CN101582657B - 太阳能电池寄生光热再利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是能源技术领域的装置，具体指一种太阳能电池寄生光热再利用装置。包括太阳能电池板、金属热交换器、保温层和箱体；金属热交换器包括金属热交换基板，超导介质储管、集汽管和超导介质；在金属热交换基板上设置有多凸起流体通道，多凸起流体通道上部和集汽管对接，多凸起流体通道下部和超导介质储管对接；太阳能电池板下部与保温层之间装有金属热交换器，太阳能电池板、金属热交换器和保温层密封固定在箱体内，在超导介质储管内注入有超导介质。在金属热交换基板上和多凸起流体通道外部喷涂有太阳能选择性吸收涂料。

Description

太阳能电池寄生光热再利用装置

技术领域

本发明涉及的是能源技术领域的装置，具体指一种太阳能电池寄生光热再利用装置。

背景技术

随着能源紧张、温室效应等问题日渐严重，太阳能作为一种储量大，取之不尽、用之不竭，无污染的清洁能源，其开发与利用已经被提到全球工业化议程，并随材料科学与基础工业的进步，太阳能在理论和实践等方面都有了长足的发展。

经对现有技术文献的检索发现，专利申请名称为“太阳光电热能量转换***”，专利申请号200610029874.5专利申请中，对太阳能辐射到光伏电池板上的光能以及寄生热能都予以一定的利用，在光伏电池转换效率相同的情况下，在一定程度上的确提高了能量利用率。

但是，上述发明仅是在原有的光伏电池板底面上，设置一个长方形辅助薄型水箱体用于吸收传递光伏电池板上的寄生热能，在热能传递速度和效率上都存在不足之处。用水升温吸热蒸发来降低光伏电池板底面的温度，不但不易控制，在光照一类地区及两/三类地区夏季阳光充足的时候，由于温度太高，不仅会影响光伏电池板的能量转换效率，而且在热水使用量小的情况下，导致降温后不断产生的热水不能充分利用而浪费。

在对市场的进一步调查中发现，太阳能硅板的转换效率为18％，经过一系列的能量转换、传递后，太阳能光伏发电***的总效率为14％左右。太阳能硅板最佳工作温度为45度，工作时，其表面以及边框聚集大量的热，过高或过低的温度影响光电转换效率。进一步检索，未发现与本发明相同或类似的文献报道。

发明内容

本发明目的是针对上述不足之处提供一种太阳能电池寄生光热再利用装置，该装置具有太阳能电池板、金属热交换器、保温层和箱体，不仅能够利用太阳能辐射到光伏电池板上的光能，同时也可以将寄生在光伏电池板的热能和透过光伏电池板的光能予以充分利用，使得太阳辐射能总利用率可以高达60％以上，在超导介质传递能量的过程中，同时对光伏电池板起到冷却的作用，使其达到最佳工作温度。

本发明是通过以下技术方案实现的：太阳能电池寄生光热再利用装置包括太阳能电池板、金属热交换器、保温层和箱体。金属热交换器包括金属热交换基板，超导介质储管、集汽管、超导介质；在金属热交换基板上设置有多凸起流体通道，多凸起流体通道上部和集汽管连接，多凸起流体通道下部和超导介质储管连接。

太阳能电池板下部与保温层之间装有金属热交换器，太阳能电池板、金属热交换器和保温层密封固定在箱体内，安装完成后，在超导介质储管内注入有超导介质。

所述的太阳能电池板，采用市售透光的结晶系薄膜式或非结晶系薄膜式太阳能电池板，由透光板、太阳能电池、热熔胶层(EVA膜)组合而成。太阳能电池板是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。主要是利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体P-N结上，由于P-N结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。也可以直接在金属热交换器上镀多元化合物薄膜，利用其发电。

所述的金属热交换器包括金属热交换基板，超导介质储管、集汽管、超导介质；在金属热交换基板上设置有多凸起流体通道，在金属热交换基板上和多凸起流体通道外部喷涂有太阳能选择性吸收涂料，其中太阳能选择性吸收涂层可以采用市售磁控溅射渐变铝-氮/铝太阳能选择性吸收涂层和双靶磁控溅射SS-C/Cu选择性复合吸收涂层，有效的提高了其聚热效率。多凸起流体通道上部和集汽管连接，多凸起流体通道下部和超导介质储管连接。在金属热交换器基板上设置的多凸起流体通道内可以设置多个散热条并深入多凸起流体通道内，用于提高热传导效率。

所述的集汽管是密封管体，集汽管与金属热交换基板上设置的多凸起流体通道相连通，在集汽管一侧设置有汽化气体出口。

所述的超导介质储管是密封管体，超导介质储管与金属热交换基板上设置的多凸起流体通道相连通，超导介质储管内储存有超导介质，超导介质储管的一侧设置有介质进口。

所述的超导介质，是市售2-2超导介质(山东潍坊市华丰新产品研究所生产)、低温导热油以及在低温35℃到50℃左右时可以汽化的导热液，在负压情况下，启动温度更低。在启动电加热的状态下，热能不断散发，使得超导介质迅速吸热升温汽化并沸腾起来，沿管流体通道内壁向上运动，速度是水的数十倍以上。

工作原理

太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程中产生的能量，太阳能电池寄生光热再利用装置，不仅能够将太阳能辐射到电池板上的光能转换成电能，而且能够充分利用热能和剩余光能，转换成可以使用的电能和热能，并通过一系列装置以各种形式的能量广泛应用于生产和生活。

据相关资料记载，平均每天单位面积太阳辐射能量为1000W/M²计算，而太阳能转换效率较高的多晶硅，其实验室最高效率为18％，规模生产时的效率为14％左右，薄膜电池的转换效率更低，仅为6-8％，实际应用过程只有4.5％左右。而对某品牌太阳能电池板调查得知，其生产太阳能硅板的转换效率为18％，经过一系列的能量转换、传递后，太阳能光伏发电***的总效率为14％左右。太阳能硅板最佳工作温度为45℃，工作时，其表面以及边框聚集大量的热，过高的温度影响光电转换效率。

本发明太阳能电池寄生光热再利用装置的太阳能电池板把分散的太阳辐射能部分转换为电能，应用于生产生活，透过太阳能电池板的部分光能和寄生热能，通过金属热交换器上的选择性吸收涂料吸收后，传递给金属热交换基板上设置的多凸起流体通道内的超导介质，使之迅速升温、沸腾；当具有低温启动特性的超导介质达到一定的启动条件时，迅速汽化，产生的汽化气体沿多凸起流体通道内壁上升，进入集汽管，通过汽化气体出口进入汽化器。汽化器收集的汽化气体，既能直接提供动力驱动发电机或其它机械，又能提供生产生活用热水、取暖等方面。

采用以上技术方案具有的技术和经济优势

1、换热速度快、效率高：金属热交换器外部喷涂有太阳能选择性吸收涂料，多凸起流体通道内可以设置多个散热条并深入流体通道内，用于提高热传导效率。

2、热利用率高，二次发电：在太阳能光-电转换相同的情况下，充分利用光能与热能，通过超导介质传递能量，利用产生汽化气体的冲击力进入发电装置二次发电，使得能量利用率在原有基础上提高了2-3％，发电后的尾气与其它介质实现热交换，使得单位面积内的太阳辐射能的利用率达到60％以上。而且本装置与其它设备组合使用后，构成密封循环超导介质通道，使得超导介质一次性注入，永久使用。

3、利用吸收涂层和超导介质使得光伏电池在最佳的工作环境下工作。金属热交换器外部喷涂有选择性吸收涂层，将存积在太阳能电池板上的寄生热能和透射光能，迅速吸收并传递给超导介质储管和流体通道内的超导介质，使超导介质迅速汽化。在阳光充足的时候，汽化气体多，能量充足，温差大，靠汽化后的超导介质在***内自然循环不能满足换热要求时，即当装置内的温度传感器感知到***温度超过设定温度时，***自动启动与之配套的循环泵，以加速超导介质的循环速度，降低***内部温度，使太阳能电池板达到最佳转换效率。

4、太阳能电池板、金属热交换器以及相应的保温层和箱体一体化后，体积小，易安装，可广泛安装于建筑物屋顶或墙面上，同时起到保温隔热的作用。

5、成本适中，回报率高，易安装维护、便于推广普及，普通家庭也可广泛使用，符合国家节能减排政策，不仅可以满足建筑物自身的用电需求，还可以降低建筑的建造成本。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

图1是太阳能热超导聚热装置主视图。

图2是太阳能热超导聚热装置的俯视图(A-A半剖)。

图3是太阳能热超导聚热装置中的热交换另一种安装方式示意图。

具体实施方式

参照附图1～3，太阳能电池寄生光热再利用装置包括太阳能电池板1、金属热交换器、保温层2和箱体8。金属热交换器包括金属热交换基板6，超导介质储管11、集汽管3、超导介质12；在金属热交换基板6上设置有多凸起流体通道7，多凸起流体通道7上部和集汽管3连接，多凸起流体通道7下部和超导介质储管11连接。

太阳能电池板1下部与保温层2之间装有金属热交换器，太阳能电池板1、金属热交换器和保温层2密封固定在箱体8内，安装完成后，在超导介质储管11内注入超导介质12。

所述的太阳能电池板1，采用市售透光的结晶系薄膜式或透光的非结晶系薄膜式太阳能电池板，由透光板13、太阳能电池1、热熔胶层14(EVA膜)组合而成。太阳能电池板1是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。主要是利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体P-N结上，由于P-N结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。也可以直接在金属热交换器上镀多元化合物薄膜，利用其发电。

所述的金属热交换器包括金属热交换基板6，超导介质储管11、集汽管3、超导介质12；在金属热交换基板6上设置有多凸起流体通道7，在金属热交换基板6上和多凸起流体通道7外部喷涂有太阳能选择性吸收涂料，多凸起流体通道7上部和集汽管3连接，多凸起流体通道7下部和超导介质储管11连接。在金属热交换器基板6上设置的多凸起流体通道7内可以设置多个散热条15并深入多凸起流体通道7内，用于提高热传导效率。

所述的集汽管3是密封管体，集汽管3与金属热交换基板6上设置的多凸起流体通道7相连通，在集汽管3一侧设置有汽化气体出口5，集汽管3两端装有集汽管封盖4。

所述的超导介质储管11是密封管体，超导介质储管11与金属热交换基板6上设置的多凸起流体通道7相连通，超导介质储管11内储存有超导介质12，超导介质储管11的一侧设置有介质进口10，超导介质储管11两端装有储管封盖9。

所述的超导介质12，是市售2-2超导介质(山东潍坊市华丰新产品研究所生产)、低温导热油以及在低温35℃到50℃左右时可以汽化的导热液，在负压情况下，启动温度更低。在启动电加热的状态下，热能不断散发，使得超导介质迅速吸热升温汽化并沸腾起来，沿管流体通道内壁向上运动，速度是水的数十倍以上。

所述的金属热交换基板上设置的多凸起流体通道为矩形、三角形、圆弧、梯形、椭圆或其它几何图形。

Claims (7)

1.一种太阳能电池寄生光热再利用装置，其特征在于包括太阳能电池板、金属热交换器、保温层和箱体；金属热交换器包括金属热交换基板，超导介质储管、集汽管和超导介质；在金属热交换基板上设置有多凸起流体通道，多凸起流体通道上部和集汽管连接，多凸起流体通道下部和超导介质储管连接；

太阳能电池板下部与保温层之间装有金属热交换器，太阳能电池板、金属热交换器和保温层密封固定在箱体内，在超导介质储管内注入有超导介质。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池寄生光热再利用装置，其特征在于在金属热交换基板上和多凸起流体通道外部喷涂有太阳能选择性吸收涂料。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池寄生光热再利用装置，其特征在于在金属热交换基板上的多凸起流体通道内设置多个散热条。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池寄生光热再利用装置，其特征在于所述的集汽管是密封管体，在集汽管一侧设置有汽化气体出口。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池寄生光热再利用装置，其特征在于所述的超导介质储管是密封管体，超导介质储管的一侧设置有介质进口。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池寄生光热再利用装置，其特征在于所述的太阳能电池板采用透光的结晶系薄膜式太阳能电池板或透光的非结晶系薄膜式太阳能电池板，由透光板、太阳能电池、热熔胶层组合而成。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池寄生光热再利用装置，其特征在于所述的金属热交换基板上设置的多凸起流体通道为矩形、三角形、圆弧、梯形、椭圆或其它几何图形。

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