CN101725223B - 太阳能热电一体化电站屋顶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供采用矩形发电集热模块建造的一种太阳能热电一体化电站屋顶。它由垂直于屋脊、依次安排在向阳坡屋面珩架上的N块矩形发电集热模块构成，发电集热模块由依次装在壳体上的太阳能电池板、热管、与热管为一体的平板吸热翅片、保温层构成，在壳体上还有与热管走向垂直的汇热管，热管的冷凝段***该汇热管的盲孔内，汇热管的长度等同于矩形光伏建筑模块的宽度，左右相邻的发电集热模块壳体上的汇热管连接起来构成***分汇热管，由各分汇热管汇总后的总汇热管与储热***连接。这种太阳能热电一体化电站屋顶即构成建筑物的屋面，又具有发电功能，同时光电转换效率高、发电综合成本低、并且解决了建筑物内居民热水供应的难题。

Description

太阳能热电一体化电站屋顶
所属技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，涉及一种采用矩形发电集热模块建造的一种太阳能热电一体化电站屋顶。
技术背景
随着建筑业和太阳能应用技术的发展，建筑节能和太阳能利用与建筑一体化都被提到议事日程上来了。目前对太阳能集热器与建筑一体化的研究有了一定的进展，除出现较多的在屋面、墙面或阳台上设置外挂的真空管太阳能集热器产品外，还出现了模块化建筑构件型太阳能集热器，向太阳能集热器与建筑的结合迈进了一步。而在太阳能发电与建筑一体化的研究还很欠缺，虽然也有在建筑物上建的太阳能电站，但一般都是将太阳电池板放在建好的屋面上，这类太阳能电站由于太阳电池使用简单、维护方便等特点，适合居民做生活用电、通讯供电电源。但，由于存在着光电转换效率低、发电成本高的缺点，特别是在屋顶建造的太阳能电站无法解决建筑物内居民热水供应的难题等问题，一直阻碍这种太阳能电站的推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏发电与建筑物一体化的太阳能热电一体化电站屋顶，这种太阳能热电一体化电站屋顶即构成建筑物的屋面，又具有发电功能，同时光电转换效率高、发电综合成本低、并可以解决建筑物内居民热水供应的难题。
本发明所提供的太阳能热电一体化电站屋顶由热镀锌钢板轧制的型材构成屋面珩架，上面覆盖屋顶，其特征是所述的屋顶由垂直于屋脊、依次安排在向阳坡屋面珩架上的N块矩形发电集热模块构成，N≥1，每块矩形发电集热模块由太阳能电池板、热管、与热管为一体的平板吸热翅片、保温层及无上盖的壳体组成，太阳能电池板通过导热绝缘胶粘贴在与热管为一体的平板吸热翅片上，热管的蒸发段在太阳能电池板的背面，与热管为一体的平板吸热翅片下面有保温层，在太阳能电池板的上表面采用EVA粘贴在透光率≥90％的钢化玻璃板上，太阳能电池板、热管、与热管为一体的平板吸热翅片、保温层依次装在模块无上的盖壳体上，在所述的无上的盖壳体上还有与热管走向垂直的汇热管，所述热管的冷凝段***该汇热管的盲孔内，汇热管的长度小于、等于矩形光伏建筑模块的宽度，左右相邻的发电集热模块壳体上的汇热管连接起来构成***分汇热管，由各分汇热管汇总后的总汇热管与储热***连接。
所述依次安排在向阳坡屋面珩架上的N块矩形发电集热模块在左右相邻的发电集热模块的边缘间装有T形密封压条。
所述矩形发电集热模块中与热管为一体的平板吸热翅片的面积≥太阳能电池板的面积。
所述矩形发电集热模块中太阳能电池板上的发电单元可以采用单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池或非晶硅太阳电池。
所述与储热***连接的总汇热管置于屋脊下。
在寒带地区建造太阳能热电一体化电站屋顶时，在所述的汇热管中的流通介质采用抗冻液；在热带、温带地区建造太阳能热电一体化电站屋顶时，在所述的汇热管中的流通介质采用水。
由热镀锌钢板轧制的型材构成屋面珩架的上框还可做成工字型，相邻珩架之间的距离等于安排在向阳坡屋面珩架上的矩形发电集热模块的宽度，矩形发电集热模块***相邻桁架上框架的工字型槽中，上框架的工字型槽在矩形发电集热模块壳体的上部汇热管相应的位置上留有汇热管接管通道。
依次安排在向阳坡屋面珩架上的矩形发电集热模块中壳体的前端上表面有一个扁长方形的凹陷，在其后端上表面向后有一个与该扁长方形凹陷相应的扁长方形延伸块。
本发明所提供的太阳能热电一体化电站屋顶工作原理如下：由于太阳能热电一体化电站屋顶由安装在由热镀锌钢板轧制的型材构成屋面珩架、垂直于屋脊、匍匐于向阳坡屋面珩架上的N块矩形发电集热模块构成，矩形发电集热模块既是发电组件，又是建造屋顶的建筑构件，一方面实现了光伏发电与建筑物一体化，另一方面，又使得建造太阳能热电一体化电站屋顶变得像搭积木一样简单。在构成电站屋顶时，在左右相邻的发电集热模块的边缘间装有T形密封压条固定、密封。左右相邻的发电集热模块壳体上的汇热管连接起来构成***分汇热管，由各分汇热管汇总后的总汇热管与储热***连接。与储热***连接的总汇热管置于屋脊下。使得汇热管的安装、连接、维护都十分方便。太阳能电池板构成了电站的主体结构，而在每块矩形发电集热模块无上盖的壳体上与热管走向垂直的一段汇热管连接后构成的分汇热管、总汇热管、储热***、在太阳能电池板背面的热管及与热管为一体的平板吸热翅片构成了该***的光热利用装置，与热管为一体的平板吸热翅片的面积≥太阳能电池板的面积，一方面与热管为一体的平板吸热翅片承担起支承太阳电池板的作用，另一方面太阳电池因受光照所产生的热量可以通过导热绝缘胶传到平板吸热翅片上，并迅速地将热量传到与其一体的热管中，使热管蒸发段的工质受热蒸发，***汇热管中的热管冷凝段不断地向汇热管内的流通介质释放热量，将汇热管内的流通介质变热后送至储热***加热水，解决建筑物内居民的生活用热水问题。壳体一方面对依次装于其上的太阳能电池板、热管、与热管为一体的平板吸热翅片、保温层起着支撑作用，同时在遇到外力使太阳能电池板与其上面的钢化玻璃损坏时，保证这种屋顶的密闭性、不漏雨，在左右相邻的发电集热模块的边缘间装有T形密封压条进一步保证了屋顶的密闭性。该太阳能热电一体化电站屋顶将太阳辐射到太阳电池上的热量采用高效传热装置移出并加以利用，在光电转换的过程中始终使太阳能电池板的温度稳定在希望的设计值范围，提高了太阳能电池的光电转换效率，使太阳电池工作在最佳状态，提高太阳电池的光电转换效率。同时，由于实现了光电-光热一体化，将发电和热利用效率叠加，可大大提高太阳能综合利用的效率。不仅降低了太阳能电站的发电成本，而且拓展了***功能。
当将由热镀锌钢板轧制的型材构成的屋面珩架上框做成工字型时，相邻珩架之间的距离等于安排在向阳坡屋面珩架上的矩形发电集热模块的宽度，矩形发电集热模块可方便地***相邻桁架上框架的工字型槽中，固定密封都变得十分简单，上框架的工字型槽在矩形发电集热模块壳体的上部汇热管相应的位置上留有的汇热管接管通道，方便左右相邻的矩形发电集热模块汇热管的连接，在矩形发电集热模块中壳体的前端上表面的扁长方形凹陷与在其后端上表面向后有一个与该扁长方形凹陷相应的扁长方形延伸块，在建造屋顶时，上面一块矩形发电集热模块后端上表面向后的扁长方形延伸块恰好盖在下一个矩形发电集热模块前端与其相应的扁长方形凹陷上，这种结构也很好地解决了屋顶前后组件间的密封问题。
本发明提供了一种光伏发电与建筑物一体化的太阳能热电一体化电站屋顶，这种太阳能热电一体化电站屋顶即构成建筑物的屋面，又具有发电功能，同时光电转换效率高、发电综合成本低、并且解决了建筑物内居民热水供应的难题。
附图说明
图1为建造太阳能热电一体化电站屋顶用的矩形发电集热模块外形图；
图2为建造太阳能热电一体化电站屋顶用的矩形发电集热模块的局部剖视图(A-A向)；
图3为建造太阳能热电一体化电站屋顶用的矩形发电集热模块中热管冷凝段***水管的盲孔内的局部结构示意图；
图4a为采用单晶硅太阳电池的建造太阳能热电一体化电站屋顶用矩形发电集热模块的局部太阳能电池板上表面图；
图4b为采用多晶硅太阳电池的建造太阳能热电一体化电站屋顶用矩形发电集热模块的局部太阳能电池板上表面图；
图4c为采用非晶硅太阳电池的建造太阳能热电一体化电站屋顶用矩形发电集热模块的局部太阳能电池板上表面图；
图5a为采用矩形发电集热模块建造的太阳能热电一体化电站屋顶结构图之一(立体图)；
图5b为采用矩形发电集热模块建造的太阳能热电一体化电站屋顶中各分汇热管与总汇热管的连接走向示意图；
图5c为T形密封压条的截面图；
图6a为采用矩形发电集热模块建造的太阳能热电一体化电站屋顶结构图之二；
图6b为在屋面珩架的上框为工字型时建造的太阳能热电一体化电站屋顶使用的矩形发电集热模块外形示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的实施。图1、图2、图3分别为构成本发明所提供太阳能热电一体化电站屋顶中矩形发电集热模块的外形图、局部剖视图及热管冷凝段***汇热管的盲孔内的局部结构示意图。参见图1、图2、图3，矩形发电集热模块是由太阳能电池板1、热管3、与热管为一体的平板吸热翅片4、保温层5及壳体6组成，太阳能电池板1通过导热绝缘胶2粘贴在与热管3为一体的平板吸热翅片4上，热管的蒸发段在太阳电池板1的背面，与热管为一体的平板吸热翅片下面有保温层5，在太阳能电池板的上表面采用EVA胶膜7粘贴在透光率≥90％的钢化玻璃板8上，太阳能电池板1、热管3、与热管为一体的平板吸热翅片4、保温层5依次装在壳体6上，平板吸热翅片的面积≥太阳能电池板的面积。参见图3，在壳体上还有与热管走向垂直的一段汇热管9，所述热管的冷凝段3.1***该段汇热管的盲孔9.1内，汇热管的长度等同于矩形发电集热模块的宽度。本发明中建造太阳能热电一体化电站屋顶用的矩形发电集热模块中太阳能电池板可采用单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池或非晶硅太阳电池。参见图4a、图4b、图4c分别为采用单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳电池的建造太阳能热电一体化电站屋顶用矩形发电集热模块的局部太阳能电池板上表面图。单晶硅和多晶硅太阳电池可以直接采用钢化玻璃做向阳表面，即将单晶硅和多晶硅太阳电池通过EVA薄膜直接贴在高透光的钢化玻璃上，但非晶硅太阳电池板如果做光伏、发电集热模块时其向阳表面需要另粘附一块钢化玻璃，因为非晶硅电池板只能采用高透光普通玻璃，非晶硅的电池薄膜层需要在玻璃的表面上刻划沟槽来形成太阳能电池的正负极，在非晶硅太阳能电池板所在的高透光玻璃的向阳面上用EVA另外粘结的一片钢化玻璃，用以增加非晶硅电池板的强度。而非晶硅电池板的背阳面通常还需要另外粘结一块普通玻璃作为非晶硅薄膜的保护层，在这层玻璃的背面才是用硅胶粘结的热管翅片。
图5a、图6a分别为采用矩形发电集热模块建造的太阳能热电一体化电站屋顶结构图之一、之二。参见图5a，太阳能热电一体化电站屋顶由热镀锌钢板轧制的型材构成的屋面珩架10，上面覆盖由安装在屋面珩架上、垂直于屋脊11、依次安排在向阳坡屋面珩架上的N块矩形发电集热模块12构成，在左右相邻的发电集热模块的边缘间装有T形密封压条13固定、联接、密封。左右相邻的发电集热模块壳体上的汇热管9连接起来构成***分汇热管9a，由各分汇热管汇总后的总汇热管与储热***连接。与储热***连接的总汇热管9b置于屋脊11下使得汇热管的安装、连接、维护都十分方便。在寒带地区建造太阳能热电一体化电站屋顶时，在汇热管中的流通介质采用抗冻液，总汇热管与储热***连接；在热带、温带地区建造太阳能热电一体化电站屋顶时，在所述的汇热管中的流通介质采用水。本发明中构成太阳能热电一体化电站屋顶的矩形发电集热模块中太阳能电池板可采用单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池或非晶硅太阳电池。导热绝缘胶采用704硅橡胶，壳体可采用热镀锌钢板或不锈钢板，汇热管9可采用热镀锌管，热管采用铝或紫铜材料，保温层采用无氟聚氨脂发泡，T形密封压条13采用不锈钢板压制。
图5b为采用矩形发电集热模块建造的太阳能热电一体化电站屋顶中各分汇热管与总汇热管的连接走向示意图，图5c为T形密封压条的截面图。参见图5b，左右相邻的发电集热模块壳体上的汇热管9连接起来构成***分汇热管9a，由各分汇热管汇总后的总汇热管与储热***连接。与储热***连接的总汇热管9b置于屋脊11下。使得汇热管的安装、连接、维护都十分方便。在寒带地区建造太阳能热电一体化电站屋顶时，在汇热管中的流通介质采用抗冻液，总汇热管与储热***连接；在热带、温带地区建造太阳能热电一体化电站屋顶时，在所述的汇热管中的流通介质采用水。当采用矩形发电集热模块制作屋面时，在相邻矩形发电集热模块上汇热管的连接处采用柔性接头9d，连接处用卡箍固定，为保持汇热管内流通介质的温度，在汇热管外面包有保温层。本发明所提供的太阳能热电一体化电站屋顶即构成建筑物的屋面，又具有发电功能，同时光电转换效率高、发电综合成本低、并且解决了建筑物内居民热水供应的难题。
图6a为采用矩形发电集热模块建造的太阳能热电一体化电站屋顶的另一个结构图。由热镀锌钢板轧制的型材构成屋面珩架的上框10a为工字型，相邻珩架之间的距离等于安排在向阳坡屋面珩架上的矩形发电集热模块12的宽度，矩形发电集热模块***相邻桁架上框架10a的工字型槽中，上框架的工字型槽在矩形发电集热模块壳体的上部汇热管相应的位置上留有汇热管接管通道10b。
图6b是***相邻桁架上框架10a工字型槽中的矩形发电集热模块的外形示意图，在矩形发电集热模块12中壳体的前端上表面有一个扁长方形的凹陷6a，在其后端上表面向后有一个与该扁长方形凹陷相应的扁长方形延伸块6b。
本发明提供了一种太阳能热电一体化电站屋顶，这种热电一体化电站屋顶即构成建筑物的屋面，又具有发电功能，同时光电转换效率高、发电综合成本低、并且解决了建筑物内居民热水供应的难题。

Claims (8)

1.一种太阳能热电一体化电站屋顶，由热镀锌钢板轧制的型材构成屋面桁架，上面覆盖屋顶，其特征是所述的屋顶由垂直于屋脊、依次安排在向阳坡屋面桁架上的N块矩形发电集热模块构成，N≥1，每块矩形发电集热模块由太阳能电池板、热管、与热管为一体的平板吸热翅片、保温层及无上盖的壳体组成，太阳能电池板通过导热绝缘胶粘贴在与热管为一体的平板吸热翅片上，热管的蒸发段在太阳能电池板的背面，与热管为一体的平板吸热翅片下面有保温层，在太阳能电池板的上表面采用EVA粘贴在透光率≥90％的钢化玻璃板上，太阳能电池板、热管、与热管为一体的平板吸热翅片、保温层依次装在模块无上盖的壳体上，在所述无上盖的壳体上还有与热管走向垂直的汇热管，所述热管的冷凝段***该汇热管的盲孔内，汇热管的长度小于、等于矩形发电集热模块的宽度，左右相邻的发电集热模块壳体上的汇热管连接起来构成***分汇热管，由各分汇热管汇总后的总汇热管与储热***连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能热电一体化电站屋顶，其特征是所述依次安排在向阳坡屋面桁架上的N块矩形发电集热模块在左右相邻的发电集热模块的边缘间装有T形密封压条。
3.根据权利要求1所述的太阳能热电一体化电站屋顶，其特征是所述矩形发电集热模块中与热管为一体的平板吸热翅片的面积≥太阳能电池板的面积。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能热电一体化电站屋顶，其特征是所述矩形发电集热模块中太阳能电池板上的发电单元采用单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池或非晶硅太阳电池。
5.根据权利要求1所述的太阳能热电一体化电站屋顶，其特征是所述与储热***连接的总汇热管置于屋脊下。
6.根据权利要求1所述的太阳能热电一体化电站屋顶，其特征是在寒带地区建造太阳能热电一体化电站屋顶时，在所述的汇热管中的流通介质采用抗冻液；在热带、温带地区建造太阳能热电一体化电站屋顶时，在所述的汇热管中的流通介质采用水。
7.根据权利要求1所述的太阳能热电一体化电站屋顶，其特征是所述 由热镀锌钢板轧制的型材构成屋面桁架的上框为工字型，相邻屋面桁架之间的距离等于安排在向阳坡屋面桁架上的矩形发电集热模块的宽度，矩形发电集热模块***相邻桁架上框架的工字型槽中，上框架的工字型槽在矩形发电集热模块壳体的上部汇热管相应的位置上留有汇热管接管通道。
8.根据权利要求1或7所述的太阳能热电一体化电站屋顶，其特征是依次安排在向阳坡屋面桁架上的矩形发电集热模块中壳体的前端上表面有一个扁长方形的凹陷，在其后端上表面向后有一个与该扁长方形凹陷相应的扁长方形延伸块。 
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