基于PVT提高太阳能综合利用效率应用研究

太阳能光电/ 光热综合利用系统是将太阳能电池(或组件)与太阳能集热器结合起来制造而成的具有发电以及供热功能的一种装置，我们也可称之为光伏光热一体化系统(PVT)。

这种系统的优势在于既能解决因光伏电池板(或组件)温度过高导致发电效率降低的问题，同时又能将电池板的一部分热量加以利用，为用户提供热水或供暖等。

1 现状

目前，光伏光热一体化系统多是采用单一冷却介质，如空气或水。空气冷却型模式( 如图1) 构造简单，但冷却效果不理想，而且无法利用到太阳能光伏电池模块产生的热量;水冷却型模式(如图2)结构较为复杂，但冷却效果优于空气冷却型模式，同时利用了光伏模块产生的热量，提高了太阳能的综合利用效率。

本设计综合了以上两种模式的优点，采用空气-水双重换热，既能强化光伏电池板的散热效果，提高发电效率，又能实现太阳能热利用，为用户提供热水。增强太阳能光伏电池板的散热进而提高发电效率是光伏光热一体化系统的首要任务，也是这一系统的重要研究方向。本设计采用了换热面积较大的U型管及强化传热的翅片结构，进一步增强了电池板的散热效果。

2 设计内容

本U 型管翅片式双介质强化散热光伏光热一体化(PVT)装置，按功能分为三个模块：光电转换部分，冷却介质流道部分，以及密封、保温部分，三者有机结合为光伏光热一体化(PVT)装置。

2.1 光电转换

光电转换部分即为单晶硅或多晶硅太阳能电池板，它利用“光伏效应”将太阳能转换为电能，为用户供电。

2.2 冷却介质流道

冷却介质流道部分利用了增大换热面积、流体强制流动、双重介质换热等强化传热技术。该部分是用来强化第一模块中太阳能电池板的散热效果，降低电池板的温度，从而提高其发电效率，并生产一定量的热水。它包含U 型管水流道和U 型空气流道。

2.2.1 U 型管水流道

本设计所述的U 型管水流道如图3.水管以具有良好导热性能的铜作为原材料。它采用横向布置的方式，可以降低水泵在输水过程中需克服水的重力及流动阻力而消耗的电能。水管的有效直径和壁厚根据电池板面积、进出水温度、水流量等确定。本设计将U 型盘直接紧密布满整个电池板背，增大了传热面积。换热器下部设有进水口，上部设有出水口，冷却水在水泵的驱动下流经U 型管流道，对电池板冷却，同时自身的温度升高，从出水口引入热用户。

2.2.2 U 型空气流道

本设计所述的U 型空气流道如图4、图5.中间的太阳能电池板和U 型管水流道将其分为上下两层。上层流道由玻璃盖板和太阳能电池板构成，下层流道由U 型管水流道和纵向布满翅片的吸热板构成。吸热板通过导热材料(导热板)与太阳能电池板相连。翅片结构增大了换热面积，可以促进电池板的散热。U 型空气流道上层设有进气口，下层设有出气口，进气口通过管道与风机相连，空气在风机的驱动下流经整个U 型空气流道，依次吸收来自电池板正面、电池板背面以及吸热板、导热板的热能，并促进电池板背与U 型铜管换热器的热交换，从而进一步降低电池板的温度，提高其发电效率。

2.3 密封、保温部分

本U 型管翅片式双介质强化散热光伏光热一体化(PVT)装置背面以聚氨酯发泡绝热，正面采用高透光钢化玻璃盖板，最后玻璃盖板、集电热板和绝热背板一起用铝合金边框密封。

3 结语

本设计将增大换热面积、流体强制流动、双重介质换热等强化传热技术应用于光伏光热一体化系统(PVT)，可以降低光伏电池组件温度，提高发电效率，生产热水，提高太阳能综合利用效率。本设计可应用于普通节能型住宅或节能型别墅，既可应用于新建住宅，也可应用于既有建筑的节能改造，在实施成本和节能效果上具有显着优势，已经申请了实用新型专利，并已授权，专利号201320053260.6,应用前景十分广阔。