專利名稱：太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管。
背景技術(shù)：
太陽能作為一種可再生的清潔能源，其開發(fā)利用潛力十分巨大。在目前太陽能的成熟利用方式中主要有熱水利用和光伏發(fā)電利用；太陽能熱水的利用率較高，達(dá)到 60 % -85 %左右，而光伏利用的效率卻比較低，僅有6 % -18 %轉(zhuǎn)化為電能，超過80 %的太陽能均以熱能的形式散失掉了，并且對于晶硅光伏電池來說，其發(fā)電效率與溫度呈現(xiàn)負(fù)線性關(guān)系，隨著電池溫度的升高，發(fā)電效率降低，若能將光伏與光熱結(jié)合起來，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，將光伏一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生的大部分熱進(jìn)行熱回收，不僅可以提高光伏電池的效率，降低成本，而且還可以獲得生活熱水，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。目前，對光伏電池的冷卻仍在研究之中，傳統(tǒng)的對光伏電池板的冷卻有自然風(fēng)冷、 強(qiáng)制風(fēng)冷和加散熱片等，采用強(qiáng)制風(fēng)冷不僅要消耗風(fēng)機(jī)的電能，也會增加風(fēng)機(jī)的成本；加散熱片的冷卻方式由于自然對流較弱，冷卻效果不是很理想。近幾年來也發(fā)展有采用熱電聯(lián)供的水冷卻系統(tǒng)的冷卻方式，在光伏電池板的背面布置管道冷卻，雖然效果有改善，但系統(tǒng)增加了泵等動力裝置，控制也比較復(fù)雜，成本明顯增加，綜合效果不一定會有明顯的提高。熱管有“熱超導(dǎo)體”之稱，通過熱管內(nèi)的相變流體在蒸發(fā)段吸收熱量后傳到冷凝端后放出相變潛熱，相變流體在重力作用下又重新回到蒸發(fā)段，無需外部驅(qū)動力，具有啟動速度快，集熱效率高，熱損失下等優(yōu)勢，若能將熱管真空管與光伏組件結(jié)合起來，采用熱管對光伏組件進(jìn)行冷卻，將具有良好的光電與光熱雙重效果，一方面，熱管是非動力部件，無需消耗電能來驅(qū)動其傳熱，另一方面，熱管具有高導(dǎo)熱特性，能夠迅速地將熱量導(dǎo)出，降低電池板的溫度。公告號為201758374U，其公告日為2011年3月9日，名稱為《一種一體式太陽能光伏光熱板》的中國發(fā)明專利，其技術(shù)方案是將光伏組件與平板集熱器結(jié)合，光伏與玻璃層壓貼合，并且電池組件未與吸熱板接觸，吸熱板對組件的冷卻效果較差，并且由于光伏組件對太陽光線的遮擋，直接入射到吸熱板上的太陽光線也較少，光熱效果比較差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管，是一種能將太陽能轉(zhuǎn)化成電能的同時，有效合理地利用產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供的光伏光熱熱管真空管。本發(fā)明利用光伏電池吸收太陽能產(chǎn)生電能，同時通過熱管的高效導(dǎo)熱及流動回收太陽能電池產(chǎn)生的熱量用于熱水供應(yīng)，在同一熱管內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱電集成的高效利用。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管予以實(shí)現(xiàn)的一個技術(shù)方案是包括玻璃管、光伏組件和吸熱板，所述吸熱板為平板，還包括一彎折狀或曲面銅板，所述吸熱板的寬度大于所述銅板寬度上的投影，所述吸熱板與所述銅板的凹面端焊接后形成一熱管；所述吸熱板焊接有銅板的表面上通過磁控濺射工藝噴涂有選擇性太陽吸收涂層A1-N/A1，所述光伏組件分布在所述吸熱板的另一表面，每片光伏電池片與所述吸熱板之間均通過一層絕緣透明聚合物EVA層壓后緊密聯(lián)接；所述熱管和所述光伏組件均設(shè)置在所述玻璃管內(nèi)，所述熱管通過彈性支撐片及其連接件與所述玻璃管固定；所述玻璃管的一端封閉，其另一端與所述熱管的冷凝端采用金屬封接，所述熱管的冷凝端從封接處伸出玻璃管，所述玻璃管與所述熱管之間為真空腔；所述熱管的工作介質(zhì)選擇沸點(diǎn)為50-70°C、 凝固點(diǎn)< 0°c的物質(zhì)。本發(fā)明太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管，其中，所述光伏組件的各光伏電池片之間的空隙處噴涂有選擇性太陽吸收涂層A1-N/A1。光伏組件中的光伏電池片之間為串聯(lián)，所述光伏組件的正負(fù)極導(dǎo)出線采用能耐受 IOO0C以上的高溫絕緣材料包裹，并從金屬封接處伸出玻璃管。所述熱管的橫截面形狀為半圓形、矩形和方形中的一種。所述熱管的工作介質(zhì)選用汽化潛熱盡量大的物質(zhì)，優(yōu)選為丙酮、甲醇和乙醇中的一種，最優(yōu)選為丙酮。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(I)太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管將光伏發(fā)電與高效熱管相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了能量的合理利用，提高了太陽能的綜合利用效率。(2)復(fù)合熱管中光伏電池片與吸收板通過一層絕緣透明聚合物EVA層壓成形，結(jié)合緊密，有效地降低了電池與吸熱板之間的傳熱熱阻。(3)復(fù)合熱管中的吸熱板一面層壓光伏電池，其背面涂吸收涂層，可以實(shí)現(xiàn)季節(jié)的交替使用，在夏季輻射較強(qiáng)時，可以將電池組件朝上先利用電池進(jìn)行發(fā)電，同時利用電池以及電池與電池之間的涂層產(chǎn)生的熱量實(shí)現(xiàn)熱水供應(yīng)，而在冬季輻射較弱時可以將熱管翻轉(zhuǎn)過來，電池組件朝下，吸收涂層朝上，直接利用吸收涂層吸收熱量實(shí)現(xiàn)熱水供應(yīng)，從而可以有效地避免熱水器夏季熱水過剩的問題。(4)復(fù)合熱管采用丙酮作工質(zhì)，其蒸發(fā)溫度為56. 5°C，理論上講，工質(zhì)的蒸發(fā)溫度越低，對電池的冷卻效果會越好，但通過冷凝端加熱的熱水溫度過低則不滿足生活熱水要求，需要額外的加熱裝置，因此，本發(fā)明復(fù)合熱管兼顧了兩方面的因素，一方面可以使電池溫度維持在合適的范圍內(nèi)，另一方面直接提供滿足條件的熱水，而不需要另外對其進(jìn)行加熱。(5)本發(fā)明復(fù)合熱管應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅能應(yīng)用于熱管集熱器中，而且也能應(yīng)用于槽式聚光等聚光系統(tǒng)中。


圖I是本發(fā)明光伏光熱聯(lián)用復(fù)合熱管真空管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中的A-A剖視放大示意圖。圖中1-玻璃管，2-吸熱板，24-熱管，3-光伏電池片，4-銅板，5、7_選擇性太陽吸收涂層A1-N/A1，6-彈性支撐片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
本發(fā)明太陽能光伏光熱復(fù)合熱管由玻璃真空管和位于玻璃真空管內(nèi)的銅質(zhì)熱管組成，兩者焊接形成一封閉體。其結(jié)構(gòu)是包括玻璃管I、光伏組件和吸熱板2，所述吸熱板2 為平板，還包括一彎折狀或曲面銅板4，所述吸熱板2的寬度大于所述銅板4寬度上的投影， 所述吸熱板2與所述銅板4的凹面端焊接后形成一熱管24，熱管24包括蒸發(fā)段和冷凝段， 熱管在管內(nèi)段為半圓形，以便與吸熱板2更多接觸，二者焊接成一體；所述吸熱板2焊接有銅板4的表面上通過磁控濺射工藝噴涂有選擇性太陽吸收涂層A1-N/A17，也即吸熱板背面選擇性吸收涂層；所述光伏組件分布在所述吸熱板2的另一表面，同時為了最大限度地利用太陽能，也可以在吸收板與光伏組件的那一表面的電池片與電池片之間的空隙處噴涂選擇性吸收涂層，所述光伏組件的各光伏電池片3之間的空隙處噴涂有選擇性太陽吸收涂層 A1-N/A15，也即吸熱板正面選擇性吸收涂層，以充分利用太陽能。所述光伏組件中的光伏電池片之間為串聯(lián)，所述光伏組件的正負(fù)極導(dǎo)出線采用能耐受100°C以上的高溫絕緣材料包裹(在熱管與封接件處焊接一小銅套于熱管上，導(dǎo)出線通過熱管出口的銅套導(dǎo)出，并進(jìn)行密封)并從金屬封接處伸出玻璃管I，管內(nèi)抽成真空，。每片光伏電池片3與所述吸熱板2之間均通過一層絕緣透明聚合物EVA層壓后緊密聯(lián)接，而非采用容易引起電池片脫落的粘結(jié)的方法，這樣一方面增加光伏組件的穩(wěn)固程度，另一方面光伏組件通過與吸熱板緊密結(jié)合， 減少了光伏組件與吸熱板之間的傳熱熱阻；所述熱管24和所述光伏組件均設(shè)置在所述玻璃管I內(nèi)，在熱管24的下部安有彈性支撐片6，所述熱管24通過彈性支撐片6及其連接件與所述玻璃管I固定，通過微小的螺絲型固定件將彈性支撐片6與吸熱板2聯(lián)接起來，彈性支撐片6伸張在玻璃壁上，起輔助支撐和定位熱管位置的作用。所述玻璃管I的一端封閉， 其另一端與所述熱管24的冷凝端采用金屬封接，熱管冷凝端伸出管外，所述熱管24的橫截面形狀可以為半圓形、矩形和方形中的一種，所述熱管24的冷凝端從封接處伸出玻璃管1， 所述玻璃管I與所述熱管24之間為真空腔；所述熱管的工作介質(zhì)選擇沸點(diǎn)在50-70°C范圍內(nèi)、凝固點(diǎn)<0°C、汽化潛熱盡量大的一類物質(zhì)，如選用丙酮、甲醇和乙醇中的一種，優(yōu)選丙酮作為工作介質(zhì)，要把電池片產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出，又不能使電池片溫度過高，影響其效率，因此熱管內(nèi)的相變流體的相變溫度不能過高，也不能過低，過低的相變溫度的工作流體通過熱管的冷凝端與水換熱后水溫達(dá)不到供生活熱水的要求，而丙酮的沸點(diǎn)為56. 5°C，能夠維持光伏片在合理的溫度內(nèi)，并且在熱管冷凝端與水換熱后能夠達(dá)到生活熱水的溫度要求。本發(fā)明太陽能光伏光熱復(fù)合熱管的工作原理如下太陽光線透過玻璃管I后投射到光伏光熱復(fù)合熱管的光伏電池片3上，光伏電池片3將太陽輻射能中的部分能量轉(zhuǎn)換成電能后輸出，余下的大部分輻射能在光伏組件上轉(zhuǎn)化成熱能，導(dǎo)致光伏電池片3溫度的升高。光伏電池片3與吸熱板2通過絕緣透明聚合物 EVA層壓后緊密聯(lián)接成一體，熱管24焊接在吸熱板2的背面，光伏電池片3所產(chǎn)生的熱能傳遞到吸熱板2上，并通過熱管24的蒸發(fā)段將吸熱板2上的熱量轉(zhuǎn)移到冷凝段，冷凝段通過插入水中等方式將其冷卻，熱管24內(nèi)的工作流體冷凝后又回到蒸發(fā)段，繼續(xù)吸收熱量，從而不段地將管內(nèi)熱量攜帶給管外流體，供外界使用。熱管24與玻璃管I之間抽真空，形成真空層，以減少熱量的散失，真空層內(nèi)還可以放置有吸氣劑以更好地保證真空度。盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管，包括玻璃管(I)、光伏組件和吸熱板(2)，其特征在于，所述吸熱板(2)為平板，還包括一彎折狀或曲面狀銅板(4)，所述吸熱板(2)的寬度大于所述銅板(4)寬度上的投影，所述吸熱板(2)與所述銅板(4)的凹面端焊接后形成一熱管(24)；所述吸熱板(2)焊接有銅板(4)的表面上通過磁控濺射工藝噴涂有選擇性太陽吸收涂層A1-N/A1(7)，所述光伏組件分布在所述吸熱板(2)的另一表面，每片光伏電池片(3)與所述吸熱板(2)之間均通過一層絕緣透明聚合物EVA層壓后緊密聯(lián)接；所述熱管(24)和所述光伏組件均設(shè)置在所述玻璃管(I)內(nèi)，所述熱管(24)通過彈性支撐片(6)及其連接件與所述玻璃管(I)固定；所述玻璃管(I)的一端封閉，其另一端與所述熱管(24)的冷凝端采用金屬封接，所述熱管(24)的冷凝端從封接處伸出玻璃管(I)，所述玻璃管(I)與所述熱管(24)之間為真空腔；所述熱管的工作介質(zhì)選擇沸點(diǎn)在50-70°C范圍內(nèi)、凝固點(diǎn)< 0°C的物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管，其特征在于，所述光伏組件的各光伏電池片(3)之間的空隙處噴涂有選擇性太陽吸收涂層(A1-N/A1) (5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管，其特征在于，所述光伏組件中的光伏電池片(3)之間為串聯(lián)，所述光伏組件的正負(fù)極導(dǎo)出線采用能耐受100°C以上的高溫絕緣材料包裹，并從金屬封接處伸出玻璃管(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管，其特征在于，所述熱管 (24)的橫截面形狀為半圓形、矩形和方形中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管，其特征在于，所述熱管(24)的工作介質(zhì)選用汽化潛熱盡量大的物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能光伏光熱復(fù)合熱管真空管，其特征在于，所述熱管的工作介質(zhì)為丙酮、甲醇和乙醇中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏光熱復(fù)合熱管真空管，包括玻璃管、光伏組件和吸熱板，所述吸熱板為平板，吸熱板與一彎折狀或曲面鋼板的凹面端焊接后形成一熱管；所述吸熱板焊接有銅板的表面噴涂有選擇性太陽吸收涂層Al-N/Al，另一表面與光伏組件通過絕緣透明聚合物EVA層壓后緊密聯(lián)接；所述熱管的冷凝端與玻璃管一端進(jìn)行金屬封接，玻璃管另一端封閉，所述玻璃管與所述熱管之間抽真空；所述熱管的工作介質(zhì)選擇沸點(diǎn)為50-70℃、凝固點(diǎn)＜0℃的物質(zhì)。本發(fā)明可以在熱水供應(yīng)過剩時利用光伏面的光伏電池發(fā)電，然后利用熱管對光伏電池進(jìn)行冷卻，并產(chǎn)生熱水，而在熱水供應(yīng)不足時將集熱管光熱面翻轉(zhuǎn)過來，直接利用光熱產(chǎn)生熱水，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與熱水的有效調(diào)節(jié)。
文檔編號F24J2/46GK102607206SQ20121009057
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者王甫, 葛明慧, 趙軍, 陳嘉 申請人:天津大學(xué)