基于PVT提高太陽能綜合利用效率應用研究

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

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

1 現(xiàn)狀

目前，光伏光熱一體化系統(tǒng)多是采用單一冷卻介質，如空氣或水。空氣冷卻型模式( 如圖1) 構造簡單，但冷卻效果不理想，而且無法利用到太陽能光伏電池模塊產生的熱量;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，同時利用了光伏模塊產生的熱量，提高了太陽能的綜合利用效率。

本設計綜合了以上兩種模式的優(yōu)點，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，又能實現(xiàn)太陽能熱利用，為用戶提供熱水。增強太陽能光伏電池板的散熱進而提高發(fā)電效率是光伏光熱一體化系統(tǒng)的首要任務，也是這一系統(tǒng)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 型管翅片式雙介質強化散熱光伏光熱一體化(PVT)裝置，按功能分為三個模塊：光電轉換部分，冷卻介質流道部分，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能電池板，它利用“光伏效應”將太陽能轉換為電能，為用戶供電。

2.2 冷卻介質流道

冷卻介質流道部分利用了增大換熱面積、流體強制流動、雙重介質換熱等強化傳熱技術。該部分是用來強化第一模塊中太陽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程中需克服水的重力及流動阻力而消耗的電能。水管的有效直徑和壁厚根據(jù)電池板面積、進出水溫度、水流量等確定。本設計將U 型盤直接緊密布滿整個電池板背，增大了傳熱面積。換熱器下部設有進水口，上部設有出水口，冷卻水在水泵的驅動下流經(jīng)U 型管流道，對電池板冷卻，同時自身的溫度升高，從出水口引入熱用戶。

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能電池板構成，下層流道由U 型管水流道和縱向布滿翅片的吸熱板構成。吸熱板通過導熱材料(導熱板)與太陽能電池板相連。翅片結構增大了換熱面積，可以促進電池板的散熱。U 型空氣流道上層設有進氣口，下層設有出氣口，進氣口通過管道與風機相連，空氣在風機的驅動下流經(jīng)整個U 型空氣流道，依次吸收來自電池板正面、電池板背面以及吸熱板、導熱板的熱能，并促進電池板背與U 型銅管換熱器的熱交換，從而進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

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