[发明专利]一种新型太阳能光伏光热复合集热器

说明书

本发明公开了一种新型太阳能光伏光热复合集热器及其系统装置。基本型光伏光热复合集热器在光伏电池板的下方布置有集热板‑热管一体化组件，一体化组件的上端钎焊有对流换热器。集热板‑热管一体化组件的设计，一改常见的拼装式结构，在提高复合集热器换热性能的同时，便于其大规模商业生产。复合集热器光伏电池板和导热基板之间采用新型柔性连接方式，石墨层的使用既起到缓冲作用，增强导热，同时也能改善密封性能，提高产品质量。实际使用中可以根据用热需求的不同，通过加装玻璃盖板并在玻璃盖板和光伏电池板之间填充透明保温材料，得到强化型光伏光热复合集热器。

技术领域

本发明属于使用太阳能进行发电和集热的新能源技术领域。具体涉及集热器集热板-热管一体化组件设计和复合集热器系统装置的设计。

背景技术

煤、石油、天然气等传统能源的消耗加剧了世界的环境问题，而随着煤炭、石油、天然气等不可再生能源总量的日趋减少，能源问题也逐渐成为制约国际社会经济发展的瓶颈。使用可再生能源替代传统能源无疑成为解决这些问题最好的办法。可再生能源包括风能、水能、地热能、潮汐能和太阳能等，而这其中，来源丰富、利用成本低的太阳能具有其独特的优势。

太阳能集热器是普遍使用的太阳能获取装置，目前被广泛研究的集热器种类繁多，按换热模式可以分为主动式和被动式两大类。主动式集热器的运行需要电力，利用泵推动工质循环，而被动式则不需要电力的消耗，依靠重力或换热器内部毛细力推动工质循环。

主动式集热器可分为强制对流型和热泵型两种。强制对流型集热器中的工质一般为空气或过冷水，其在泵功推动下，流过集热器内的换热流路，吸收电池基板导出热量后，流入用热装置。换热器管路可以是开式循环也可以是闭式循环。其最适合于空气流动加热。热泵型集热器的流动结构和水强制对流集热器很相似，只是换热器内流路必须抽真空，对流型换热器变为相变型换热器，其适合于热水流动加热。

被动式集热器可分为自然对流型和热管型两种。自然对流型集热器和一般的真空玻璃管太阳能热水器很相似，利用集热管内水的上下温差进行管内自然对流循环换热，工质为水。基本形状是正面安装有太阳能电池的基板-即集热板，背面用焊接或粘接方式连接一排圆管、扁管或长方形扁盒作为集热管，集热管上部插入一个金属水平圆筒，集热管和水平圆筒的接口用焊接或橡胶圈密封，水平圆筒和集热管联通，内部充满水作为用热工质。

目前的热管型集热器中的热管大部分是圆管式重力热管，少量是各类毛细力热管。热管型集热器有3个核心部件；集热板，热管，冷凝器，它们用拼装方式连接在一起。基本形状是基板-即集热板正面安装有太阳能电池，用导热胶连接电池板和基板，集热板背面用焊接或粘接方式连接圆管型重力热管作为蒸发段，为加强两者间导热，集热板和重力热管之间要用很厚的导热胶覆盖。热管的上端插入一个换热器作为整体系统的冷凝器。加热空气时一般是对流式换热器，加热水时使用满液型换热器。此时冷凝器就是一个金属水平圆筒，热管和水平圆筒的接口焊接或用橡胶圈密封，水平圆筒内充满水作为冷凝段。从外形看自然对流型和热管型集热器几乎难以区别，但热管型的换热性能是最好的，热管型集热器从机理上讲最适合用于光伏光热复合集热器。

经过对现有相关技术文献检索发现，中国专利申请号：201220491644.1，记载了一种太阳能电光伏光热一体化装置，该发明通过风机将真空管内的热空气输送到室内，再将室内的冷空气送到真空管内加热。中国专利申请号：201220736279.6，记载了一种有蓄热功能的太阳能光伏光热装置，该发明利用自带的直流水泵，带动低温水循环流动以降低太阳能电池板的温度，提高其效率。这两个专利都是主动式集热器的实例，而主动式集热器固有的制造成本高，运行成本高，维护成本高，运行操作复杂等缺点限制了其大规模商业化应用。