安裝在建築物上的太陽能系統的製作方法

2023-07-21 19:51:11 3

專利名稱：安裝在建築物上的太陽能系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於光伏電池形成的太陽能系統，特別是，涉及一種安裝在 建築物上的太陽能系統。
背景技術：
隨著人們對新型能源的重視，基於光伏電池形成的太陽能光伏裝置已廣泛地應用 於工業、軍事以及民用發電系統中。光伏建築物一體化(BIPV)系統是一種將太陽能系統安 裝在建築物上的可再生能源利用系統。在這種太陽能光伏裝置中，許多光伏板組成的電池 板陣列通過安裝框架安裝在建築物的外實體牆壁上。許多光伏板電串聯在一起，由此形成 一個總的電源系統。然而，在這種將光伏電板與建築物結合的太陽能系統中，隨著光伏發電 過程的進行，僅有不足5% -20%太陽入射能轉化為電能，而近60% -70%的太陽入射能轉 化為熱能，這就造成了光伏板的背板溫度不斷升高，導致太陽能光伏電池的逆向飽和電流 增加，開路電壓下降；太陽能光伏電池的吸收能帶降低，電池所產生的短路電流增加；光伏 發電效率逐漸降低；另外，由於建築物的實體牆作為用於安裝光伏板的安裝基面，對光伏板 的溫度升高不能進行有效冷卻，造成了能源的浪費。已研發了多種冷卻技術來降低光伏板的溫度，例如，提出了一種包括光伏發電單 元和熱收集單元的電熱聯產(photovoltaic/thermal，PV/T)系統。其中的氣冷系統根據空 氣流動形式又分為單向表面流道式PV/T系統、單向背面流道式PV/T系統和雙流道式PV/T 系統。但是，傳統的流道式PV/T系統，結構複雜而且成本高，與建築物的結合也比較困難。 另外，還提出了在光伏板的背板上安裝散熱片、水循環系統之類的解決方案，但這些解決方 案增加了整個太陽能系統的複雜性，而且沒有對產生的熱能進行再利用。

實用新型內容根據本實用新型的一個方面，提供一種安裝在建築物上的太陽能系統，將輻射吸 收板和光伏板結合在一起，實現了對光伏板的冷卻降溫，又可以對光伏板產生的熱能進行 再利用。根據本實用新型的一個方面的實施例，提供一種安裝在建築物上的太陽能系統， 包括包括多個光伏板的電池板陣列，所述電池板陣列具有與太陽光照射方向相反的背面； 支撐框架，所述支撐框架包括多個用於將所述支撐框架安裝在建築物的外壁上的固定件； 輻射吸收板，所述輻射吸收板上設有多個通孔，並包括與所述電池板陣列相對的第一表面 和與所述第一表面相反的第二表面；連接部件，所述連接部件將所述電池板陣列固定在所 述支撐框架上，並且在所述電池板陣列的背面與所述輻射吸收板的第一表面之間具有第一 距離，所述輻射吸收板的第二表面與所述外壁之間具有第二距離，以在所述輻射吸收板的 第二表面與所述外壁之間限定抽吸空腔；以及至少一個排氣通道，所述排氣通道與所述抽 吸空腔連通，以將從所述電池板陣列的背面穿過所述輻射吸收板流入所述抽吸空腔的空氣 排出所述抽吸空腔。[0006]在上述太陽能系統中，所述輻射吸收板的第一表面塗覆有選擇性吸附塗層。在上述太陽能系統中，所述選擇性吸附塗層為黑鉻、黑鎳、氧化銅黑和氧化鐵、氮 氧化鈦藍膜和磁控濺射藍膜中的至少一種。在上述太陽能系統中，所述輻射吸收板具有起伏的橫截面。在上述太陽能系統中，所述輻射吸收板具有正弦波形狀、矩形波或者梯形波形狀 的橫截面。在上述太陽能系統中，所述輻射吸收板具有瓦稜形狀的橫截面。 在上述太陽能系統中，所述排氣通道與建築物的新風系統耦合或設有電動排氣裝置。在上述太陽能系統中，所述排氣通道包括切換裝置，以有選擇地將抽吸空腔中的 空氣排放到所述建築物內或者建築物外。在上述太陽能系統中，所述輻射吸收板的主體部分由彩鋼板、鋁板、鋁合金板、鋁 塑板、不鏽鋼板、熱鍍鋅板、石材、陶瓷、聚氨酯、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂中的至少一種制 成。根據本實用新型的安裝在建築物上的太陽能系統，由於設置了輻射吸收板，通過 輻射吸收或空氣在光伏板背面的流動，可以從光伏板的背面吸收熱量，降低光伏板的溫度， 提高光伏板的發電效率，提升了太陽能的綜合利用效率，並延長光伏板的使用壽命。

為了使本實用新型的目的、特徵及優點能更加明顯易懂，
以下結合附圖和具體實 施例對本實用新型作進一步說明，其中圖1是顯示根據本實用新型的一種示例性實施例的太陽能系統的側部剖視示意 圖；圖2是顯示圖1所示太陽能系統的工作原理示意圖；圖3是顯示根據本實用新型的太陽能系統的輻射吸收板的一種實施例的平面示 意圖；圖4是顯示根據本實用新型的太陽能系統的輻射吸收板的另一種實施例的立體 示意圖；圖5是顯示圖4所示輻射吸收板的橫向側視圖；圖6是顯示圖4所示輻射吸收板的縱向側視圖；以及圖7是顯示圖4所示輻射吸收板的平面示意圖。
具體實施方式
雖然將參照含有本實用新型的較佳實施例的附圖充分描述本實用新型，但在此描 述之前應了解本領域的普通技術人員可修改本文中所描述的實用新型，同時獲得本實用新 型的技術效果。因此，須了解以上的描述對本領域的普通技術人員而言為一廣泛的揭示，且 其內容不在於限制本實用新型所描述的示例性實施例。參見圖1和2，其中，圖1是顯示根據本實用新型的一種示例性實施例的太陽能系 統的側部剖視示意圖，圖2是顯示圖1所示太陽能系統的工作原理示意圖。根據本實用新型的一種示例性實施例的安裝在建築物上的太陽能系統100，包括具有多個光伏板11的 電池板陣列1，所述電池板陣列1具有與太陽光照射方向相反的背面，形成光伏板11的材料 可包括單晶矽、多晶矽及非晶矽材料；支撐框架2，所述支撐框架2包括多個用於將所述支 撐框架安裝在建築物的外壁3上的固定件(未示出)；輻射吸收板4，所述輻射吸收板4上 設有多個通孔41 (參見圖2~)，並包括與電池板陣列1相對的第一表面和與所述第一表面相 反的第二表面；連接部件5，所述連接部件5將電池板陣列1固定在支撐框架2上，並且在 電池板陣列1的背面與輻射吸收板4的第一表面之間具有第一距離，輻射吸收板4的第二 表面與外壁3之間具有第二距離，以在輻射吸收板4的第二表面與外壁3之間限定抽吸空 腔7 ；以及至少一個排氣通道8，排氣通道8與抽吸空腔7連通，以將從電池板陣列1的背面 穿過輻射吸收板4流入抽吸空腔7的空氣排出抽吸空腔7。根據本實用新型的一種示例性實施例，輻射吸收板4的主體部分由例如鋁板、鋁 合金板、不鏽鋼板、彩鋼板、熱鍍鋅板之類的金屬板或石材、陶瓷、塑料(例如，聚氨酯、聚乙 烯樹脂、聚丙烯樹脂)之類的非金屬結構的建築材料製成，並且輻射吸收板4的第一表面 塗覆有選擇性吸附塗層。選擇性吸附塗層可以為黑鉻(CrxOy)、黑鎳(NiS-ZnS)、氧化銅黑 (CuxOy)和氧化鐵(Fe3O4)、氮氧化鈦藍膜、磁控濺射藍膜等具有良好熱吸附性能的材料中的 至少一種。這樣輻射吸收板4能夠良好地吸收光伏模塊的輻射和太陽光的直接輻射。進一 步地，輻射吸收板4上的通孔41可使得進入電池板陣列1背面的空氣從輻射吸收板4的第 一表面流動到第二表面熱，並進入抽吸空腔7。如圖3所示，輻射吸收板4可以是平面板結 構，通孔41的直徑大約為1毫米。通孔41的密度大約每平米2500個，而且通孔41之間呈 矩形或者長方形陣列排布。進一步地，通孔41的內部經過防腐防鏽工藝進行處理。根據本實用新型的示例性實施例，電池板陣列1包括多個依次電連接的光伏板， 相鄰的光伏板11之間可以緊密連接也可以間隔預定間隙12 (參見圖2)。電池板陣列1的 背面與輻射吸收板4的第一表面之間具有第一距離，由於抽吸空腔7中存在的負壓，空氣從 電池板陣列1中的相鄰光伏板11的縫隙12流動到電池板陣列1的背面，並在電池板陣列 1的背面和輻射吸收板4的第一表面之間流動，空氣在光伏板11上吸收熱量後進一步穿過 輻射吸收板4上的通孔41流入抽吸空腔7，進入抽吸空腔7的熱空氣在抽吸空腔7中形成 的煙囪效應，並快速上升，並通過排氣通道8排出，從而實現了對電池板陣列1的光伏板11 的冷卻。進一步地，排氣通道8中與建築物的新風系統耦合或設有例如排風扇、軸流風機 之類的電氣排氣裝置81，從而使抽吸空腔7中的煙囪效應增強，加速空氣的流動，進而提高 對光伏板11的降溫效果。通過空氣在光伏板11背面的流動，可以從光伏板11的背面吸收 熱量，降低光伏板的溫度，根據光伏性能，光伏板溫度的降低，會提高光伏板的發電效率，提 升了太陽能的綜合利用效率，並延長光伏板的使用壽命。可以理解，由輻射吸收板4、具有 排氣裝置81的排氣通道8、建築物的保溫牆體的外壁3、支撐框架2等組成了一種空氣集熱 器，以最大限度的通過輻射吸收板4的輻射作用和空氣流動吸收光伏板11背面的熱量。這 種空氣集熱器既可以降低光伏板11的溫度，也可以儲存一定的熱能進行再利用。在進一步的實施例中，排氣通道8包括切換裝置，以有選擇地將抽吸空腔7中的空 氣排放到建築物內或者建築物外。例如，在冬季，操作切換裝置，使得熱空氣進入建築物內， 即可以提高建築物內的溫度，還可以為建築物提供新鮮舒適的空氣，提升室內的舒適度。而在夏季，一般通過切換裝置將抽吸空腔7內的空氣通過排氣通道8排放到建築物之外或進 行氣液換熱提供生活熱水。另外，由於本實用新型的太陽能系統的保溫和吸收熱量的性能， 夏季阻隔太陽熱輻射，可以有效降低空調負荷，冬季空氣抽吸腔體和保溫牆體的保溫作用 可以大大降低室內熱量損失。在本實用新型的太陽能系統100中，光伏板利用為矽基薄膜太陽能電池板，用於 吸收太陽能並利用光電效應產生電能，光電轉換效率在8. 5%左右。根據光電轉換的性能特 點，光伏板的溫度降低，可以提高光伏板的光電轉換效率。另外，基於矽基薄膜的太陽能光 伏電池還具有玻璃蓋板的功能，使熱能更少的散失並使煙囪效應效果更加明顯。支撐框架2 —般沿建築物的高度方向平行設置，為增加強度，進一步在支撐框架2 上設置沿橫向方向延伸的輔助框架(又稱龍骨)21。在電池板陣列1的背面安裝有專用標 準支架、鐵絲網或塑料板之類的平面支撐裝置6，以對電池板陣列1進行支撐。在平面支撐 裝置6與支撐框架2之間設有連接件5，以將平面支撐裝置6連接到支撐框架2上。連接件 5例如可以選擇「弓，，字型結構，以在平面支撐裝置6與輻射吸收板4之間形成第一距離。 連接件5例如由不鏽鋼之類的金屬材料製成，承載電池板陣列1以及平面支撐裝置6的載 荷。連接件5的設置還使得光伏板11的安裝更加靈活並適於維修維護。在建築物的外壁 3可以為密封防水保溫牆體，這種防水保溫牆體能夠阻止熱量散失，使抽吸空腔7內的空氣 的熱量更有效的被收集。支撐框架2通過固定件安裝在外部3上，以承擔本實用新型的整 個太陽能系統的主要的力學載荷。在一種可替換的實施例中，如圖4-7所示，輻射吸收板4具有起伏的橫截面。進一 步地，輻射吸收板4具有正弦波形狀、矩形波或者梯形波形狀的橫截面。另外，輻射吸收板 4可以具有瓦楞結構、曲線結構、平面結構、格狀結構等形狀，從而增加吸熱面積和增強力學 載荷。根據本實用新型的安裝在建築物上的太陽能系統，由於設置了輻射吸收板4，通過 空氣在光伏板11背面的流動，可以從光伏板11的背面吸收熱量，降低光伏板的溫度，提高 光伏板的發電效率，提升了太陽能的綜合利用效率，並延長光伏板的使用壽命。由輻射吸收 板4、具有排氣裝置81的排氣通道8、建築物的保溫牆體的外壁3、支撐框架2等組成的空氣 集熱器，能夠最大限度的通過輻射吸收板4的輻射作用和空氣流動吸收光伏板11背面的熱 量。另外，根據本實用新型的安裝在建築物上的太陽能系統，將電熱聯用系統與建築一體化 進行結合，具有更多的建築材料性能，並提升了建築的隔音、防水、保溫、防火等多種建築性 能。進一步地，利用例如彩鋼板等成熟工業產品作為生產輻射吸收板的原材料，具有 價格低廉、可大規模迅速生產以及加工施工方便等優點。生產輻射吸收板的加工機械只需 要簡單的改進，便可生產加工廉價的輻射吸收板。採用彩鋼板適宜在工業廠房及倉庫立面 等位置安裝本實用新型的太陽能系統，成本低，施工便捷，可大面幅作業應用。在詳細說明本實用新型的較佳實施例之後，熟悉本領域的技術人員可清楚的了 解，在不脫離隨附權利要求的保護範圍與精神下可進行各種變化與改變，且本實用新型亦 不受限於說明書中所舉示例性實施例的實施方式。
權利要求1.一種安裝在建築物上的太陽能系統，包括包括多個光伏板的電池板陣列，所述電池板陣列具有與太陽光照射方向相反的背面；支撐框架，所述支撐框架包括多個用於將所述支撐框架安裝在建築物的外壁上的固定件；輻射吸收板，所述輻射吸收板上設有多個通孔，並包括與所述電池板陣列相對的第一 表面和與所述第一表面相反的第二表面；連接部件，所述連接部件將所述電池板陣列固定在所述支撐框架上，並且在所述電池 板陣列的背面與所述輻射吸收板的第一表面之間具有第一距離，所述輻射吸收板的第二表 面與所述外壁之間具有第二距離，以在所述輻射吸收板的第二表面與所述外壁之間限定抽 吸空腔；以及至少一個排氣通道，所述排氣通道與所述抽吸空腔連通，以將從所述電池板陣列的背 面穿過所述輻射吸收板流入所述抽吸空腔的空氣排出所述抽吸空腔。
2.如權利要求2所述的太陽能系統，其中，所述輻射吸收板的第一表面塗覆有選擇性 吸附塗層。
3.如權利要求3所述的太陽能系統，其中，所述選擇性吸附塗層為黑鉻、黑鎳、氧化銅 黑和氧化鐵、氮氧化鈦藍膜和磁控濺射藍膜中的至少一種。
4.如權利要求1-3中的任一項所述的太陽能系統，其中，所述輻射吸收板具有起伏的 橫截面。
5.如權利要求4所述的太陽能系統，其中，所述輻射吸收板具有正弦波形狀、矩形波或 者梯形波形狀的橫截面。
6.如權利要求4所述的太陽能系統，其中，所述輻射吸收板具有瓦稜形狀的橫截面。
7.如權利要求1所述的太陽能系統，其中，所述排氣通道與建築物的新風系統耦合或 設有電動排氣裝置。
8.如權利要求1所述的太陽能系統，其中，所述排氣通道包括切換裝置，以有選擇地將 抽吸空腔中的空氣排放到所述建築物內或者建築物外。
9.如權利要求1所述的太陽能系統，其中，所述輻射吸收板的主體部分由彩鋼板、鋁 板、鋁合金板、鋁塑板、不鏽鋼板、熱鍍鋅板、石材、陶瓷、聚氨酯、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂中 的至少一種製成。
專利摘要一種安裝在建築物上的太陽能系統，包括包括多個光伏板的電池板陣列，具有與太陽光照射方向相反的背面；支撐框架，包括多個用於將支撐框架安裝在建築物的外壁上的固定件；輻射吸收板，設有多個通孔，並包括與電池板陣列相對的第一表面和與第一表面相反的第二表面；連接部件，將電池板陣列固定在支撐框架上，並且在電池板陣列的背面與輻射吸收板的第一表面之間具有第一距離，輻射吸收板的第二表面與外壁之間具有第二距離，以在輻射吸收板的第二表面與外壁之間限定抽吸空腔；以及至少一個排氣通道，排氣通道與抽吸空腔連通，以將從電池板陣列的背面穿過輻射吸收板流入抽吸空腔的空氣排出抽吸空腔。實現了對光伏板的冷卻降溫，又可以對光伏板產生的熱能進行再利用。
文檔編號H01L31/052GK201869132SQ20102066830
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者方振雷, 馬佳貴 申請人:新奧科技發展有限公司, 新奧能源服務有限公司