一种太阳能光电光热建筑一体化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能光电光热建筑一体化系统，具体是一种轻薄、便于快速安装与更换的，均匀降温、高效集热、高效发电、温度可控的新型太阳能光伏/集热/地源热泵/温差发电一体化系统(即BIPV/T复合系统)，通过轻薄型的双螺旋热收集毛细管的集热模块，能均匀地降低温，并且高效集热和发电。同时通过复合的各种系统，能高效合理地利用收集的热量，整个过程都具有可控性。轻薄的特点增加了其与建筑结合的可能性，有利于实现太阳能光电光热建筑一体化。

Solar photoelectric building integrated system

The invention discloses a solar photovoltaic / thermal integrated building system, in particular to a thin, convenient and quick installation and replacement, uniform cooling, heat collection, high power, high temperature controlled solar photovoltaic / thermal collector / heat pump / thermoelectric power generation integrated system (BIPV/T composite system), the heat collecting module collects double spiral heat capillary through thin, uniform temperature drop, and high efficiency in heat and power. At the same time, through the combination of various systems, can effectively and rationally use the collected heat, the whole process is controllable. The light and thin features increase the possibility of combining with the building, and help to realize the integration of solar energy, photoelectricity, light and heat and building.

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能光电光热建筑一体化系统
本专利技术涉及太阳能光电光热建筑一体化系统(BIPV/T)，尤其是太阳能光伏/集热/地源热泵/温差发电的光电光热建筑一体化系统(即BIPV/T复合系统)。
技术介绍
目前，商业化太阳能光伏电池有：光电转化效率为13％～17％的单晶硅光伏电池，光电转化效率为11％～15％的多晶硅光伏电池，光电转化效率为6％～8％的非晶硅光伏电池。对于太阳辐射总量，80％～90％的能量没有转化为电能，而是转化为热能或以电磁波形式辐射出去，使太阳能光伏电池温度升高。对于硅基太阳电池，随着温度升高，效率降低的幅度不断增大。研究表明，太阳能电池的理想工作温度为25摄氏度，每上升1℃，单晶硅太阳电池的效率降低0.3％～0.5％，多晶硅太阳电池的效率降低0.4％。同样，光伏阵列的使用寿命在较高的运行温度下也会缩短。太阳能光伏光热综合利用(PV/T)技术将太阳能光伏发电技术与太阳能集热技术有机结合。一方面，可以将太阳能转化为电能和热能，同时获得两种能量的收益，提高了系统太阳能的综合利用率；冷却流体可以将光伏电池的热量带走，从而达到对电池的冷却作用，提高其光伏发电效率和PV阵列寿命。另外，PV/T在建筑行业的应用，应该充分考虑其与建筑完美结合的可能性，兼顾节能和美观的要求。PV/T集热器的热收集管径一般比较粗，与背板接触面小，不能有效地收集热量和降低PV板的温度；且冷热管设计不合理会产生温度梯度，造成电池板温度分布不均匀，降低了电池板的使用寿命。集热器较粗的集热管径和复杂的复合系统也造成PV/T构件过厚，质量过重，造成PV/T构件的安装施工困难，美学效果不佳，不利于实现与建筑的结合。目前对于低品位余热的回收还相对比较欠缺，相对于髙品位能源(煤、石油、天然气等)而言,低品位余热在相同单位内包含的能量很低，利用难度大。但从能源利用的格局来看,低品位余热将作为产能和用能的关键环节，对节能减排战略的具体实施起到重要作用。如果能对收集热量进行充分回收利用，对于实现零能耗建筑有着重要的意义。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种轻薄、便于快速安装与更换的，均匀降温、高效集热、高效发电、温度可控的光电光热建筑一体化系统(即BIPV/T复合系统)。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种太阳能光电光热建筑一体化系统，包括PV/T系统、地源热泵系统、中高温热泵系统、低温差发电系统、制冷系统、热水系统、采暖系统、除湿系统和控制系统。优选地，PV/T系统包括PV/T组件,第一动力泵、第一膨胀阀、第一补液器和第一热交换器；所述地源热泵系统包括室外系统、第二动力泵、第三膨胀阀、第四补液器、第三换热盘管和第一热交换器；所述中高温热泵系统包括高温热泵、第一三通球阀、第二膨胀阀、第二补液器、第二换热盘管、第四换热盘管和第一热交换器，第二热交换器；所述低温差发电系统包括第二热交换器、热端、冷端、冷却室、半导体热电器件、绝热层、电压变化及功率调节器和地源热泵；所述制冷系统包括中高温热泵、第一三通球阀、第二补液器、第二膨胀阀、第七换热盘管、第四换热盘管和第二热交换器；所述热水系统包括第八换热盘管、第二膨胀阀、冷热水管道和第二热交换器；所述采暖系统包括第九换热盘管、第二三通球阀、第三补液器和第二热交换器；所述除湿系统包括第二热交换器、除湿器、三通球阀、换热盘管、再生器和冷却器；所述控制系统包括传感器、执行器，所述传感器包括温度传感器、压力传感器、监测仪、热敏电阻，所述执行器6包括第一三通球阀、第一动力泵、热泵。优选地，所述PV/T系统、所述地源热泵系统、所述中高温热泵系统共享同一个第一热交换器；所述中高温热泵系统和所述制冷系统共享同一个中高温热泵和第二膨胀阀；所述中高温热泵、所述制冷系统、所述低温差发电系统、所述热水系统、所述采暖系统、所述除湿系统共享同一个第二热交换器。优选地，所述冷却室包括散热翅片，与地源热泵相连的冷却盘管、泡沫金属复合相变材料，网状分布的高导热金属丝，泡沫金属复合相变材料的骨架为泡沫金属Cu、Ni或Al，其相变材料为癸酸-月桂酸二元体系以及正己酸、苯甲酸乙酯、水杨酸甲酯、油酸、正十四烷或正十六烷及其混合物等添加剂，相变温度15℃左右。优选地，所述PV/T组件包括电池组件、边框模块和集热模块，所述电池组件包括光伏电池片，所述边框模块包括边框，所述集热模块包括玻璃盖板、密封填充材料、导热材料、热收集毛细管、热传导液冷流管道、热传导液热流管道、热敏电阻和微型直流动力泵。优选地，所述电池组件选择性地复合背板，电池组件复合背板时，集热模块直接与电池组件整合，电池组件没有复合背板时，电池组件背面增加电绝缘层，再与集热模块整合，整合电池组件和集热模块时，电池组件和集热模块之间涂抹导热硅胶以便排出滞留的空气。优选地，所述集热模块包括双螺旋结构的热收集毛细管，所述双螺旋结构包括冷管、热管热传导液冷流管道、热传导液热流管道交替排布的双螺旋结构或者输入管道、输出管道交替排布的双螺旋结构。优选地，所述热收集毛细管的输入端口、输出端口分别和热传导液冷流管道、热传导液热流管道对应连接；所述输入端口设置有微型直流动力泵，微型直流动力泵直接从电池板取电。优选地，所述PV/T组件背面设有热敏电阻，并与微型直流动力泵连接，由所述控制系统监管和控制。优选地，所述PV/T组件紧贴屋顶安装，由可调节的连接件实现组件与屋顶连接，所述连接件设有转动轴和分别在两个方向的第一滑槽和第二滑槽，PV/T组件通过所述转动轴实现转动调整，通过所述第一滑槽和第二滑槽实现上下左右的平移调整。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，有益效果是:1.PV/T组件的优点：(1)将太阳能光电与光热统一为一个整体，提高了整体的利用效率。(2)PV/T组件分为三个模块，光伏电池组件、集热模块和边框模块。将散乱的各个零部件整合到各个模块中，减少安装程序、便于管理和增强美观效果。(3)集热模块中的热收集毛细管呈冷热交替的双螺旋排布，实现了降温均匀，使整块电池板温度分布均匀，延长了使用寿命和提高发电效率；毛细管管径比较细，布满光伏板时，增大与其的接触面积，提高了集热效率；且管径较小的毛细管也减小了PV/T组件的厚度和质量，使PV/T组件变得轻、薄；用液体的导热材料浇注，填充热收集毛细管之间缝隙，在几乎不增加PV/T组件的厚度的情况下，提高了导热效率。轻薄型的PV/T组件能更好的实现与建筑的整合，实现PV/T与建筑的一体化。(4)微型直流电动泵直接从电池板取电，缩短了电缆长度和减少电能损耗。可伸缩的热传导液管道连接件，保证了在生产或者安装误差下，热传导液管道也能正常连接。可调节的连接件保证了PV/T组件安装的便捷和准确性。2.太阳能光伏/集热/地源热泵/温差发电一体化系统的优点(1)中高温热泵制热温度高，可以提升能源品位，并具有实施简单、技术相对较成熟。得到的热量可以用于热水、温差发电、采暖和除湿等，为实现零能耗建筑提供了可能。温差发电结构紧凑、无磨损、无泄漏；清洁、无有害物质排放；无噪声污染；寿命长、可靠性高，是一种绿色环保的发电方式。交换器中热盘管第一时间把热量尽可能地交换给温度较低的盘管，保证较高的直接热交换效率；泡沫金属复合相变材料既增强导热又能储存热量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能光电光热建筑一体化系统，其特征在于，包括PV/T系统、地源热泵系统、中高温热泵系统、低温差发电系统、制冷系统、热水系统、采暖系统、除湿系统和控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能光电光热建筑一体化系统，其特征在于，包括PV/T系统、地源热泵系统、中高温热泵系统、低温差发电系统、制冷系统、热水系统、采暖系统、除湿系统和控制系统。2.根据权利要求1所述的太阳能光电光热建筑一体化系统，其特征在于，PV/T系统包括PV/T组件,第一动力泵、第一膨胀阀、第一补液器和第一热交换器；所述地源热泵系统包括室外系统、第二动力泵、第三膨胀阀、第四补液器、第三换热盘管和第一热交换器；所述中高温热泵系统包括高温热泵、第一三通球阀、第二膨胀阀、第二补液器、第二换热盘管、第四换热盘管和第一热交换器，第二热交换器；所述低温差发电系统包括第二热交换器、热端、冷端、冷却室、半导体热电器件、绝热层、电压变化及功率调节器和地源热泵；所述制冷系统包括中高温热泵、第一三通球阀、第二补液器、第二膨胀阀、第七换热盘管、第四换热盘管和第二热交换器；所述热水系统包括第八换热盘管、第二膨胀阀、冷热水管道和第二热交换器；所述采暖系统包括第九换热盘管、第二三通球阀、第三补液器和第二热交换器；所述除湿系统包括第二热交换器、除湿器、三通球阀、换热盘管、再生器和冷却器；所述控制系统包括传感器、执行器，所述传感器包括温度传感器、压力传感器、监测仪、热敏电阻，所述执行器6包括第一三通球阀、第一动力泵、热泵。3.根据权利要求2所述的太阳能光电光热建筑一体化系统，其特征在于，所述PV/T系统、所述地源热泵系统、所述中高温热泵系统共享同一个第一热交换器；所述中高温热泵系统和所述制冷系统共享同一个中高温热泵和第二膨胀阀；所述中高温热泵、所述制冷系统、所述低温差发电系统、所述热水系统、所述采暖系统、所述除湿系统共享同一个第二热交换器。4.根据权利要求2所述的太阳能光电光热建筑一体化系统，其特征在于，所述冷却室包括散热翅片，与地源热泵相连的冷却盘管、泡沫金属复合相变材料，网状分布的高导热金属丝，泡沫金属复合相变材料的骨架为泡沫金...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭昌海，石邢，黄璐，黄锦富，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32