CN201466046U - 光电光热保温建筑一体化节能系统及其节能单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能系统及其节能单元，其包括一个太阳能光伏发电组件，太阳能光伏发电组件的底面固定连接有一个吸热器，所述吸热器内部装有水，所述吸热器具有一个进水口和一个出水口。本实用新型通过吸热器吸收太阳能光伏发电组件产生的热量，并将其加以利用，从而使太阳能光伏发电组件能在较理想的温度下进行发电，提高发电效率和延长组件使用寿命，能使建筑的使用功能与太阳能光伏发电电能，热能利用有机结合在一起，形成多功能的建筑构件，巧妙高效的利用空间，使建筑可利用太阳能的部分-向阳面墙体或屋顶得以充分空间利用，且能达到节省能源的目的。

Description

光电光热保温建筑一体化节能系统及其节能单元

技术领域

本实用新型涉及一种光电光热保温建筑一体化节能系统及其节能单元。

背景技术

太阳能光伏发电组件是利用太阳光能量的转化，即吸收光的能量转换为电能。相关的太阳能光伏发电组件(又称光伏电池组件或太阳能电池板)是由铝合金边框，钢化玻璃，多晶电池片，二层EVA(Ethylene/vinyl acetate乙烯-醋酸乙烯共聚物)材料及TPT(聚氧乙烯复合膜)材料复合组成。

在使用时，将该太阳能光伏发电组件安装在屋面或墙面上，在太阳光的辐射下就能发电，但在其运行过程中，太阳能光伏发电组件的背面总是会产生50℃-60℃的热能量，需要对其进行冷却处理，这是因为太阳能光伏发电组件在常温情况下能保持原定的功率工作，但在超出常温情况下，温度每升高1℃，其功率将下降千分之4。随着温度的升高，电池的光电转换效率会下降。

然而，对太阳能光伏发电组件的背面进行冷却处理的方法仅仅是通风，以将热能量排除，使其尽可能地处于常温状态下工作，但是如此将使得这部分被排除的热能浪费掉；而且风冷的效果也不是十分理想。

实用新型内容

本实用新型的目的是，提供一种节能单元，其通过吸热器吸收太阳能光伏发电组件产生的热量，并将其加以利用，从而使太阳能光伏发电组件能在较理想的温度下进行发电，提高发电效率并延长组件寿命，且能达到节省能源的目的。

本实用新型的另一目的是，提供一种节能系统，其包含上述多个节能单元。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现，一种节能单元，其包括一个太阳能光伏发电组件，所述太阳能光伏发电组件的底面固定连接有一个吸热器，所述吸热器内部装有水，所述吸热器具有一个进水口和一个出水口。

在优选的实施方式中，所述吸热器的底部设有一块金属盖板，所述吸热器与所述金属盖板之间设有保温材料。

在优选的实施方式中，所述吸热器为金属导热管。

在优选的实施方式中，所述太阳能光伏发电组件具有一个边框，所述吸热器通过所述边框固定连接在所述太阳能光伏发电组件的底面。

在优选的实施方式中，所述吸热器和光伏光电组件，通过所述边框安装在屋面或墙面上。

本实用新型还提出了一种节能系统，其包括一个集热器、一个集热水箱、一个第一冷水控制阀和一个蓄热水箱；所述集热器由多个上述的节能单元中的吸热器相互连通组成；所述集热水箱与集热器之间形成一个冷却循环通路，一个供水设备通过所述第一冷水控制阀与集热器相连；所述集热水箱与蓄热水箱之间形成有一个第一蓄热循环通路，在所述第一蓄热循环通路中串设有一个双向水泵.

在优选的实施方式中，在上述冷却循环通路中串设有一个循环水泵。

在优选的实施方式中，在所述集热水箱与蓄热水箱之间还形成有一个第二蓄热循环通路，在所述第二蓄热循环通路中串设有一个热泵。

在优选的实施方式中，所述节能系统还包括第二冷水控制阀，所述供水设备通过第二冷水控制阀与所述蓄热水箱连通。

在优选的实施方式中，所述节能系统还包括一个智能控制装置，所述控制装置具有控制器和温度传感器和/或水位传感器。

在优选的实施方式中，所述温度传感器包括一个用于检测所述集热器中水温的第一温度传感器，一个用于检测所述集热水箱中水温的第二温度传感器，以及一个用于检测所述蓄热水箱中水温的第三温度传感器。

在优选的实施方式中，所述控制器根据所述第一温度传感器传来的检测信号来控制所述循环水泵的启闭。

在优选的实施方式中，所述水位传感器包括一个用于检测所述集热水箱中水位的第一水位传感器和一个用于检测所述蓄热水箱中水位的第二水位传感器，所述控制器根据所述第一、二水位传感器和第二温度传感器传来的检测信号来控制所述双向水泵的启闭。

在优选的实施方式中，所述控制器根据所述第二水位传感器传来的检测信号来控制所述第二冷水控制阀的启闭。

在优选的实施方式中，所述控制器根据所述第一温度传感器和第一水位传感器传来的检测信号来控制所述第一冷水控制阀的启闭。

在优选的实施方式中，所述控制器还根据所述第一、二水位传感器和所述第二、三温度传感器所检测的信号来控制所述热泵的启闭。

本实用新型的特点和优点是：

1、通过在太阳能光伏发电组件的底面安装吸热器，吸热器能吸收太阳能光伏发电组件产生的热量，使得太阳能光伏发电组件能在理想温度下进行发电，以提高其光电转换效率并延长组件寿命；同时，吸热器将所吸收的热量加以利用，进而达到节省能源的目的；

2、若将多个节能单元安装于建筑物的屋面或墙面时，能使建筑的使用功能与太阳能光伏发电电能，热能利用有机结合在一起，形成多功能的建筑构件，巧妙高效的利用空间，使建筑可利用太阳能的部分-向阳面(墙体)或屋顶得以充分空间利用；

3、将太阳能光伏发电组件排列组合形成光伏列阵，若将光伏列阵与建筑物相结合，使之成为建筑不可分割的一部分，即，促使建筑的钢支架和主梁次钢结构与光伏列阵固定结合，即可将光伏列阵安装在屋面上进行使用，使屋面的建造成本降低15％-20％左右。若安装在墙面上，可仿安装幕墙玻璃的形式，安装十分方便。此外，也可在原有建筑物的基础上再安装光伏列阵。

4、太阳能光伏建筑一体化极大的推动了光伏并网系统的发展，在城镇建筑物上安装的光伏系统，通常采用与公共电网并网的形式，并网光伏系统不需要配备蓄电池，既节省投资，可充分利用光伏系统可发出的电力，光伏列阵安装在闲置的屋顶或外墙上，无需额外占用土地，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要，夏天时用电高峰季节，也正好时日照量最大，光伏系统发电量最多的时期，对电网可以起到调峰作用，光伏列阵吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体保热和室内空调冷负荷，所以也可以起到建筑节能作用.

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，

图1是本实用新型的节能单元的剖面示意图；

图2是本实用新型的节能单元的吸热器的俯视图；

图3是本实用新型的节能系统的示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

实施方式1

本实用新型提出了一种节能单元，如图1、2所示，其包括一个太阳能光伏发电组件1，太阳能光伏发电组件1的底面固定连接有一个吸热器2，吸热器2内部装有水，吸热器2具有一个进水口21和一个出水口22。

在使用时，太阳能光伏发电组件1在太阳光的辐射下进行发电，在其运行过程中，发电组件1的背面产生热量，吸热器2吸收该热量，并加热其内的水，如此一方面能降低太阳能光伏发电组件1的背面温度，以避免发电组件1在超出常温的情况下工作，提高电池的光电转换效率；另一方面吸热器2中的水能被加热，该被加热的水能被进一步利用，以避免能源的浪费。

在较佳的实施方式中，吸热器2的底部设有一个金属盖板3，在吸热器2与金属盖板3之间设有保温材料4，保温材料4可为聚氨酯保温材料，例如玻璃棉。保温材料4能有效地将吸热器2中所吸收的热量被保留，以使该热量尽可能地被吸热器2吸收。

吸热器2可为金属导热管，水从吸热器2的进水口21进入流道23，最终从出水口22流出；其中，金属导热管为蜿蜒曲折设置，以使吸热器与太阳能光伏发电组件1的接触面尽可能地大，如果金属导热管中的水能尽可能地被加热完全。

太阳能光伏发电组件1具有一个边框5(例如铝合金边框)，吸热器2通过边框5固定连接在太阳能光伏发电组件1的底面，即，边框5将吸热器2与太阳能光伏发电组件1夹设在一起。进一步而言，边框5上具有相邻设置的第一卡固部51和第二卡固部52，该第一卡固部51供太阳能光伏发电组件1固定设入，第二卡固部52供吸热器2固定设入，且吸热器2与太阳能光伏发电组件1的底面接触。

其中，太阳能光伏发电组件1可包括至少一个多晶电池片11，此处具有两个通过互联条12连接的多晶电池片11，多晶电池片11的外部围设有透明、耐老化、粘接性好、能承受大气变化且具有弹性的EVA胶层13，所述多晶电池片11上方的EVA胶层13的上方固定有钢化玻璃14，所述多晶电池片11下方的EVA胶层13的下方固定有TPT膜15。由于太阳能光伏发电组件1已为本领域技术人员所熟知，故对其具体结构和工作原理不进行详细说明。

本实用新型的上述节能单元，其太阳能光伏发电组件1吸收光的能量转换为电能，与此同时，其产生热量被吸热器2内的水吸收，被加热的水可提供给人们在生活生产中使用。也就是说，本实用新型的上述实施方式是利用太阳光能转换为电能和热能，将光电转换和光热转换有效地结合在一起，避免了能源的浪费；而且，其在太阳能光伏发电组件1原有的结构及空间上即可进行组装，适应性广。

实施方式2

在本实施方式中，吸热器2(连同与其结合在一起的太阳能光伏发电组件1)可通过边框支点53安装在建筑物的屋面或墙面的钢梁上，无需额外占用土地，其太阳能光伏发电组件1吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体保热和室内空调冷负荷，因此具有建筑节能作用。

当然，为了提高其使用效率，可将多个节能单元的太阳能光伏发电组件1连接在一起，形成一个光伏列阵；同时，将各节能单元的吸热器2相互连通，形成一个集热器R。其中，集热器R的连通方式可例如为，直接将吸热器2的出水口22与其相邻的吸热器2的进水口21相连通。

本实施方式的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式1的相同，在此不再赘述。

实施方式3

如图3所示，本实施方式提出了一种节能系统，其包括一个集热器R、一个集热水箱6和一个第一冷水控制阀61(例如为电磁阀)，集热水箱6与集热器R之间形成一个冷却循环通路；一个供水设备7通过第一冷水控制阀61与所述集热器R相连通。

在使用时，集热器R吸收太阳能光伏发电组件1产生的热量，当集热器R中的水温达到设定值时，可将第一冷水控制阀61打开时，使供水设备7可向集热器R供水，并将集热器R中的达到设定值温度的水顶入集热水箱6，重新注入集热器R中的冷水继续冷却太阳能光伏发电组件1，使之保持理想的发电温度。

在此处，在冷却循环通路中可串设有一个循环水泵62，可用于将集热水箱6中的水打入集热器R中，以防止集热器R在冬天时结冰。

在较佳的实施方式中，所述节能系统还包括一个蓄热水箱8，集热水箱6与蓄热水箱8之间形成一个第一蓄热循环通路，在第一蓄热循环通路中串设有一个双向水泵81，用于在需要的时候将集热水箱6中的水打入蓄热水箱8中，或将蓄热水箱8中的水打入集热水箱6中(为了描述的方便，以下将从集热水箱6到蓄热水箱8的方向称为“正向”，从蓄热水箱8到集热水箱6的方向称为“反向”)。

在此处，还具有第二蓄热循环通路，在第二蓄热循环通路中串设有一个热泵82。热泵82一般包括水源热泵和地源热泵。水源热泵用于吸收集热水箱6内的热量，将其提升后加热蓄热水箱8内的水；地源热泵可将其所吸收的地下热转到集热水箱6或蓄热水箱8内，也可将集热水箱6中的水的热量转到地下。

供水设备7可通过一个第二冷水控制阀83(例如电磁阀)与蓄热水箱8连通，当蓄热水箱8内的水在设定时间内仍未水满时，可打开第二冷水控制阀83，使供水设备7向蓄热水箱8供水.在第二冷水控制阀83的后端通过一个电磁阀84与集热水箱6连通，在集热水箱6中无水时，可使供水设备7通过第二冷水控制阀83和电磁阀84向集热水箱6供水.

上述节能系统可用手工进行操作，也可通过一个智能控制装置进行自动操作，下面对自动操作进行描述。

所述智能控制装置具有一个控制器9和至少一个温度传感器和/或至少一个水位传感器。

进一步地，温度传感器可包括一个用于检测集热器R中的水温的第一温度传感器R1，一个用于检测集热水箱6内水温的第二温度传感器63，以及一个用于检测蓄热水箱8内水温的第三温度传感器85。水位传感器可包括一个用于检测集热水箱6内水位的第一水位传感器64，和一个用于检测蓄热水箱8内水位的第二水位传感器86。

控制器9根据集热器R中的第一温度传感器R1和第一水位传感器传来的检测信号来控制第一冷水控制阀61的启闭。具体是，

当第一温度传感器R1检测到集热器R的水温达到第一设定值(一般设定为使太阳能光伏发电组件的理想发电温度，例如为25℃)，且第一水位传感器检测到集热水箱6内水未满时，智能控制器9控制第一冷水控制阀61打开，供水设备7则向集热器R供水，并将集热器R内温度达到第一设定值的热水顶入集热水箱6；而进入集热器R的冷水继续冷却太阳能光伏发电组件1，使之保持理想发电温度。如果第一温度传感器R1检测到集热器R的水温低于第二设定值(例如为20℃)或第一水位传感器检测到集热水箱6内水满时，控制器9控制第一冷水控制阀61关闭。

控制器9根据集热器R中的第一温度传感器R1传来的检测信号来控制循环水泵62的启闭。具体是，

当第一温度传感器R1检测到集热器R的水温低于第三设定值(例如为5℃)时，控制器9控制循环水泵62启动，将集热水箱6中的较高水温的水送入集热器R中，从而使集热器R中的水不会被冻结。而当第一温度传感器R1检测到集热器R的水温达到第四设定值(例如为10℃)时，控制器9控制循环水泵62停止运转。

控制器9根据蓄热水箱8中的第二水位传感器86传来的检测信号来控制第二冷水控制阀83的启闭。具体是，

当第二水位传感器86检测到蓄热水箱8内的水位没有达到第一设定高度(例如蓄热水箱8水满)时，控制器9控制第二冷水控制阀83打开，供水设备7向蓄热水箱8供水，直到蓄热水箱8内水位到达第二设定高度，第二冷水控制阀83关闭。

控制器9根据集热水箱6中的第二温度传感器63、集热水箱6中的第一水位传感器和蓄热水箱8中的第二水位传感器传来的检测信号来控制双向水泵81的启闭。具体是，

当第一水位传感器检测到集热水箱6内水位达到第二设定高度(例如为集热水箱6容积的50％)，且第二水位传感器检测到蓄热水箱8中水未满时，控制器9控制双向水泵81正向开启，使集热水箱6内的水流入蓄热水箱8中，直到蓄热水箱8水满，双向水泵81正向被关闭。

当第二温度传感器63检测到集热水箱6中的水温低于第七设定值(例如为5-10℃)时，控制器9控制双向水泵81反向开启，将蓄热水箱8中的较高温度的水送入集热水箱6中，以避免集热水箱6中的水冻结。

所述控制器还根据第一、二水位传感器和第二、三温度传感器所检测的信号来控制热泵的启闭.具体是，

当第二温度传感器63检测到集热水箱6中的水温低于第一设定值，即集热水箱6无法从集热器R中取水时，控制器9控制地源热泵启动，将地下热转到蓄热水箱8中，用于加热蓄热水箱8中的水；

当第一水位传感器检测到集热水箱6中水位达到第二设定高度时，控制器9控制水源热泵运转，吸收集热水箱6内的热量，将其提升后加热蓄热水箱8内的水，当第三温度传感器检测到蓄热水箱8内的水温达到第六设定值时，水源热泵被控制停止运转。

当第一水位传感器检测到集热水箱6内水位达到第三设定高度(例如集热水箱6水满)，第二水位传感器86检测到蓄热水箱8内水位达到第二设定高度，第二温度传感器检测到集热水箱6内水温达到第一设定值，第三温度传感器85检测到蓄热水箱8内水温达到第五设定值时，也就是说，当集热水箱6和蓄热水箱8中水满，且集热水箱6和蓄热水箱8中的水温又较高时，控制器9控制地源热泵运转，使地源热泵83将集热水箱6内的热量转到地下；直到集热水箱6内水温达到第二设定值时，地源热泵83停止运转。此种情况一般出现在夏季，如此，在集热器R的水温达到25℃时，循环水泵62可将集热水箱6中较低温度的水打入集热器R中，使得太阳能光伏发电组件1能保持理想的发电温度；

而当第一水位传感器检测到集热水箱6内水位达到第三设定高度，第二水位传感器86检测到蓄热水箱8内水位达到第二设定高度，第二温度传感器检测到集热水箱6内水温低于第七设定值时，也就是说，当集热水箱6和蓄热水箱8中水满，且集热水箱6内水温较低时，控制器9控制地源热泵运转，吸收地下热源，用其加热集热水箱6内的水。此种情况一般出现在冬季或阴天，如此可提升集热水箱6内水温，避免其内的水被冻结，进一步地，还可将集热水箱6中经过升温的水通过循环水泵62打入集热器R内，进而避免集热器R中的水被冻结。

当到达设定时间第三温度传感器85检测到蓄热水箱8中水温仍没有达到第五设定值(例如60℃)时，控制器9控制地源热泵运转，吸收地下热源，用其加热蓄热水箱8内的水，直至其水温升到第六设定值(例如60℃)后，控制器9控制地源热泵停止工作。

上述实施方式中，蓄热水箱8中的水可提供给人们在生活生产中的使用。

因此，当将上述节能系统安装于建筑物的屋面或墙面时，则将建筑的使用功能与太阳能光伏发电电能，热能利用有机结合在一起，形成多功能的建筑构件，巧妙高效的利用空间，使建筑可利用太阳能的部分-向阳面(墙体)或屋顶得以充分利用。

本实施方式的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式2的相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (15)

1.一种节能单元，其包括一个太阳能光伏发电组件，其特征在于，所述太阳能光伏发电组件的底面固定连接有一个吸热器，所述吸热器内部装有水，所述吸热器具有一个进水口和一个出水口。

2.如权利要求1所述的节能单元，其特征在于，所述吸热器的底部设有一块金属盖板，所述吸热器与所述金属盖板之间设有保温材料。

3.如权利要求2所述的节能单元，其特征在于，所述吸热器为金属导热管。

4.如权利要求3所述的节能单元，其特征在于，所述太阳能光伏发电组件具有一个边框，所述吸热器通过所述边框固定连接在所述太阳能光伏发电组件的底面。

5.一种节能系统，其特征在于，所述节能系统包括一个集热器、一个集热水箱、一个第一冷水控制阀和一个蓄热水箱；所述集热器由多个上述权利要求1所述的节能单元中的吸热器相互连通组成；所述集热水箱与集热器之间形成一个冷却循环通路，一个供水设备通过所述第一冷水控制阀与集热器相连；所述集热水箱与蓄热水箱之间形成有一个第一蓄热循环通路，在所述第一蓄热循环通路中串设有一个双向水泵。

6.如权利要求5所述的节能系统，其特征在于，在上述冷却循环通路中串设有一个循环水泵。

7.如权利要求5所述的节能系统，其特征在于，在所述集热水箱与蓄热水箱之间还形成有一个第二蓄热循环通路，在所述第二蓄热循环通路中串设有一个热泵。

8.如权利要求5所述的节能系统，其特征在于，所述节能系统还包括第二冷水控制阀，所述供水设备通过第二冷水控制阀与所述蓄热水箱连通。

9.如权利要求5-8任一项所述的节能系统，其特征在于，所述节能系统还包括一个智能控制装置，所述控制装置具有控制器和温度传感器和/或水位传感器。

10.如权利要求9所述的节能系统，其特征在于，所述温度传感器包括一个用于检测所述集热器中水温的第一温度传感器，一个用于检测所述集热水箱中水温的第二温度传感器，以及一个用于检测所述蓄热水箱中水温的第三温度传感器。

11.如权利要求10所述的节能系统，其特征在于，所述控制器根据所述第一温度传感器传来的检测信号来控制所述循环水泵的启闭。

12.如权利要求11所述的节能系统，其特征在于，所述水位传感器包括一个用于检测所述集热水箱中水位的第一水位传感器和一个用于检测所述蓄热水箱中水位的第二水位传感器，所述控制器根据所述第一、二水位传感器和第二温度传感器传来的检测信号来控制所述双向水泵的启闭。

13.如权利要求12所述的节能系统，其特征在于，所述控制器根据所述第二水位传感器传来的检测信号来控制所述第二冷水控制阀的启闭。

14.如权利要求13所述的节能系统，其特征在于，所述控制器根据所述第一温度传感器和第一水位传感器传来的检测信号来控制所述第一冷水控制阀的启闭。

15.如权利要求14所述的节能系统，其特征在于，所述控制器还根据所述第一、二水位传感器和所述第二、三温度传感器所检测的信号来控制所述热泵的启闭。

Images