基于PVT提高太陽(yáng)能綜合利用效率應用研究

太陽(yáng)能光電/ 光熱綜合利用系統是將太陽(yáng)能電池(或組件)與太陽(yáng)能集熱器結合起來(lái)制造而成的具有發(fā)電以及供熱功能的一種裝置，我們也可稱(chēng)之為光伏光熱一體化系統(PVT)。

這種系統的優(yōu)勢在于既能解決因光伏電池板(或組件)溫度過(guò)高導致發(fā)電效率降低的問(wèn)題，同時(shí)又能將電池板的一部分熱量加以利用，為用戶(hù)提供熱水或供暖等。

1 現狀

目前，光伏光熱一體化系統多是采用單一冷卻介質(zhì)，如空氣或水?？諝饫鋮s型模式( 如圖1) 構造簡(jiǎn)單，但冷卻效果不理想，而且無(wú)法利用到太陽(yáng)能光伏電池模塊產(chǎn)生的熱量;水冷卻型模式(如圖2)結構較為復雜，但冷卻效果優(yōu)于空氣冷卻型模式，同時(shí)利用了光伏模塊產(chǎn)生的熱量，提高了太陽(yáng)能的綜合利用效率。

本設計綜合了以上兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，采用空氣-水雙重換熱，既能強化光伏電池板的散熱效果，提高發(fā)電效率，又能實(shí)現太陽(yáng)能熱利用，為用戶(hù)提供熱水。增強太陽(yáng)能光伏電池板的散熱進(jìn)而提高發(fā)電效率是光伏光熱一體化系統的首要任務(wù)，也是這一系統的重要研究方向。本設計采用了換熱面積較大的U型管及強化傳熱的翅片結構，進(jìn)一步增強了電池板的散熱效果。

2 設計內容

本U 型管翅片式雙介質(zhì)強化散熱光伏光熱一體化(PVT)裝置，按功能分為三個(gè)模塊：光電轉換部分，冷卻介質(zhì)流道部分，以及密封、保溫部分，三者有機結合為光伏光熱一體化(PVT)裝置。

2.1 光電轉換

光電轉換部分即為單晶硅或多晶硅太陽(yáng)能電池板，它利用“光伏效應”將太陽(yáng)能轉換為電能，為用戶(hù)供電。

2.2 冷卻介質(zhì)流道

冷卻介質(zhì)流道部分利用了增大換熱面積、流體強制流動(dòng)、雙重介質(zhì)換熱等強化傳熱技術(shù)。該部分是用來(lái)強化第一模塊中太陽(yáng)能電池板的散熱效果，降低電池板的溫度，從而提高其發(fā)電效率，并生產(chǎn)一定量的熱水。它包含U 型管水流道和U 型空氣流道。

2.2.1 U 型管水流道

本設計所述的U 型管水流道如圖3.水管以具有良好導熱性能的銅作為原材料。它采用橫向布置的方式，可以降低水泵在輸水過(guò)程中需克服水的重力及流動(dòng)阻力而消耗的電能。水管的有效直徑和壁厚根據電池板面積、進(jìn)出水溫度、水流量等確定。本設計將U 型盤(pán)直接緊密布滿(mǎn)整個(gè)電池板背，增大了傳熱面積。換熱器下部設有進(jìn)水口，上部設有出水口，冷卻水在水泵的驅動(dòng)下流經(jīng)U 型管流道，對電池板冷卻，同時(shí)自身的溫度升高，從出水口引入熱用戶(hù)。

2.2.2 U 型空氣流道

本設計所述的U 型空氣流道如圖4、圖5.中間的太陽(yáng)能電池板和U 型管水流道將其分為上下兩層。上層流道由玻璃蓋板和太陽(yáng)能電池板構成，下層流道由U 型管水流道和縱向布滿(mǎn)翅片的吸熱板構成。吸熱板通過(guò)導熱材料(導熱板)與太陽(yáng)能電池板相連。翅片結構增大了換熱面積，可以促進(jìn)電池板的散熱。U 型空氣流道上層設有進(jìn)氣口，下層設有出氣口，進(jìn)氣口通過(guò)管道與風(fēng)機相連，空氣在風(fēng)機的驅動(dòng)下流經(jīng)整個(gè)U 型空氣流道，依次吸收來(lái)自電池板正面、電池板背面以及吸熱板、導熱板的熱能，并促進(jìn)電池板背與U 型銅管換熱器的熱交換，從而進(jìn)一步降低電池板的溫度，提高其發(fā)電效率。

2.3 密封、保溫部分

本U 型管翅片式雙介質(zhì)強化散熱光伏光熱一體化(PVT)裝置背面以聚氨酯發(fā)泡絕熱，正面采用高透光鋼化玻璃蓋板，最后玻璃蓋板、集電熱板和絕熱背板一起用鋁合金邊框密封。

3 結語(yǔ)

本設計將增大換熱面積、流體強制流動(dòng)、雙重介質(zhì)換熱等強化傳熱技術(shù)應用于光伏光熱一體化系統(PVT)，可以降低光伏電池組件溫度，提高發(fā)電效率，生產(chǎn)熱水，提高太陽(yáng)能綜合利用效率。本設計可應用于普通節能型住宅或節能型別墅，既可應用于新建住宅，也可應用于既有建筑的節能改造，在實(shí)施成本和節能效果上具有顯著(zhù)優(yōu)勢，已經(jīng)申請了實(shí)用新型專(zhuān)利，并已授權，專(zhuān)利號201320053260.6,應用前景十分廣闊。