[發明專利]一種聚光平板型光伏光熱一體化復合太陽能集熱器

有效

• 申請號: 201810308002.5
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108768293B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 徐洪濤;王寧;張晨宇;張拴羊;羅祝清
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H02S40/44
• 分類號: H02S40/44;H02S40/42;F24S10/50
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種聚光平板型光伏光熱一體化復合太陽能集熱器，涉及太陽能光伏光熱一體化應用領域，包括線性菲涅爾透鏡，光伏模塊和冷卻模塊；所述光伏模塊設置于所述線性菲涅爾透鏡的下方，將太陽輻射能轉化成電能；所述冷卻模塊設置于所述光伏模塊的下方，用于冷卻所述光伏模塊，提高光電轉化效率，并進行余熱利用；所述冷卻模塊包括吸熱板和位于其下方PVC結構，所述PVC結構的上表面設置有向上開口的槽，所述向上開口的槽在所述PVC結構的上表面形成流道。本發明解決了流道與吸熱板的連接問題，提高了系統的綜合利用效率，具有結構簡單、成本低、重量輕和冷卻效果好的優點，便于制作和大規模生產。

技術領域

本發明涉及太陽能光伏光熱一體化應用領域，具體涉及一種聚光平板型光伏光熱一體化復合太陽能集熱器。

背景技術

太陽能高效利用是解決能源短缺與環境污染問題的有效途徑之一。目前，太陽能光伏和光熱利用技術已日趨成熟。然而，太陽能的輻射密度低、不穩定以及成本高等諸多問題制約著太陽能產業的后續發展，聚光技術可以使單位面積光伏電池輸出更多的電量，有效的緩解了上述缺點，提高了太陽能在光照強度較弱地區的利用率。其中，線性菲涅爾透鏡成本低廉、易于安裝，可以滿足小型家庭用戶的實際需求。

商用的單晶硅電池在標準測試工況下效率可達到15％～18％，其余大部分能量被轉化為熱。然而，由于硅材料本身的限制，隨著光伏電池溫度升高，其電效率逐漸下降，聚光裝置的使用使光伏電池的溫升更加明顯，電效率急劇下降，同時長時間高強度的輻射降低了光伏電池和整個集熱裝置的使用壽命。采用不同冷卻介質(如水或空氣)對光伏電池進行冷卻，可以提高發電效率的同時又產生低品位的熱量，與單獨利用光熱和光伏的裝置相比，節省了安裝費用與空間，提高了能量利用率，增加整個裝置的運行壽命。而平板型結構的集熱器，易于與建筑一體化，可以滿足現代建筑發展的需求。

傳統的光伏光熱一體化太陽能集熱器中吸熱板與冷卻流道多采用管板式結構，即銅制吸熱板與圓形流道相連接的方式，這種連接多采用焊接工藝，若銅制吸熱板的厚度太薄，焊接過程中易打穿變形，若厚度過厚，又影響了熱量的傳遞和裝置的重量，這種管板式結構對焊接工藝要求高，且加工困難，影響美觀；另一方面，吸熱板與流道的實際接觸面積接近于線接觸，換熱面積太小，總熱阻過大，影響了熱量的傳遞，降低了整個系統的光電和光熱轉化效率；同時，吸熱板和圓形流道都是銅制品，初期投資成本昂貴。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種聚光平板型光伏光熱一體化復合太陽能集熱器，采用新型的流道結構，解決流道與吸熱板的連接問題，實現保溫材料與流道的一體化，還具有重量輕，成本低，結構簡單，加工方便和冷卻效果好的優點，易于制作與大規模生產，同時提高了整個裝置的光伏和光熱綜合利用效率、運行壽命及穩定性。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是流道與吸熱板的連接問題，緩解了傳統管板式結構熱阻大且成本過高的不足，實現了流道與保溫材質的一體化設計，其制作工藝簡單，便于大規模生產，可以提高整個裝置的光伏和光熱綜合利用效率，運行壽命及穩定性。

為實現上述目的，本發明提供了一種聚光平板型光伏光熱一體化復合太陽能集熱器，包括線性菲涅爾透鏡，光伏模塊和冷卻模塊；所述光伏模塊設置于所述線性菲涅爾透鏡的下方，用于將所述線性菲涅爾透鏡聚集到所述光伏模塊表面的太陽輻射能轉化成電能；所述冷卻模塊設置于所述光伏模塊的下方，用于冷卻所述光伏模塊，延長光伏模塊的壽命，提高光電轉換效率，并進行余熱利用；所述冷卻模塊包括吸熱板和位于其下方的PVC結構，所述PVC結構的上表面設置有向上開口的槽，所述向上開口的槽在所述PVC結構的上表面形成流道；所述吸熱板的上表面與所述光伏模塊的底部外表面連接，所述吸熱板的下表面與所述PVC結構的接觸部分連接。線性菲涅爾透鏡將太陽輻射以光帶的形式聚集到光伏模塊上，提高了太陽輻射的能流密度；在PVC結構表面設置流道實現流道和保溫材質的一體化設計；冷卻介質通過流道可以直接與吸熱板接觸，提高了冷卻效果，增強了光伏電池的光電轉換效率。