率。
【具體實施方式】
[0019]在本發(fā)明的最廣泛方面，光伏熱能收集器裝置包括換熱器模塊、單晶硅太陽能電池光伏模塊、吹風機、提供空氣流的通道的導管和控制吹風機的速度的可變電壓調節(jié)器的組合。
[0020]現(xiàn)在參考圖1，它示出本發(fā)明的一個實施例的光伏熱能收集器裝置(I)，其用于同時產生電能和熱能。裝置(I)包括吹風機(11)、加熱器(12)和導管(13)作為部件，以通過光伏熱能收集器裝置(I)提供穩(wěn)定均勻的空氣流?？勺冸妷赫{節(jié)器(113)用于控制吹風機
(11)的速度，而另一個可變電壓調節(jié)器(114)用于控制加熱器(12)的溫度。裝置⑴還包括安裝在單晶硅太陽能電池光伏模塊(16)背部的換熱器模塊(15)。換熱器模塊(15)具有蜂窩結構橫截面，其通過其入口(14)和出口(17)，以實現(xiàn)穩(wěn)定均勻的空氣流。還設置有流量計(未示出)，用于量度換熱器模塊(15)的入口(14)的空氣速度。加熱器(12)的溫度被調節(jié)，以保持換熱器模塊(15)的入口(14)的溫度與環(huán)境溫度相同。一疊鋁(18)-聚乙烯(19)-鋁(110)薄片連接在換熱器模塊(15)底下。聚乙烯(19)薄片用作為隔熱材料，以把裝置的熱力流失減至最低。還設置有多個用于量度溫度的T型熱電偶。一對T型熱電偶(未示出)用于量度換熱器模塊(15)的入口(14)的溫度。另外兩個T型熱電偶單元用于量度換熱器模塊(15)的出口(17)的溫度。四個T型熱電偶單元(未示出)連接到單晶硅太陽能電池光伏模塊(16)背部，用于量度光伏模塊(16)的溫度，而另外兩個T型熱電偶單元連接到鋁薄片(19)背部。
[0021]現(xiàn)在參考圖2，它示出換熱器模塊(15)的橫截面圖(2)。換熱器模塊(15)具有六角橫截面圖(2)。換熱器模塊(15)由多塊瓦楞鋁薄片堆疊而成。
[0022]再參考圖1，光伏熱能收集器裝置(I)曾在室內進行實驗，以研究其電效率及熱效率。為取得太陽能收集器的熱性能的穩(wěn)定狀態(tài)，裝置(I)在太陽能模擬器下進行測試。設有換熱器模塊(15)及不設有換熱器模塊(15)的裝置(I)分別用來進行評估，以作比較。介乎0.011kg/s至0.113kg/s的不同質量流率被引入到裝置(I)中，以觀察質量流率對系統(tǒng)效率的影響。
[0023]實驗工作在兩個不同太陽輻照值583W/m2及808W/m2下進行。空氣被用作為散熱液體，并在裝置(I)內流通。在每個太陽輻照值的設置，質量流率的五個不同點被測試。質量流率被設置為 0.011kg/s、0.032kg/s、0.049kg/s、0.078kg/s 及 0.113kg/s。如圖1 所示，電壓調節(jié)器(113)已用于控制吹風機(11)的速度，以取得所需的質量流率。為觀察實驗結果的一致性，相同的實驗會被重復三次。在每個太陽輻照及質量流率的設置中，參數(shù)如短路電流Isc(A);電流I(A);最大電流Imax(A);開路電壓Vtc(V);電壓(V);最大電壓Vmax (V);環(huán)境溫度(V );換熱器模塊(15)入口(14)的溫度(V );換熱器模塊(15)出口(17)的溫度(V );單晶硅太陽能電池光伏模塊(16)的溫度(V )以及鋁薄片(110)背部的溫度(V )的數(shù)據(jù)被量度。量度IV曲線時，使用兩個變量變阻器單位(39 Ω及10 Ω)。數(shù)碼萬用表和10個T型熱電偶單位用于量度電壓、電流及溫度。得出的數(shù)據(jù)用于計算光伏熱能收集器裝置(I)的電效率和熱效 率。
[0024]空氣的質量流率m利用以下公式計算:
[0025]m = P AVav
[0026]其中m是質量流率；P是空氣密度；A是輸入面積；Vav是空氣速度。
[0027]短路電流Isc;0V)和開路電壓V。。(V)的量度值通過直接連接單晶硅太陽能電池光伏模塊(16)到萬用表取得。通過調節(jié)變量變阻器，IV曲線被實現(xiàn)。從IV曲線決定最大電流Imax(A)和最大電壓Vmax(V)。根據(jù)此參數(shù)，最大功率(Pmax)利用以下公式計算:
[0028]Pffl= IfflXVffl
[0029]系統(tǒng)的電效率Π 利用以下公式計算:1IeIec=ImX Vm X 100 %
[0030]
【權利要求】
1.一種光伏熱能收集器裝置(1)，其包括: 換熱器模塊(15)； 單晶硅太陽能電池光伏模塊(16)； 吹風機(11); 導管(13);及 控制所述吹風機(11)的速度的可變電壓調節(jié)器(113)； 其特征在于，所述換熱器模塊(15)具有蜂窩結構橫截面，其具有用于空氣流的入口(14)和出口(17)。
2.如權利要求1所述的光伏熱能收集器裝置(I)，其特征在于，設置有流量計(未示出)用于量度所述換熱器模塊(15)的所述入口(14)的空氣速度。
3.如前述權利要求任一所述的光伏熱能收集器裝置(I)，其特征在于，加熱器(12)被結合到所述裝置(I)中，用于保持所述換熱器模塊(15)的所述入口(14)的溫度與環(huán)境溫度相問。
4.如權利要求3所述的光伏熱能收集器裝置(I)，其特征在于，設置有可變電壓調節(jié)器(114)用于控制所述加熱器(12)的操作。
5.如前述權利要求任一所述的光伏熱能收集器裝置(I)，其特征在于，所述換熱器模塊(15)被橫向安裝在位于所述單晶硅太陽能電池光伏模塊(16)背部的通道。
6.如權利要求5所述的光伏熱能收集器裝置(1)，其特征在于，一疊鋁(18)-聚乙烯(19)-鋁(110)薄片連接在所述換熱器模塊(15)底下。
7.如前述權利要求任一所述的光伏熱能收集器裝置(I)，其特征在于，設置有多個T型熱電偶(未示出)用于量度所述換熱器模塊(15)的所述入口(14)、所述換熱器模塊(15)的所述出口(17)、所述單晶硅太陽能電池光伏模塊(16)以及所述鋁薄片(110)的溫度。
8.如權利要求7所述的光伏熱能收集器裝置(I)，其特征在于，所述換熱器模塊(15)的所述出口(17)覆蓋有紙板(111)以將其與環(huán)境狀況阻隔。
9.如前述權利要求任一所述的光伏熱能收集器裝置(I)，其特征在于，一對風扇(112)在所述導管上方設置，以從太陽能模擬器的鹵素燈去除紅外輻射。
10.如前述權利要求任一所述的光伏熱能收集器裝置(I)，其特征在于，所述光伏熱能收集器裝置為小型結構類型。
11.如權利要求10所述的光伏熱能收集器裝置(I)，其特征在于，所述光伏熱能收集器裝置用于收集太陽能。
【文檔編號】H02S40/44GK104040882SQ201280050767
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年8月13日 優(yōu)先權日:2011年8月18日
【發(fā)明者】法里戴·赫塞恩, 朱爾卡艾里·安阿爾, 穆哈馬·尤斯奧·奧思曼 申請人:斯林有限公司