CN1707815A - 调温式平板混合光伏集热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种调温式平板混合光伏集热器或集能器，包括带透光盖板的箱体、设置在箱体内的太阳能电池与导线，其特征在于箱体内还包括由金属导热管与金属吸热翅片或可替代金属吸热翅片的电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条以及联汇单元，金属导热管经联汇单元联集后其连接管口从箱体上引出；太阳能电池连接在翅片式管板传热芯条的受光面上，经密封与相互电连接后其导线在箱体上引出。由于采用超声波等精细焊接方法连接组成翅片式管板传热芯条的、太阳能电池的密封采用与透光盖板压封密封或在箱体内经单层密封剂密封的、太阳能电池与翅片式管板传热芯条间在保持电绝缘下采用氮化铝为填充剂的环氧胶粘接剂、制作工艺比现有技术更简单、传热与密封可靠、成本低、生产效率更高，适用的太阳能电池种类广，并且，由于采用了调温式平板平板混合光伏集热器封装结构，可省去了现有技术中的封装工序与昂贵的封装设备，使得太阳能电池的制作成本大幅度下降，比现有技术提高了光伏装置的工作效率与太阳能综合利用效率。
Description
技术领域
本发明属太阳能利用领域，尤其是涉及一种调温式平板混合光伏集热器或集能器技术。
技术背景
一般硅太阳电池是在一层材质为PVC或TPT或玻璃的底板上，放置一层EVA胶膜，在EVA胶膜表面横向和纵向排列苦干串联或并联的硅太阳电池片，在硅太阳电池片的表面再放上一层EVA胶膜，再在EVA胶膜表面压上一层玻璃面板。然后，通过专用设备边加热、边抽真空，使EVA胶膜熔化，将硅太阳电池片与底板和面板固定粘接成为一个整体，最后用一圈金属边框将这一整体封边保护起来；除此之外，还有大量小型硅太阳电池组件直接采用底层环氧胶粘接剂粘接及薄层环氧树脂外表层封装，上述采用EVA胶膜封装的硅太阳电池存在以下问题：(1)、为了避免硅太阳电池表面发生氧化腐蚀，需要设置面板、EVA胶膜、金属边框等大量辅助材料，还必须经过封装工序，因此辅助材料消耗较大，费工费时，生产效率不高，产品的成本居高不下。(2)、由于封装过程中，EVA胶膜熔化产生气泡，必须在加热过程适时地抽真空，同时加热温度也必须掌握适当，然而这需要较丰富的操作经验，一旦操作不当，存在于硅太阳电池与面板之间的气泡，不但使外观难看，而且影响电池效率。如果采用自动化程度较高的封装设备，虽然能较好地解决气泡问题，但是，设备费用昂贵，进而使产品的成本加大。(3)、由于产品被封装为一个整体，因此一旦产品的某一部分出现问题，整块硅太阳电池就会全部报废，而且无法进行更换继续使用，从而影响了产品的使用寿命。(4)、由于太阳电池实际应用中在阳光照射下表面温度通常都在摄氏50℃-60℃，晶体硅太阳电池在这样的高温中要损失15-20％的发电输出；另外，上述采用环氧胶粘接剂进行底层粘接及树脂外表层封装的硅太阳电池存在着由于粘接层热膨胀系数不匹配及导热性能不满足要求产生急剧温差所致的太阳能硅电池片的碎裂，发热大还会加速元器件的老化，使成本升高，均使得装置使用寿命下降，因此，需要进行工作温度的调控，此外，非晶硅太阳电池在低温中的发电输出损失大为减少，为了提高光伏装置的工作效率，也需要进行工作温度的调控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用超声波等精细焊接方法连接、由连接传热条带共同组成翅片式管板传热芯条、太阳能电池的外层密封采用与透光盖板经压封密封或在箱体内经单层密封剂密封的、太阳能电池与翅片式管板传热芯条间经高效传热粘接连接的、能防止电池硅片因存在急剧温差或传热不良因素而产生碎裂、制作工艺比现有技术更简单、传热与密封可靠、成本低、生产效率更高的调温式平板混合光伏集热器，并且，为了提高光伏部分的输出功率，能对调温式光伏装置的工作温度进行正确调控，集能器使用寿命长、可靠性高、适用多种太阳能电池、太阳能综合利用效率高。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用一种调温式平板混合光伏集热器，包括带透光盖板的箱体、设置在箱体内的太阳能电池与连线，其特征在于箱体内还包括由金属导热管与金属吸热翅片或可替代金属吸热翅片的电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条以及联汇单元，金属导热管经联汇单元联集后其连接管口从箱体上引出；太阳能电池连接在翅片式管板传热芯条的受光面上，经密封与相互电连接后其连线在箱体上引出。所述的由金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条是指金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面之间的传热主要是通过金属吸热翅片或电池基体金属板与连接传热条带之间的精细焊接连接及金属导热管与连接传热条带之间的精细焊接连接传递的，金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面与连接传热条带的外翻连接撑边相互焊接连接，金属导热管介于金属吸热翅片或电池基体金属板和连接传热条带之间，经连接传热条带的拉夹与金属吸热翅片或电池基体金属板相连。所述的太阳能电池的密封是指其直接与透光盖板或透明玻璃经密封材料的热压封密封或是在箱体内经单层密封剂密封。所述的单层密封剂密封是指在太阳能电池侧面或侧面及正表面采用单层液化密封剂如树脂胶包括PU液化型的密封剂、或单层热熔性密封剂如如复合EVA热压合膜、或其它单层热固性密封剂如环氧树脂类进行的密封。所述的太阳能电池在翅片式管板传热芯条受光面上的连接包括经电绝缘的导热胶与金属吸热翅片的固接，所述的电绝缘的导热胶是指以氮化铝为填充剂的环氧树脂胶。所述的集能器箱体内可置有温控传感器。所述的翅片式传热芯条的翅片可是包括平面或曲面在内的二维吸热翅片板、或是三维吸热翅片体。所述的集能器箱体内可制成中空，内充干燥空气或隋性气体，腔内可置有吸湿剂或吸氧剂。所述的翅片式管板传热芯条与联汇单元等组成调温式平板混合光伏集热器的光热调温部分，光热调温部分可以是全部由金属液流管翅片式管板传热芯条所组成，或可由部分金属液流管翅片式管板传热芯条和部分热管翅片式管板传热芯条共同组成。所述的由部分金属液流管翅片式管板传热芯条和部分热管翅片式管板传热芯条等共同组成的光热调温部分可以是金属液流管翅片式管板传热芯条设置在热管翅片式管板传热芯条的两侧。
本发明的优点是：由于采用超声波等精细焊接方法连接组成翅片式管板传热芯条的、太阳能电池的密封采用与透光盖板压封密封或在箱体内经单层密封剂密封的、太阳能电池与翅片式管板传热芯条间在保持电绝缘下采用氮化铝为填充剂的环氧胶粘接剂、制作工艺比现有技术更简单、传热与密封可靠、成本低、生产效率更高，适用的太阳能电池种类广；并且，由于采用了调温式平板混合光伏集热器封装结构，可省去了现有技术中的封装工序与昂贵的封装设备，使得太阳能电池的制作成本大幅度下降，此外，金属吸热翅片或电池基体金属板上连有金属导热管构成的翅片式管板传热芯条并可置有温控传感器，构成了太阳能电池的正确调温功能，可使得晶体硅光伏装置在高温中的发电输出损失大大减少，并且电池硅片因急剧温差或传热不良产生的碎裂大为减少，还可减缓元器件的老化，使装置使用寿命与可靠性得到提高；并可使得非晶体硅光伏装置在低温中的发电输出损失大为减少，比现有技术提高了光伏装置的工作效率与太阳能综合利用效率。
由于氮化铝在陶瓷中具有异常高的导热性，比金属氧化物如氧化铝高3-5倍，采用的氮化铝为填充剂的环氧胶粘接剂的导热性比普通环氧胶粘接剂更是高达10-50倍，且氮化铝的热膨胀系数与太阳能电池材料硅相近，远比氧化铝低，用本发明太阳能电池与翅片式管板传热芯条之间在保持电绝缘下采用的氮化铝为填充剂的环氧胶粘接剂与现有技术采用的金属氧化物如氧化铝或金属颗粒为填充剂的环氧胶粘接剂相比，在消除由于热膨胀系数不匹配及导热性能不满足要求产生急剧温差所致的太阳能硅电池片碎裂方面得到的提高经实验统计达到70％以上。
附图说明
图1是本发明调温式平板混合光伏集热器实施例采用太阳能电池片直接与透光盖板经密封材料热压封密封的结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是本发明调温式平板混合光伏集热器实施例采用太阳能电池片直接与透明玻璃经密封材料热压封密封的局部放大结构示意图；
图4是本发明调温式平板混合光伏集热器实施例采用太阳能电池片在箱体内经单层液化密封剂密封的结构示意图；
图3、图5、图6中给出了本发明调温式平板混合光伏集热器实施例中金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条的结构示意图。
图7、图9分别给出了本发明调温式平板混合光伏集热器实施例中翅片式管板传热芯条的翅片采用二维翅片板和三维翅片体时的结构示意图；
图8是图7的侧视图；图10是图9的侧视图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述：按图1、图2、所示，本发明调温式平板混合光伏集热器实施例包括平板式箱体1、太阳能电池2、导线3、密封剂4、翅片式管板传热芯条5、导热胶6、接线端口7、联汇单元8、温控传感器9、加热器件10，太阳能电池片2及导线3设置在由透光盖板101、挤压型材边框架102和底板103等组成的平板式箱体1内，并且，箱体内边侧和底板上可加设如发泡成型的PU或不成型的玻璃纤维等材料或两者组合所构成的保温层104，除此之外，还可以采用带透光盖板的整体式箱体，如采用金属薄板压制成型的整体式箱体座加透光盖板与密封胶，便于箱体与透光盖板如玻璃间及与联汇管输出端口的管道间可经水汽密封胶如丁基胶密封后制成中空如：内充干燥空气和设置吸湿剂，或可内充隋性气体和置有吸氧剂；箱体内还包括由金属导热管501经连接传热条带502与金属吸热翅片503共同组成的翅片式管板传热芯条5及联汇单元8如流道联汇管，翅片式管板传热芯条可以包括一个翅片与一个或一个以上的金属导热管组合(分别如图2、图4所示)，金属导热管经联汇管联集后其连接管口从箱体上引出；太阳能电池连接在翅片式管板传热芯条的受光面上，太阳能电池片经相互电连接后其导线在箱体上经接线端口7引出。
所述的太阳能电池是硅电池或是各种不同类型的非硅电池。硅太阳能电池是单晶、或是多晶、或是非晶硅电池，其形式可是晶片或是带底衬的薄膜电池；各种不同类型的非硅太阳能电池可是锗、砷化镓电池等，太阳能电池片的相互连接可以是相互串接、或并接、或串并联混接。翅片式传热芯条可是由金属导热管经连接传热条带与翅片的相连接、或是由金属导热管经连接传热条带与可替代金属吸热翅片的薄膜电池基体金属板如非晶硅电池的不锈钢基板相连接。太阳能电池在翅片式管板传热芯条受光面上的连接包括经电绝缘的导热胶与金属吸热翅片的固接，电绝缘的导热胶6是指以氮化铝为填充剂的环氧树脂胶粘接剂。金属吸热翅片与金属导热管的连接包括通过在背面设置一个金属衬片或连接传热条带后进行的金属精密焊接连接。
金属导热管501与金属吸热翅片503或电池基体金属板经连接传热条502带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条5是指金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面之间的传热主要是通过金属吸热翅片或电池基体金属板与连接传热条带之间的焊接连接及金属导热管与连接传热条带之间的焊接连接传递的，金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面与连接传热条带的外翻连接撑边相互焊接连接，除此之外也可采用滚压等方式进行一体化金属融合性连接，金属导热管介于金属吸热翅片或电池基体金属板和连接传热条带之间，经连接传热条带的拉夹与金属吸热翅片或电池基体金属板相连(参见图3、图5、图6所示)。
金属导热管与翅片的连接平面之间的传热主要是通过翅片与连接传热条带之间的焊接连接及金属导热管与连接传热条带之间的焊接连接或粘接连接传递的，连接传热条带带有两条外翻的连接撑边，撑边的中部夹有金属导热管，翅片的连接平面与连接传热条带的外翻连接撑边相互焊接连接，通过精细焊方法的连接可采用包括超声焊、热压焊(包括热压钎焊，焊料还包括热熔性的高分子导热材料)、激光焊、电阻焊、高频焊、等离子焊、X射线焊等方法的连接。
金属导热管除了采用如图1所示的直通管还可以采用其他金属液体流道管如U型管或热管。翅片式管板传热芯条可以是如图1所示的一个金属液体流道管与一个翅片单元构成的多个直通管翅片式管板组成的传热芯条，也可以是由多个金属液体流道管与一个翅片单元构成的单个直通管翅片式管板组成的传热芯条。
太阳能电池片可直接与透光盖板或与透明玻璃经密封材料的热压封密封，此时可采用热熔性密封剂4如EVA胶膜经热压密封如图2、图3所示、或是在箱体内经单层密封剂4的密封，如图4所示：即在太阳能电池侧面或侧面及正表面采用单层液化密封剂如树脂胶(包括PU液化型的密封剂)或单层热固性密封剂如复合型的EVA热压合膜或其它单层热固性密封剂如环氧树脂类进行的密封。
翅片式管板传热芯条的翅片是包括平面或曲面在内的二维翅片板(图7、图8)、或是三维翅片体(图9、图10)，如类似于中国专利ZL02264999.9中公开的三维翅片结构，其翅片面上除了安装有太阳能电池如包括硅晶太阳能电池、非晶太阳能电池等各种不同类型的太阳能电池外，其非安装太阳能电池的翅片面上如A与B面上可带有太阳选择性吸收涂层以便更好地吸收反射辐射。
集能器的光电部分由太阳能电池2、导线3、接线端口7等组成，每个翅片式管板传热芯条组成的太阳能电池单元之间的相互电连接可以是相互串接、或并接、或串并联混接。电流由太阳电池经电池导线从设置在箱体上的接线端口处输出。
集能器的光热调温部分由调温介质、金属翅片式管板传热芯条5、联汇单元8、温控传感器9、加热器件10等组成，调温介质液流经由直通管金属翅片式管板传热芯条的金属导热管后从联汇单元的端口输出，经温控传感器控制调温介质输送泵、加热器件，由调温介质输送泵驱动与其相连接的循环管路和调温介质储存箱中的工作介质进行调温循环。
由翅片式管板传热芯条与联汇单元等组成的光热调温部分可以是全部由金属液流管翅片式管板传热芯条所组成，或可由部分金属液流管翅片式管板传热芯条和部分热管翅片式管板传热芯条共同组成，以利于进一步加速通过调温介质调节控制温度。根据平板集热器的温度场分布可知，平板平板混合光伏集热器的两侧温度低于其中间，所以，在金属液流管翅片式管板传热芯条和热管翅片式管板传热芯条等共同组成的光热装置中，适于采用部分金属液流管翅片式管板传热芯条设置在热管翅片式管板传热芯条的两侧，减少中间部位的聚热效因对金属液流管翅片式管板传热芯条传热的影响及两侧边缘部位温度低于其中间时对热管翅片式管板传热芯条传热的影响，如此便可同时取得理想的较低与较高两个工作温度时的集热效率，相应地，联汇管中的传热介质流向应当先经两端较低温度工作的玻璃集热管后经中间较高温度工作的玻璃集热管。
调温介质可以是水或是抗冻液或是相变传热介质等工作介质。金属液流管翅片式管板传热芯条除了采用如图1所示的直通管、还可以采用U型管式金属液体流道管或热管式等的翅片式管板传热芯条，当金属导热管采用热管时，上述的联汇单元8就应采用联汇换热器，同时，采用可管托与平板箱体连接用以支承或固定带有太阳能电池的翅片式管板传热芯条。
工作原理：设置在调温式平板混合光伏集热器或集能器内翅片向阳面上的太阳能硅晶等电池经日光照射后其光伏电流经连接线端口输出，同时经日光照射后调温式平板混合光伏集热器内的太阳能电池也逐渐产生温升，从而导致输出特性的下降，箱体内可置有温控传感器，经温控传感器与调温介质输送泵在设定的控制温度下对集能器联汇单元的端口进行调温介质输液循环冷却，则可控制集能器内金属导热管相连的吸热翅片及太阳能电池温度的上升，保持电池的输出特性，反之，若采用太阳能非晶电池等受环境降温后产生光伏输出性能下降的太阳能电池，在温度低于某一定值时会导致输出特性的下降，此时启动循环管路的加热器件进行循环加温，输入温度高于太阳能电池及吸热翅片的调温介质对太阳能电池进行加热，就能控制其温度下降，保持电池的输出特性，并且，在上述两种情况下，只要调温式平板混合光伏集热器内太阳能电池工作温度调节保持或经日照后回升至正常范围内时，调温式平板混合光伏集热器都能输出调温介质液热，经换热或直接提供所需要的热水等。
以上对本发明的最佳应用实施例进行了说明，值得注意的是，本发明的应用决不限制于此，在本发明的范围内和不脱离本发明的精神下，发明人仍可对本发明作出多种修改、附加或替换。
Claims (10)
1.调温式平板混合光伏集热器，包括带透光盖板的箱体、设置在箱体内的太阳能电池与导线，其特征在于箱体内还包括由金属导热管与金属吸热翅片或可替代金属吸热翅片的电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条以及联汇单元，金属导热管经联汇单元联集后其连接管口从箱体上引出；太阳能电池连接在翅片式管板传热芯条的受光面上，经密封与相互电连接后其导线在箱体上引出。
2.根据权利要求1所述的调温式平板混合光伏集热器，其特征在于所述的由金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板经连接传热条带用超声波等精细焊接相连接而组成的翅片式管板传热芯条是指金属导热管与金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面之间的传热主要是通过金属吸热翅片或电池基体金属板与连接传热条带之间的精细焊接连接及金属导热管与连接传热条带之间的精细焊接连接传递的，金属吸热翅片或电池基体金属板的连接平面与连接传热条带的外翻连接撑边相互焊接连接，金属导热管介于金属吸热翅片或电池基体金属板和连接传热条带之间，经连接传热条带的拉夹与金属吸热翅片或电池基体金属板相连。
3.根据权利要求1至2所述的调温式平板混合光伏集热器，其特征在于所述的太阳能电池的密封是指其直接与透光盖板或透明玻璃经密封材料的热压封密封或是在箱体内经单层密封剂密封。
4.根据权利要求3所述的调温式平板混合光伏集热器，其特征在于所述的单层密封剂密封是指在太阳能电池侧面或侧面及正表面采用单层液化密封剂如树脂胶包括PU液化型的密封剂、或单层热熔性密封剂如复合EVA热压合膜、或其它单层热固性密封剂如环氧树脂类进行的密封。
5.根据权利要求1至4所述的调温式平板混合光伏集热器，其特征在于所述的太阳能电池在翅片式管板传热芯条受光面上的连接包括经电绝缘的导热胶与金属吸热翅片的固接，所述的电绝缘的导热胶是指以氮化铝为填充剂的环氧树脂胶粘接剂。
6.根据权利要求1至5所述的调温式平板混合光伏集热器，其特征在于所述的集能器箱体内可置有温控传感器。
7.根据权利要求1至6所述的调温式平板混合光伏集热器，其特征在于所述的翅片式传热芯条的翅片可是包括平面或曲面在内的二维吸热翅片板、或是三维吸热翅片体。
8.根据权利要求1至7所述的调温式平板混合光伏集热器，其特征在于所述的集能器箱体内可制成中空，内充干燥空气或隋性气体，腔内可置有吸湿剂或吸氧剂。
9.根据权利要求1至8所述的调温式平板混合光伏集热器，其特征在于所述的翅片式管板传热芯条与联汇单元等组成调温式平板混合光伏集热器的光热调温部分，光热调温部分可以是全部由金属液流管翅片式管板传热芯条所组成、或可由部分金属液流管翅片式管板传热芯条和部分热管翅片式管板传热芯条共同组成。
10根据权利要求9所述的调温式平板混合光伏集热器，其特征在于所述的由部分金属液流管翅片式管板传热芯条和部分热管翅片式管板传热芯条等共同组成的光热调温部分可以是金属液流管翅片式管板传热芯条设置在热管翅片式管板传热芯条的两侧。
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