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CN102117855B - 一种建筑用pvt组件 - Google Patents

一种建筑用pvt组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建筑用PVT组件，包括光伏发电部件、固定于光伏发电部件下面的流道、位于流道下面的盖板和起固定作用的边框，所述流道外部套接设置有储能部件，储能部件和流道之间留有空腔，该空腔内填充有相变材料，储能部件与流道的套接口处均通过密封圈密封连接；所述储能部件两端还分别设置有两段中空的储能部件，该两段储能部件的中空部分填充有相变材料；本发明通过引入相变材料，将光伏发电部件在发电过程中产生的热吸收，相变材料在相变过程中吸收热能的同时可使光伏发电部件保持较低温度，同时介质可以与相变材料进行热交换，介质带走热量；本发明用于建筑上，在替代部分建筑功能的同时，降低建筑耗能，真正做到建筑节能。

Description

一种建筑用PVT组件
技术领域
本发明涉及太阳能的应用技术，特别是一种建筑用PVT组件。
背景技术
作为环保低碳的逐步推行，太阳能的使用越来越普遍。那么在光电应用方面，目前大量使用的是晶体硅太阳能电池，众所周知，晶体硅电池的发电效率会随温度的升高而下降，具体的体现为：温度每升高1℃，晶体硅电池的发电效率则下降0.3%～0.6%。那么普通的光伏组件在发电的同时，组件的的温度不断升高，发电效率在不断下降。
现在更多地将普通光伏组件应用于建筑领域，当应用于建筑墙体上时，在夏天，一方面太阳光辐射被该光伏组件的建筑材料吸收，但另一方面光伏组件在发电过程中产生的热量会被传给建筑物，这样建筑物吸收的热量反而比不安装光伏组件更多，从而更增加了建筑物的耗能。因此，采用何种方法解决光伏组件安装在建筑墙体上既可以保证较高光伏发电效率的同时，又可以降低建筑耗能，这是将光电、光热综合应用于节能建筑领域研究的重点和难点。
发明内容
本发明为解决PVT组件应用于建筑领域时出现的技术问题，提供了一种建筑用PVT组件，可以达到保持高效光电转换效率的目的，可以达到降低建筑耗能的目的，还可以对光电转换过程中产生的余热加以有效利用。
本发明的技术方案如下：
一种建筑用PVT（光电光伏）组件，包括光伏发电部件、固定于光伏发电部件下面的流道、位于流道下面的盖板和起固定作用的边框，其特征在于：所述流道外部套接设置有储能部件，储能部件和流道之间留有空腔，该空腔内填充有相变材料，储能部件与流道的套接口处均通过密封圈密封连接；所述储能部件两端还分别设置有两段中空的储能部件，该两段储能部件的中空部分填充有相变材料。
所述相变材料为固液相变材料，如无机水合盐材料，相变温度范围0—200℃，具体的相变温度根据PVT组件具体应用来确定。
每个PVT组件呈矩形，PVT组件的顶端边沿内侧水平设置有套接的储能部件和流道，该储能部件两端连接设置有与另两个位于PVT组件两侧边边沿内侧的储能部件，两个位于PVT组件两侧边边沿内侧的储能部件均与流道外部的储能部件垂直连接。
所述流道外部的储能部件分别和两个位于PVT组件两侧边边沿内侧的储能部件的内腔连通。这三段储能部件之间焊接而成，其内腔储存一定量的相变材料。
所述光伏发电部件可以是单晶硅光伏发电部件，或者多晶硅光伏发电部件，或者非晶硅薄膜光伏发电部件。
所述储能部件由导热性能优良的金属材料制成，金属材料优选不锈钢（如SUS304），根据PVT组件储热量大小确定该部件厚度，储能部件的厚度范围为1.5mm~50mm。
所述流道采用导热性能优良的金属材料制成，金属材料优选不锈钢（如SUS304）。
为了使得储能部件和流道之间形成密闭空腔，其密封度要达到能使相变材料相变后不泄漏、不挥发，那么储能部件与流道之间的密封结构采用优选耐热、耐候良好的EPDM（三元乙丙橡胶）密封圈密封，但不仅限于EPDM密封圈密封。
该发明的原理为：当PVT组件倾斜安装于建筑物上时，光伏发电部件超向太阳，太阳照射到光伏发电部件后，光伏发电部件通过接受光照由于光生伏打效应（光生伏打效应是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应）发电，在发电过程中光伏发电部件产生热量通过热传递传给储能部件、以及光伏发电部件与盖板之间的空气，然后通过空气和储能部件将热量传递给相变材料；
通过位于PVT组件顶端的储能部件和两边的相变材料吸收热量，则使得热空气从中间往上流动至顶端再沿两边分别下降，热空气经过降温成为冷空气，冷空气从向下流动至PVT组件底部从中间又向上流动，形成循环气流；
同时，流道内的介质与储能部件内的相变材料的热量进行热交换，通过将多个PVT组件的流道串联起来，非常方便对热量进行再利用。
流道内的介质可以是水、也可以是热交换良好的乙二醇等其他液体介质，但不仅限于水和乙二醇。
本发明的有益效果如下：
本发明在PVT组件中引入相变材料，光伏发电部件在发电过程中产生的热可被相变材料吸收，可使光伏发电部件保持在较低的温度下工作，从而保持较高的光电转换效率；热能储存于相变材料中，相变材料与流道内的介质进行热交换，热量可被介质带走并加以利用；本发明用于建筑上，可调节建筑物温度，从而降低建筑耗能，可以真正实现在夏天吸收照在建筑上大量的太阳光，减少建筑吸收的太阳能，从而降低建筑耗能；在冬天，PVT组件中的相变材料储存的热能，可以加热建筑，这样一方面减少建筑耗能，另一方面可调节建筑物的温度，使室内冬暧夏凉。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为与图1对应的仰视结构示意图
图3为本发明的纵向局部剖面结构示意图
图4为本发明在建筑上安装示意图
图5为本发明应用时内部空气循环示意图
图6为本发明组成的系统余热利用示意图
其中附图标记为：1边框，2光伏发电部件，3储能部件，4流道，5相变材料，6盖板，7密封圈。
具体实施方式
一种建筑用PVT（光电光伏）组件，包括光伏发电部件2、固定于光伏发电部件2下面的流道4、位于流道4下面的盖板6和起固定作用的边框1，所述流道4外部套接设置有储能部件3，储能部件3和流道4之间留有空腔，该空腔内填充有相变材料5，储能部件3与流道4的套接口处均通过密封圈7密封连接；所述储能部件3两端还分别设置有两段中空的储能部件3，该两段储能部件3的中空部分填充有相变材料5。
每个PVT组件呈矩形，PVT组件的顶端边沿内侧水平设置有套接的储能部件3和流道4，该储能部件3两端连接设置有与另两个位于PVT组件两侧边边沿内侧的储能部件3，两个位于PVT组件两侧边边沿内侧的储能部件3均与流道4外部的储能部件3垂直连接，焊接而成。
所述流道4外部的储能部件3分别和两个位于PVT组件两侧边边沿内侧的储能部件3的内腔连通，其内腔储存一定量的相变材料5。
储能部件3内腔储存一定量的相变材料5，相变温度范围0—200℃。所述相变材料5为固液相变材料，可以是无机水合盐材料，例如Na2SO4·10H2O，或者石蜡等等。
所述光伏发电部件2可以是单晶硅光伏发电部件，或者多晶硅光伏发电部件，或者非晶硅薄膜光伏发电部件。
所述储能部件3由导热性能优良的金属材料制成，金属材料优选不锈钢（如SUS304），但不仅限于不锈钢，还可以采用其他金属，如铜、铝或铝合金等，通过加工，或选用型材进行焊接加工而成，其结构部件厚度范围为1.5mm~50mm。
所述流道4采用导热性能优良的金属材料制成，金属材料优选不锈钢（如SUS304），但不仅限于不锈钢，还可以采用其他金属，如铜、铝或铝合金等。
为了使得储能部件3和流道4之间形成密闭空腔，其密封度要达到能使相变材料5相变后不泄漏、不挥发，那么储能部件3与流道4之间的密封结构采用优选耐热、耐候良好的EPDM（三元乙丙橡胶）密封圈7密封，但不仅限于EPDM密封圈7密封。
如图1-3所示，光电组件2和储能部件3紧密贴合后，与组件边框1封装，组件上安装盖板6，盖板6与组件密封。流道4分布于储能部件3中，流道4进出口与储能部件3用密封圈7密封，储能部件3其内可存储相变材料5，相变材料5与流道4内的介质进行热交换，介质带走热量。
该发明的原理为：
如图4所示，本发明的PVT组件安装在建筑屋顶上，与水平成一角度α，光伏发电部件2超向太阳，太阳照射到光伏发电部件2后，光伏发电部件2通过接受光照由于光生伏打效应（光生伏打效应是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应）发电，在发电过程中光伏发电部件2产生热量通过热传递传给储能部件3、以及光伏发电部件2与盖板6之间的空气，然后通过空气和储能部件3将热量传递给相变材料5；由于相变材料5属于高储能材料，电池片产生的热量一直传递给相变材料5，相变材料5相变过程几乎保持等温，这样，可以认为电池片也可以在较恒定的温度下工作，从而提高了其光电转换效率。
通过顶端的储能部件3和两边的相变材料5吸收热量，根据热空气上升，冷空气下降的原理，形成空气对流循环。热空气从中间往上流动至顶端再沿两边分别下降，热空气经过降温成为冷空气，冷空气从向下流动至PVT组件底部从中间又向上流动，形成循环气流。
在循环过程中，空气将热量传递给相变材料5，相变材料5在相变过程中吸收大量的热量，其在相变过程中温度几乎不变，空气对流可使得组件每处保持较均匀的温度。这样既可以让电池片的保持在较低、恒定的温度下工作，使组件保持较高的光电转换效率，又同时通过相变材料5储存大量的热能，这部分热量可通过与流道4内的介质进行热交换，从而将热量带走，带走的热量可以加以利用。流道4内的介质可以是水、也可以是热交换良好的乙二醇等其他液体介质，但不仅限于水和乙二醇。如加热生活用水，为用户提供生活热水，如图6所示。通过将多个PVT组件的流道4串联起来与热水利用系统连接，介质收集热量，对热量进行控制加以再利用。
由于相变材料5吸收了大量的热量，使得建筑吸热大大降低，在夏天可降低建筑耗能，在寒冷的冬季，相变材料5可释放大量的热为建筑加温。因此本发明应用于建筑上，通过系统控制，可调节建筑物的温度，使室内冬暧夏凉，真正做到建筑节能。

Claims (10)

1.一种建筑用PVT组件，包括光伏发电部件、固定于光伏发电部件下面的流道、位于流道下面的盖板和起固定作用的边框，其特征在于：所述流道外部套接设置有储能部件，储能部件和流道之间留有空腔，该空腔内填充有相变材料，储能部件与流道的套接口处均通过密封圈密封连接；所述储能部件两端还分别设置有两段中空的储能部件，该两段储能部件的中空部分填充有相变材料。
2.根据权利要求1所述的一种建筑用PVT组件，其特征在于：所述相变材料为固液相变材料，相变温度范围0—200℃。
3.根据权利要求2所述的一种建筑用PVT组件，其特征在于：所述固液相变材料是Na2SO4·10H2O，或者石蜡。
4.根据权利要求1所述的一种建筑用PVT组件，其特征在于：每个PVT组件呈矩形，PVT组件的顶端边沿内侧水平设置有套接的储能部件和流道，该储能部件两端连接设置有与另两个位于PVT组件两侧边边沿内侧的储能部件，两个位于PVT组件两侧边边沿内侧的储能部件均与流道外部的储能部件垂直连接。
5.根据权利要求4所述的一种建筑用PVT组件，其特征在于：所述流道外部的储能部件分别和两个位于PVT组件两侧边边沿内侧的储能部件的内腔连通。
6.根据权利要求1所述的一种建筑用PVT组件，其特征在于：所述光伏发电部件是单晶硅光伏发电部件，或者多晶硅光伏发电部件，或者非晶硅薄膜光伏发电部件。
7.根据权利要求1所述的一种建筑用PVT组件，其特征在于：所述储能部件由金属材料制成，部件的厚度为1.5mm~50mm。
8.根据权利要求1所述的一种建筑用PVT组件，其特征在于：所述流道采用金属材料制成。
9.根据权利要求1所述的一种建筑用PVT组件，其特征在于：所述密封圈为EPDM密封圈。
10.根据权利要求1所述的一种建筑用PVT组件，其特征在于其原理为：
当PVT组件倾斜安装于建筑物上时，光伏发电部件朝向太阳，太阳照射到光伏发电部件后，光伏发电部件通过接受光照由于光生伏打效应发电，在发电过程中光伏发电部件产生热量通过热传递传给储能部件、以及光伏发电部件与盖板之间的空气，然后通过空气和储能部件将热量传递给相变材料；
通过位于PVT组件顶端的储能部件和两边的相变材料吸收热量，则使得热空气从中间往上流动至顶端再沿两边分别下降，热空气经过降温成为冷空气，冷空气从向下流动至PVT组件底部从中间又向上流动，形成循环气流；
同时，流道内的介质与储能部件内的相变材料的热量进行热交换，进行再利用。
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