一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統的製作方法
2024-04-12 06:23:05
一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，包括太陽能熱水系統和發電系統；所述太陽能熱水系統包括光伏組件和光熱組件構成的太陽能集熱器和儲熱水箱以及用於提供熱水的供熱箱，所述供熱水箱連接有用於輔助加熱的空氣源熱泵；所述光伏組件包括太陽能光伏電池片以及在其上表面依次粘接設置的EVA膜層和透明樹脂防護層，其下表面依次粘接設置有四氟乙烯ETFE膜層和導熱底板，所述四氟乙烯ETFE膜層與導熱底板之間設置柔性石墨板；實現單獨制熱水和聯合制熱水，提高光伏組件的發電效率，產生電能與市電併網供家庭負載設備使用；使用空氣源熱泵作為輔助熱源，節約電能，降低運行費用。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及太陽能發電【技術領域】，特別涉及一種太陽能光伏光熱與市電互補 供電空氣能熱水系統。 一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統
【背景技術】
[0002] 太陽能光伏光熱一體化系統雖然能夠產生一些熱水，但是由於太陽能受天氣的變 化影響很大，如若需要製取一定溫度的熱水供日常生活使用，那麼輔助熱源是必不可少的。 目前許多太陽能熱水系統採用電加熱作為輔助熱源，那樣會消耗大量的電能。由於熱泵的 性能係數（C0P)大於1，一般在2-6之間，因此用熱泵作為輔助熱源會大幅減少電力的消 耗。空氣源熱泵是一種環保、節能、結構簡單及易於安裝的熱泵形式，但是其使用易受環境 的影響，其供熱能力和性能係數會隨著室外溫度的降低而降低，製冷量和制熱量不易均衡。 冬季還有室外結霜等問題，不適用於寒冷地區。但上海屬於夏熱冬冷地區，適宜使用空氣源 熱泵。由於過去存在上述的問題，常常導致能源利用率相對較低。現有太陽能熱水（50? 70°C )和光伏工程的轉換效率分別僅約為40?80%和10?15%，能源浪費非常嚴重。再 者，太陽能光伏光熱綜合利用的複合組件目前也有研究，大多是將集熱管用超聲波焊到集 熱板上，集熱板與太陽能光伏組件相貼合，或者將集熱管固定連接在太陽能光伏組件的背 光面，再在集熱管下面安裝隔熱保溫板構成。集熱管是固定設置在光伏組件背面，與光伏組 件和隔熱保溫板是硬接觸。由於太陽能光伏光熱組件一般都在戶外使用，而且在運輸和安 裝過程中集熱管或集熱板與光伏組件及集熱管與隔熱保溫背板之間是硬接觸，電池片易被 碰碎，而且光伏組件被光面不是完全平整的，與集熱板的接觸不好，影響傳熱效率。 實用新型內容
[0003] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空 氣能熱水系統，通過採用結構簡單、安裝方便、成本較低的光伏光熱一體化組件，該光伏光 熱一體化組件可以增加光伏電池的轉換效率，增加單位面積上太陽能轉換效率，由該一體 化組件構成的系統能夠實現單獨制熱水和聯合制熱水，結合太陽能與空氣源熱泵的優點， 在各種天氣下最大程度地利用太陽能，產生一定溫度的生活熱水供家庭日常生活使用。能 提高光伏組件的發電效率，產生電能與市電併網供家庭負載設備使用；使用空氣源熱泵作 為輔助熱源，節約電能，降低運行費用；採用儲熱水箱和恆溫水箱，有利於提高光伏光熱 (PV/T)組件和空氣源熱泵的運行效率。
[0004] 本實用新型的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，包括太陽能 熱水系統和發電系統；所述太陽能熱水系統包括光伏組件和光熱組件構成的太陽能集熱 器和儲熱水箱以及用於提供熱水的供熱箱，所述供熱水箱連接有用於輔助加熱的空氣源熱 泵；所述光伏組件包括太陽能光伏電池片以及在其上表面依次粘接設置的EVA膜層和透明 樹脂防護層，其下表面依次粘接設置有四氟乙烯ETFE膜層和導熱底板，所述四氟乙烯ETFE 膜層與導熱底板之間設置柔性石墨板。
[0005] 進一步，所述光熱組件包括設置於導熱底板背面的集熱管，所述集熱管外側設置 有隔熱保溫背板，所述集熱管與隔熱保溫背板之間設置橡塑保溫層。
[0006] 進一步，所述發電系統包括信號線、直流防雷配電箱、逆變器和交流負載配電箱， 所述太陽能集熱器產生的電通過所述信號線依次順序連接所述直流防雷配電箱和逆變器 以及交流負載配電箱；
[0007] 進一步，所述橡塑保溫層設置有用於與集熱管外表面相配合固定的凹槽；
[0008] 進一步，所述集熱管為多根以相互平行的方式固定於導熱底板的空心銅管；
[0009] 進一步，所述集熱管為蛇形盤管；
[0010] 進一步，所述空心銅管焊接固定於導熱底板，所述導熱底板為鋁板；
[0011] 進一步，透明樹脂防護層為鋼化玻璃蓋板；
[0012] 進一步，所述鋼化玻璃蓋板與導熱底板之間的距離為25mm ;
[0013] 進一步，所述空心銅管的管間距離與其管徑的比為6. 25。
[0014] 實用新型的有益效果：採用獨特光伏光熱一體化結構可以增加光伏電池的轉換效 率，以及光熱與光電的轉換性能，增加單位面積上太陽能轉換效率，提高太陽能光伏組件和 光熱組件的使用壽命，進而提高集熱器的使用壽命，結構簡單、安裝方便、成本較低，該系統 可單獨制熱水，也可聯合制熱水，太陽能光伏光熱系統單獨制熱水時，當PV/T組件在晴天 能夠把足量的冷水加熱到所需溫度（這種情況一般出現在夏天、秋天、春天），此時空氣源 熱泵不需要工作；當太陽能光伏光熱組件與空氣源熱泵聯合制熱水時，PV/T組件無法把足 量的熱水加熱到所需溫度（出現這種情況原因很多，比如冬天太陽輻射不足、陰雨天氣或 者室外氣溫較低），此時溫度達不到要求，即需要開啟空氣源熱泵進行加熱到要求的溫度。 相應的運行控制方法是打開或關閉相應的閥門，根據天氣情況、使用水溫等自由選擇運行 模式，充分利用太陽能。系統所產生的電通過逆變器後可以與市電併網後直接供家庭負載 設備使用。其儲熱水箱裡的低溫水是自來水經過PV/T組件加熱得到的，恆溫水箱裡的水是 來自低溫級儲熱水箱，當水溫達到設定溫度時就不需要空氣源熱泵加熱，當水溫未達到設 定溫度時就開啟空氣源熱泵對其進行加熱，從而達到家庭生活熱水使用要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述：
[0016] 圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0017] 圖2為太陽能集熱器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 圖1為本實用新型的結構示意圖，圖2為太陽能集熱器的結構示意圖，如圖所示： 包括太陽能熱水系統和發電系統；所述太陽能熱水系統包括光伏組件和光熱組件構成的太 陽能集熱器和1儲熱水箱2以及用於提供熱水的供熱水箱3,所述供熱水箱3連接有用於輔 助加熱的空氣源熱泵4 ;所述光伏組件包括太陽能光伏電池片11以及在其上表面依次粘接 設置的EVA膜層12和透明樹脂防護層13,其下表面依次粘接設置有四氟乙烯ETFE膜層14 和導熱底板16,所述四氟乙烯ETFE膜層14與導熱底板16之間設置柔性石墨板15 ;透明樹 脂防護層13設置於最上層用於吸收太陽光，ETFE膜層14其透光性和耐候性好，具有表面不 容易存留附著物，透明度高，輕量化，反粘性強，耐穿透等機械強度優異耐放射線性良，， 能夠有效地提高抗老化性、耐腐蝕性和環保的目的，從而延長了抗老化型太陽能電池組件 的使用壽命，提高抗老化型太陽能電池組件的工作效率；柔性石墨板15用於導熱並起緩衝 作用，避免太陽能光伏電池片11與導熱底板16的硬性接觸而產生磨損或損壞，同時提高密 封性能，還可避免導熱底板16的溫度過高以提高光電轉化。該結構從上到下依次為透明樹 脂防護層13、EVA膜層12、太陽能光伏電池片11、ETFE膜層14、柔性石墨板5、導熱底板6， 且通過粘接劑粘合或者是通過熱合而成。當太陽輻射足夠強時，不啟動熱泵單元，太陽能單 元集熱量可以滿足熱水負荷要求；結合太陽能與空氣源熱泵4的優點，在各種天氣下最大 程度地利用太陽能，產生一定溫度的生活熱水供家庭日常生活使用。能提高光伏組件的發 電效率，產生電能與市電併網供家庭負載設備使用；使用空氣源熱泵4作為輔助熱源，節約 電能，降低運行費用；採用儲熱水箱和恆溫水箱，有利於提高光伏光熱（PV/T)組件和空氣 源熱泵4的運行效率。
[0019] 本實施例中，所述光熱組件包括設置於導熱底板16背面的集熱管17,所述集熱管 17外側設置有隔熱保溫背板19,所述集熱管17與隔熱保溫背板19之間設置橡塑保溫層 18 ;隔熱保溫背板19用於支撐集熱管17,橡塑保溫層18起到襯墊的作用，避免集熱管17與 隔熱保溫背板19的硬性接觸而損傷，同時橡塑保溫層18可起到進一步加強隔熱保溫的作 用。集熱管17外側是指集熱管17下表面。
[0020] 本實施例中，所述發電系統包括信號線、直流防雷配電箱、逆變器和交流負載配電 箱，所述太陽能集熱器1產生的電通過所述信號線依次順序連接所述直流防雷配電箱和逆 變器以及交流負載配電箱；系統所產生的電通過逆變器後可以與市電併網後直接供家庭負 載設備使用。
[0021] 本實施例中，所述橡塑保溫層18設置有用於與集熱管17外表面相配合固定的凹 槽；集熱管17的外表面與凹槽結構內表面貼合，或者是該凹槽結構也可以為波紋面結構； 便於集熱管17的固定，提高集熱管17的穩定性和牢固性，進一步加強保溫作用。
[0022] 本實施例中，所述集熱管17為多根以相互平行的方式固定於導熱底板16的空心 銅管；可採用焊接固定的方式或其他同樣能實現本發明目的固定方式固定集熱管7,空心 銅管最好為16根，平均熱效率和電效率最大。
[0023] 本實施例中，所述集熱管17為蛇形盤管；結構簡單，緊湊性好，通水量大。
[0024] 本實施例中，所述空心銅管焊接固定於導熱底板16,所述導熱底板16為鋁板；結 構強度高，導熱性好。
[0025] 本實施例中，透明樹脂防護層13為鋼化玻璃蓋板；結構強度大，光的透射性好。
[0026] 本實施例中，所述鋼化玻璃蓋板與導熱底板16之間的距離為25mm ;有利於提高光 熱與光電的轉換性能，最大限度的提高光熱和光電轉換率，提高熱效率和電效率。
[0027] 本實施例中，所述空心銅管的管間距離與其管徑的比為6. 25 ;採用窄條流道，同 樣有利於提高光熱與光電的轉換性能，最大限度的提高光熱和光電轉換率，提高熱效率和 電效率。
[0028] 上述實施例中，儲熱水箱2底部的自來水由太陽能光伏光熱組件組成的集熱器1 循環加熱後流入儲熱水箱3,此時在不開啟空氣源熱泵4的情況下供熱水箱3裡的水溫即滿 足生活水溫使用要求。太陽能集熱器1產生的直流電通過逆變器5變為交流電後直接與市 電併網供家庭負載設備使用；在冬天太陽輻射不足、陰雨天氣或者室外氣溫較低時，此時供 熱水箱3裡的水溫達不到生活熱水的要求溫度，所以需要開啟空氣源熱泵4進行輔助加熱。 對來自低溫級儲熱水箱2裡的水進行再熱，使供熱水箱3內部的水達到生活熱水的使用要 求。
[0029] 最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參 照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本 實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範 圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1. 一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其特徵在於：包括太陽能熱 水系統和發電系統；所述太陽能熱水系統包括光伏組件和光熱組件構成的太陽能集熱器 和儲熱水箱以及用於提供熱水的供熱水箱，所述供熱水箱連接有用於輔助加熱的空氣源熱 泵；所述光伏組件包括太陽能光伏電池片以及在其上表面依次粘接設置的EVA膜層和透明 樹脂防護層，其下表面依次粘接設置有四氟乙烯ETFE膜層和導熱底板，所述四氟乙烯ETFE 膜層與導熱底板之間設置柔性石墨板。
2. 根據權利要求1所述的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其特 徵在於：所述光熱組件包括設置於導熱底板背面的集熱管，所述集熱管外側設置有隔熱保 溫背板，所述集熱管與隔熱保溫背板之間設置橡塑保溫層。
3. 根據權利要求2所述的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其特 徵在於：所述發電系統包括信號線、直流防雷配電箱、逆變器和交流負載配電箱，所述太陽 能集熱器產生的電通過所述信號線依次順序連接所述直流防雷配電箱和逆變器以及交流 負載配電箱。
4. 根據權利要求3所述的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其特 徵在於：所述橡塑保溫層設置有用於與集熱管外表面相配合固定的凹槽。
5. 根據權利要求4所述的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其特 徵在於：所述集熱管為多根以相互平行的方式固定於導熱底板的空心銅管。
6. 根據權利要求5所述的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其特 徵在於：所述集熱管為蛇形盤管。
7. 根據權利要求6所述的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其特 徵在於：所述空心銅管焊接固定於導熱底板，所述導熱底板為鋁板。
8. 根據權利要求7所述的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其特 徵在於：透明樹脂防護層為鋼化玻璃蓋板。
9. 根據權利要求8所述的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其特 徵在於：所述鋼化玻璃蓋板與導熱底板之間的距離為25mm。
10. 根據權利要求8所述的一種太陽能光伏光熱與市電互補供電空氣能熱水系統，其 特徵在於：所述空心銅管的管間距離與其管徑的比為6. 25。
【文檔編號】H02S40/44GK203848525SQ201420290574
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】苑進社, 高向明 申請人:重慶師範大學