專利名稱：一種太陽能多功能模塊及使用該模塊的太陽能電熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種太陽能多功能模塊及使用該模塊的太陽能電熱系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能光電和光熱相結(jié)合的技術(shù)，更具體地說，涉及一種利用太陽能同時(shí)發(fā)電和供熱的模塊，以及使用該模塊的太陽能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上太陽能的產(chǎn)品分為兩大類(1)太陽能光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，如單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池等。⑵太陽能光熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，如平板集熱器、玻璃真空太陽能集熱管，主要應(yīng)用于太陽能熱水器市場(chǎng)。上述兩類產(chǎn)品各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體如下(1)太陽能光熱產(chǎn)品現(xiàn)有產(chǎn)品中的光熱轉(zhuǎn)換效率高，可達(dá)到70%以上，其缺點(diǎn)是不能遠(yuǎn)距離輸送，目前的中低溫產(chǎn)品還無法直接將熱能轉(zhuǎn)換為高品位能源的電能。(2)太陽能光電產(chǎn)品①以目前市場(chǎng)占主導(dǎo)地位的晶體硅太陽能電池為例，光電轉(zhuǎn)換效率為16%左右，提煉單晶硅和多晶硅的生產(chǎn)設(shè)備昂貴、耗能大，因此由硅晶片組成的太陽能電池就存在光電轉(zhuǎn)換率低，成本高的瓶頸。光電系統(tǒng)造價(jià)每瓦約為30元人民幣，并網(wǎng)發(fā)電每度電約為人民幣2-3元。另外，硅晶片組成的太陽能電池在太陽光迎面輻照強(qiáng)度小于200W/m2時(shí)不能啟動(dòng)電流。由于每天晨、夕太陽光的斜射，每年夏至日——冬至日太陽高度的變化(南北回歸線士23. 5° )以及非晴天下的弱光，所以一年中有相當(dāng)一部分時(shí)日太陽能電池不能發(fā)電。太陽能轉(zhuǎn)換成電能的卡諾循環(huán)效率可以達(dá)到95%，目前常見的硅晶片太陽能電池只能達(dá)到16%。其中大部分太陽能轉(zhuǎn)換成熱能從太陽能電池板的背面散發(fā)到空氣中而被白白浪費(fèi)，并且這部分熱能集聚在太陽能電池板上，使得太陽能電池板本身的溫度非常高，進(jìn)而會(huì)使太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率大幅下降，使得太陽能的利用率更低。②非晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率低，約為11%，光電轉(zhuǎn)換率衰減快。③薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率低，約為7%，衰減速度大，占地大。④外聚焦光電裝置由于聚光鏡暴露在空氣中，易積灰、易氧化、使用壽命短?？梢娔壳疤柲芄怆姰a(chǎn)品的整體利用率都很低，在光電轉(zhuǎn)換時(shí)大部分太陽能被浪費(fèi)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中上述太陽能產(chǎn)品中太陽能利用率低的缺陷，提供一種太陽能多功能模塊，能夠同時(shí)利用發(fā)電和供熱，進(jìn)而提高太陽能的利用率。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種太陽能多功能模塊， 包括反射太陽光至內(nèi)部聚焦處的密閉的聚光槽、設(shè)置在所述聚光槽內(nèi)部聚焦位置處的吸熱管、設(shè)置在所述吸熱管外表面利用所述聚光槽反射的太陽光進(jìn)行發(fā)電的太陽能電池組，吸熱管內(nèi)設(shè)有流動(dòng)的工質(zhì)。[0013]在本實(shí)用新型所述的太陽能多功能模塊中，所述聚光槽包括聚光板、固定設(shè)置在所述聚光板四周的擋板、密封設(shè)置在所述聚光板和擋板上方的透明蓋板；所述吸熱管固定在所述擋板上。在本實(shí)用新型所述的太陽能多功能模塊中，所述聚光板的內(nèi)表面設(shè)有反光膜。在本實(shí)用新型所述的太陽能多功能模塊中，所述聚光板內(nèi)表面設(shè)置為截面形狀為曲線形狀的柱面，所述曲線為圓弧或拋物線或橢圓弧。在本實(shí)用新型所述的太陽能多功能模塊中，所述吸熱管的截面形狀為等腰三角形，其底邊朝向所述透明蓋板；所述太陽能電池組設(shè)置在其兩條腰邊上。在本實(shí)用新型所述的太陽能多功能模塊中，所述吸熱管為金屬管。在本實(shí)用新型所述的太陽能多功能模塊中，所述聚光槽內(nèi)充滿氮?dú)?。在本?shí)用新型所述的太陽能多功能模塊中，所述聚光槽上還設(shè)有與所述吸熱管同軸的齒輪，所述齒輪由外部的跟蹤機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)所述聚光槽繞所述吸熱管轉(zhuǎn)動(dòng)并跟蹤太陽光。本實(shí)用新型要解決的另一個(gè)技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中上述太陽能產(chǎn)品中太陽能利用率低的缺陷，提供一種利用上述太陽能多功能模塊的太陽能電熱系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決另一技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種太陽能電熱系統(tǒng)， 包括如上所述太陽能多功能模塊、循環(huán)水泵、儲(chǔ)存電能蓄電裝置、吸收工質(zhì)中熱量的蓄熱箱，所述太陽能多功能模塊的太陽能電池組與所述蓄電裝置電連接、所述太陽能多功能模塊的吸熱管與所述蓄熱箱連通并通過循環(huán)水泵使得工質(zhì)在吸熱管和蓄熱箱之間循環(huán)流動(dòng)。本實(shí)用新型解決另一技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是構(gòu)造一種太陽能電熱系統(tǒng)，包括多個(gè)如上所述太陽能多功能模塊，所述太陽能多功能模塊中的工質(zhì)為水，還包括向所述多個(gè)太陽能多功能模塊統(tǒng)一供水的水泵，所述多個(gè)太陽能多功能模塊的吸熱管并聯(lián)連接后輸出至社區(qū)作為社區(qū)的生活用熱源；所述多個(gè)太陽能多功能模塊的太陽能電池組并聯(lián)連接后輸出至電網(wǎng)。實(shí)施本實(shí)用新型所述的太陽能多功能模塊，具有以下有益效果(1)由于將太陽能電池組設(shè)置在吸熱管外表面，而吸熱管內(nèi)設(shè)有流動(dòng)的工質(zhì)，使得該模塊既能進(jìn)行太陽能發(fā)電，又能收集發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的熱量。具體的可通過調(diào)節(jié)工質(zhì)的流量， 使太陽能電池穩(wěn)定在有利的溫度工況下工作；通過將工質(zhì)中的熱能儲(chǔ)存起來，可作為生活用熱水。進(jìn)而使太陽能的使用率達(dá)到65%以上，其中光電轉(zhuǎn)換率約為16%，光熱轉(zhuǎn)換率約為 50%。(2)與目前的太陽能發(fā)電產(chǎn)品相比，由于利用了聚光槽對(duì)太陽光進(jìn)行聚光，大幅減少了太陽能電池的使用量，使得每平方米采光面積只需要原來的1/7 1/10硅晶片太陽能電池，整體的發(fā)電系統(tǒng)投資成本約可縮減為人民幣6元/W。(3)同時(shí)由于利用了聚光槽對(duì)太陽光進(jìn)行聚光，在只有微弱的太陽光時(shí)就能使得硅晶片迎面的太陽光輻照強(qiáng)度大于200W/m2，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)太陽能電池板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；由于增加了其可工作時(shí)間，使得該模塊的發(fā)電能力提高了，與現(xiàn)有的太陽能發(fā)電產(chǎn)品相比，年均發(fā)電能力可提高約60%。(4)由于大幅度減少了成本昂貴的硅晶片太陽能電池板的使用，提高了發(fā)電能力， 又收集了熱能；其投資成本和維護(hù)成本均大幅降低，因此大幅降低了太陽能發(fā)電的成本，可將每度電發(fā)電成本縮減至人民幣0. 3元，與火力發(fā)電的價(jià)格持平。(5)由于太陽能電池組設(shè)置在聚光槽內(nèi)部密封的空間內(nèi)，使得太陽能電池板不易積灰、不易老化，使用壽命更長。同樣，由于該太陽能多用模塊結(jié)構(gòu)簡單，可以很方便的并聯(lián)連接起來，以實(shí)現(xiàn)大面積的應(yīng)用，所以包括這種太陽能多用模塊的太陽能電熱系統(tǒng)能夠很方便的將多個(gè)模塊產(chǎn)生的電能和熱能集中起來，實(shí)現(xiàn)單戶使用或社區(qū)使用，且其投資成本和維護(hù)成本都很低。更進(jìn)一步地，設(shè)置聚光槽包括聚光板、擋板和透明蓋板，在加工時(shí)只需要提高聚光板的加工精度，使其滿足反射聚焦的要求即可，從而降低了加工成本。優(yōu)選將聚光板內(nèi)表面設(shè)置為截面形狀為圓弧形狀的柱面，使得其既能滿足聚焦太陽光的要求，又能使得加工起來更為簡單方便；并且圓弧形狀的柱面在聚焦時(shí)能夠使得太陽能電池板上的太陽光分布比較均勻，避免了太陽能電池板局部光強(qiáng)過大而發(fā)電效率降低的問題。下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1是本實(shí)用新型所述太陽能多功能模塊優(yōu)選實(shí)施例的主視圖；圖2是本實(shí)用新型所述太陽能多功能模塊優(yōu)選實(shí)施例中反光板為圓弧面時(shí)的橫截面圖；圖加是圖2的計(jì)算原理圖；圖3是本實(shí)用新型所述太陽能多功能模塊優(yōu)選實(shí)施例中反光板為拋物面時(shí)的橫截面圖；圖4是本實(shí)用新型所述太陽能多功能模塊優(yōu)選實(shí)施例中反光板為圓弧面時(shí)的立體圖；圖5是本實(shí)用新型所述太陽能多功能模塊優(yōu)選實(shí)施例中反光板為拋物面時(shí)的立體圖；圖6是本實(shí)用新型所述太陽能電熱系統(tǒng)應(yīng)用在家用太陽能熱水器中的系統(tǒng)框圖；圖7是本實(shí)用新型所述太陽能多功能模塊應(yīng)用在并網(wǎng)發(fā)電和供熱中的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、2、3、4、5所示，在本實(shí)用新型所述太陽能多功能模塊10的優(yōu)選實(shí)施例中， 包括聚光槽11、吸熱管12和太陽能電池組13。其中聚光槽11將太陽光反射至內(nèi)部聚焦處； 吸熱管12設(shè)置在聚光槽11內(nèi)的聚焦位置處，太陽能電池組13設(shè)置在吸熱管12的外側(cè)表面用，以利用所述聚光槽11反射的太陽光進(jìn)行發(fā)電；吸熱管12內(nèi)設(shè)有流動(dòng)的工質(zhì)。在本實(shí)用新型中，工質(zhì)主要是吸收太陽能電池組13在光熱轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的熱量，可以選擇各種液體作為工質(zhì)，在本優(yōu)選實(shí)施例中以水作為工質(zhì)為例進(jìn)行闡述。在本實(shí)用新型所述太陽能多功能模塊中，聚光槽11主要是用來聚集太陽光并匯聚至聚焦位置處，因此在聚光槽11內(nèi)設(shè)有反射太陽光的反光面14。在本優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選設(shè)置聚光槽11包括聚光板15、擋板16和透明蓋板17。其中聚光板15和擋板16組合在一起形成上端敞口的腔體，透明蓋板17密封設(shè)置在聚光板15和擋板16上方，即腔體的敞口處，形成密閉的聚光槽11，反光面14設(shè)置在聚光板15內(nèi)表面上。聚光板15可選用金屬板材沖壓成型而制得，如鋁板等，以獲得高反射率的反光面。但是由于聚光板15的面積較大，用金屬材料制成的聚光板15重量較重，容易變形。所以在本優(yōu)選實(shí)施例中優(yōu)選選用剛性較好、密度較小的材料來制作聚光板15，再在聚光板15的反光面上設(shè)置反光膜14a，這樣既能保證整個(gè)聚光板15重量輕、不容易變形，且具有較高的反射率。具體地，聚光板15和擋板16可采用注塑工藝一體成型制成，材料可選擇耐曬、耐老化的塑料；同時(shí)在聚光板15 的反光面設(shè)置一層反光膜14a，該反光膜Ha優(yōu)選為金屬膜層，如鋁膜等。聚光板15的內(nèi)表面優(yōu)選設(shè)置為截面形狀為曲線形狀的柱面，其曲線可以是圓弧形，也可以是拋物線形，也可以是橢圓弧線形。如圖2所示，當(dāng)聚光板15內(nèi)表面為截面形狀為圓弧形的柱面時(shí)，該圓弧形柱面的母線為直線而軌跡線為圓??；四塊擋板16分別封擋在該圓弧形柱面的四周，形成上端敞口的腔體，在四塊擋板16的上方密封設(shè)置有透明蓋板 17，形成密閉的聚光槽11。在四塊擋板16中，有兩塊端面擋板16a垂直母線設(shè)置而另兩塊平行擋板16b平行母線設(shè)置。吸熱管12設(shè)置在聚光槽11的聚焦位置處，與母線平行。所謂聚焦位置就是入射光線經(jīng)聚光板15的反光面反射后匯聚的位置。由于聚光板15的反光面為柱面，其聚焦位置與母線平行；而將線形的吸熱管12設(shè)置在聚焦位置處，使得經(jīng)反光面反射的大部分太陽光均經(jīng)過吸熱管12。具體的可將吸熱管12的兩端分別固定設(shè)置在兩塊端面擋板16上。在本優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選設(shè)置吸熱管12的截面形狀為等腰三角形，其底邊朝向透明蓋板17 ；所述太陽能電池組13設(shè)置在其兩條腰邊上。這樣經(jīng)反光面反射的太陽光分別照射在該等腰三角形的兩條腰邊上，即太陽能電池組13上，發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，獲得電能。最好在聚光槽11外部設(shè)置導(dǎo)線18，該導(dǎo)線18與聚光槽內(nèi)的太陽能電池組13電連接，能夠?qū)⑻柲茈姵亟M13產(chǎn)生的電能導(dǎo)出至太陽能多功能模塊外部。另外，為了防止空氣中的氧氣對(duì)反光膜Ha層氧化，優(yōu)選在密閉的聚光槽11內(nèi)充滿氮?dú)?，以隔絕反光膜Ha層與氧氣的接觸，保證其反射率，進(jìn)而保證聚光效果。最好設(shè)置槽內(nèi)沖入的氮?dú)獗３诌m當(dāng)?shù)恼龎?，即大于外部氣壓。為了方便沖入氮?dú)?，?yōu)選在聚光槽11 上設(shè)置充氣尾管19a，該充氣尾管19a可設(shè)置在擋板16上。在本優(yōu)選實(shí)施例中，吸熱管12內(nèi)部設(shè)有流動(dòng)的工質(zhì)，能夠?qū)⑻柲茈姵亟M13在光電轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走，以保證太陽能電池板始終能夠在最佳的溫度下工作，獲得最佳的光電轉(zhuǎn)換率；而儲(chǔ)存在工質(zhì)中的熱量能夠被集中起來進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換，進(jìn)而提高太陽能的利用率。本優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選設(shè)置吸熱管12為金屬管，以提高熱傳遞的效率；優(yōu)選設(shè)置工質(zhì)為水，以獲得較高的蓄熱能力。在本實(shí)用新型所述的太陽能多功能模塊中，聚光槽11上還設(shè)有與吸熱管12同軸的齒輪19，該齒輪19由外部的跟蹤機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，能夠帶動(dòng)聚光槽11繞所述吸熱管12轉(zhuǎn)動(dòng)并跟蹤太陽光。如圖2、加所示，當(dāng)聚光板15內(nèi)表面是截面形狀為圓弧形的柱面時(shí)，假設(shè)圓弧的圓心為點(diǎn)0，半徑為R。以點(diǎn)0為原點(diǎn)建立XOY平面直角坐標(biāo)系。為了減少吸熱管內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)阻力損失，優(yōu)選設(shè)置吸熱管12的截面形狀為正三角形AABC，其底邊為兩腰邊為 AB, &,假設(shè)其頂點(diǎn)8的坐標(biāo)為(0，13)，的直線方程如下= + &其中(0 < b < R) ；(1)由式(1)可知 0 < X < R，0 < Y < R。入射光線S垂直于弦萬云,弦@的兩端點(diǎn)坐標(biāo)為0 (^(1)』(1(^(1)，@為反射圓弧，反射點(diǎn)為G，其坐標(biāo)為G (Xg, Yg)，法線為0G，反射圓弧@在反射點(diǎn)G處的切線為直線N ；入射光線S平行Y軸入射，其直線方程為Xs = Xg,就是通過反射點(diǎn)G處平行Y軸的直線；要求當(dāng)入射光線-Xd < Xs < Xd時(shí)，照射在圓弧上的反射光線均能聚焦在],@線段上。由于采用了跟蹤機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)該模塊，保證了入射光線始終能夠平行Y軸入射，整個(gè)聚光板15以Y軸為對(duì)稱中心對(duì)稱分布，即Y軸為反射圓弧@的對(duì)稱中心軸，同樣三角形AABC 也以Y軸為對(duì)稱中心軸，這樣，當(dāng)入射光線0< Xs < Xd時(shí)，如果照射在圓弧@上的反射光線均能聚焦在線段上，則照射在圓弧冠上的反射光線就能聚焦在^線段上。當(dāng)位于—段的任一光線S入射至反射點(diǎn)G后形成反射線S’，法線OG與X軸的夾角為α，反射光線S’與X軸的夾角為β。由于反射點(diǎn)G(Xg，Yg)在圓弧@上，由此有方程
權(quán)利要求1.一種太陽能多功能模塊，其特征在于，包括反射太陽光至內(nèi)部聚焦處的密閉的聚光槽、設(shè)置在所述聚光槽內(nèi)部聚焦位置處的吸熱管、設(shè)置在所述吸熱管外表面利用所述聚光槽反射的太陽光進(jìn)行發(fā)電的太陽能電池組，吸熱管內(nèi)設(shè)有流動(dòng)的工質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能多功能模塊，其特征在于，所述聚光槽包括聚光板、固定設(shè)置在所述聚光板四周的擋板、密封設(shè)置在所述聚光板和擋板上方的透明蓋板；所述吸熱管固定在所述擋板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述太陽能多功能模塊，其特征在于，所述聚光板的內(nèi)表面設(shè)有反光膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述太陽能多功能模塊，其特征在于，所述聚光板內(nèi)表面設(shè)置成截面形狀為曲線的柱面，所述曲線為圓弧或拋物線或橢圓弧。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述太陽能多功能模塊，其特征在于，所述吸熱管的截面形狀為等腰三角形，其底邊朝向所述透明蓋板；所述太陽能電池組設(shè)置在其兩條腰邊上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述太陽能多功能模塊，其特征在于，所述吸熱管為金屬菅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能多功能模塊，其特征在于，所述聚光槽內(nèi)充設(shè)有氮?dú)狻?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能多功能模塊，其特征在于，所述聚光槽上還設(shè)有與所述吸熱管同軸的齒輪，所述齒輪由外部的跟蹤機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)所述聚光槽繞所述吸熱管轉(zhuǎn)動(dòng)并跟蹤太陽光。
9.一種包括如權(quán)利要求1所述太陽能多功能模塊的太陽能電熱系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述太陽能多功能模塊、循環(huán)水泵、儲(chǔ)存電能蓄電裝置、吸收工質(zhì)中熱量的蓄熱箱，所述太陽能多功能模塊的太陽能電池組與所述蓄電裝置電連接、所述太陽能多功能模塊的吸熱管與所述蓄熱箱連通并通過循環(huán)水泵使得工質(zhì)在吸熱管和蓄熱箱之間循環(huán)流動(dòng)。
10.一種包括如權(quán)利要求1所述太陽能多功能模塊的太陽能電熱系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)如權(quán)利要求1所述太陽能多功能模塊，所述太陽能多功能模塊中的工質(zhì)為水，還包括向所述多個(gè)太陽能多功能模塊統(tǒng)一供水的水泵，所述多個(gè)太陽能多功能模塊的吸熱管并聯(lián)連接后輸出至社區(qū)作為社區(qū)的生活用熱源；所述多個(gè)太陽能多功能模塊的太陽能電池組并聯(lián)連接后輸出至電網(wǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種太陽能多功能模塊，包括反射太陽光至內(nèi)部聚焦處的密閉的聚光槽、設(shè)置在所述聚光槽內(nèi)部聚焦位置處的吸熱管、設(shè)置在所述吸熱管外表面利用所述聚光槽反射的太陽光進(jìn)行發(fā)電的太陽能電池組，吸熱管內(nèi)設(shè)有流動(dòng)的工質(zhì)。通過設(shè)置吸熱管，既能保證太陽能電池組工作在最佳溫度下，又能將熱量儲(chǔ)存在工質(zhì)中以供使用，從而大幅提高了太陽能的利用率。另外，這種太陽能多用模塊結(jié)構(gòu)簡單，可以很方便的并聯(lián)連接起來，以實(shí)現(xiàn)大面積的應(yīng)用，包括這種太陽能多用模塊的太陽能電熱系統(tǒng)能夠很方便的將多個(gè)模塊產(chǎn)生的電能和熱能集中起來，實(shí)現(xiàn)單戶使用或社區(qū)使用，且其投資成本和維護(hù)成本都很低。
文檔編號(hào)H01L31/058GK201956363SQ20102064599
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者徐盛之, 徐鴻勝 申請(qǐng)人:徐盛之