[发明专利]光电光热转换组件及由其构成的光电光热模块组

说明书

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别地，涉及一种对瓦片的改进，更特别地，涉及一种同时具有光伏发电和光热处理功能的瓦片。

背景技术

瓦片是重要的屋面防水材料，一般用泥土烧成，也有用水泥等材料制成的，形状有拱形的、平的或半个圆筒形的等。在现代化社会中，人们对舒适的建筑热环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长。在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的30％-40％，对经济发展形成了一定的制约作用。因此人们希望将太阳能技术应用于建筑物中，以降低建筑用能。瓦片通常被铺设在建筑物的顶部，具有良好的采光性能，所以从上世纪70年代开始，人们就尝试将太阳能电池板安装在瓦片表面，以使瓦片在具有防水功能的同时也具有光伏发电能力。

这种安装在固有建筑物上的光伏发电系统称简称为BAPV(Building Attached Photovoltaic)，其通常用于对现有建筑物的二次改造，也是光伏建筑领域较早的实施方式。然而，BAPV技术在实施的时候往往需要单独用于支撑太阳能电池板的支撑装置，这既增加了成本又给安装带来了麻烦。例如，如果要将太阳能电池板安装在瓦片上时，需要在瓦片上先安装用于支撑太阳能电池板的支撑部件，再将太阳能电池板铺设在该支撑部件上。通常情况下，该支撑部件的重量会远大于太阳能电池板，这就对瓦片本身的承重性能提出了很高的要求。另外，由于要在瓦片上安装支撑部件，所以还需要瓦片本身具有能够固定所述支撑部件的连接点。上述情况限制了BAPV技术的发展。

针对上述BAPV技术的缺点，人们提出将光伏发电系统作为建筑物外部维护结构的一部分，且与建筑物同时设计、施工和安装，这就是太阳能光伏建筑一体化(BIPV，Building Integrated Photovoltaic)技术。BIPV使得建筑物本身具有构件和材料功能外同时具有光电换转的功能。举例来说，不同于BAPV技术，运用BIPV技术的瓦片其本身就集成有太阳能光伏电池，瓦片本身起到支撑的作用因而无需额外的支撑部件，这种BIPV瓦片的安装铺设方式基本与普通瓦片相同，只是其同时兼具防水性能和光伏发电的功能。BIPV是现代光伏建筑的主要形式，广泛用于各种民用建筑、公共建筑、工业建筑等一切可以承载光伏发电系统的建筑物。由于太阳能电池板与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式。

在现在的BIPV应用中，人们已经看到了其具有下列优越性：

1)可原地发电、原地使用，减少电流传输过程的费用和能耗；

2)避免了光伏组件阵列占用额外的空间，省去了单独为光电设备提供的支撑结构；

3)使用新型建筑维护材料，节约了昂贵的外装饰材料，减少建筑物的整体造价，并使建筑外观更有美学价值；

4)因日照强度与高压电网用电高峰期基本同步，舒缓了电网在电力高峰时的压力，缓解电网峰谷供需矛盾，具有极大的社会效益；

5)避免了燃料发电所带来的空气污染；

现有的运用BIPV技术的瓦片往往具有一个底板和一个主层，主层依附在底板上，其包括太阳能电池片或太阳能电池组件。该底板用于与建筑物连接。通常地，在现有太阳能瓦片中，底板上设置有与建筑物屋顶连接的结构，或者使用粘合剂直接将太阳能瓦片粘接固化到建筑物屋顶上。由于位于建筑物的屋顶，所以主板中的太阳能电池能在合适的受光角度下较好地吸收太阳光，并且在吸收太阳光后将光能转换为电能并通过设置在主层或底板中的电输出部件并入到家庭的电网系统中，以为家庭提供生活用电，或着直接连上电网传输送电。

目前市场上的太阳能电池多为多晶硅电池和单晶硅电池，这种硅电池在温度25摄氏度的情况下光电转换效率为13％-16％，这些无法转换成电能的太阳光被电池吸收后会造成电池表面温度的上升。另外，为了能够更好地吸收太阳光，太阳能瓦片的太阳能电池片在工作中是直接暴露在太阳光下，阳光的热辐射也会造成整个太阳能瓦片温度很高，由于热传导的作用，太阳能瓦片自身的高温也会影响到其太阳能电池片。然而，过高的温度会对多晶硅电池或单晶硅电池的工作效率带来副作用。经试验证明，当电池的工作温度超过其最佳工作温度后，每升高1摄氏度，开路电压约下降2.0mV-2.2mV，而峰值功率损失率约为0.35％～0.45％，另外太阳能电池短路电流会随温度的升高而升高。由此可见，太阳能电池过高的温度会影响到其转换效率，同时加快其衰减速度，减少其使用寿命。