| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202311668738.0 | 申请日 | 2023-12-07 |
| 公开(公告)号 | CN117674730A | 公开(公告)日 | 2024-03-08 |
| 申请人 | 新疆工程学院; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 王刚; 韩文华; 孙泽宇; 古丽扎提·海拉提; 樊小朝; 尹少武; | 第一发明人 | 王刚 |
| 权利人 | 新疆工程学院 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 新疆工程学院 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：新疆维吾尔自治区 | 城市 | 当前专利权人所在城市：新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市经济技术开发区(头屯河区)艾丁湖路1350号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：830023 |
| 主IPC国际分类 | H02S40/44 | 所有IPC国际分类 | H02S40/44 ; H02S40/42 ; H02S40/40 ; F24S60/10 ; F24S10/30 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 苏州国诚专利代理有限公司 | 专利代理人 | 杨晓敏; |
| 摘要 | 本 发明 涉及具有长时储热功能的 太阳能 热电联产 电池 板及其使用方法，包括 支架 ，支架上倾斜安装有储热 箱体 ，储热箱体上部倾斜的侧面上贴合安装有 太阳能电池 板；储热箱体内部安装有蛇形换 热管 ，蛇形换热管上部朝向靠近 太阳能电池板 的方向倾斜，蛇形换热管下部朝向背离太阳能电池板的方向倾斜，蛇形换热管 自上而下 呈上疏下密的结构排布；储热箱体内填充有 相变 储热材料；本发明有效利用三 水 合 醋酸 钠复合相变储热材料的稳定 过冷 特性，能够将太阳能电池板产生的无效 热能 进行长期可靠地稳定存储，不仅维持太阳能电池板在较低 温度 条件下运行，以提高、保障其 电能 生产效率，而且实现太阳能电池板电能、热能双重 能量 利用。 | ||
| 权利要求 | 1.一种具有长时储热功能的太阳能热电联产电池板，包括支架(1)，其特征在于：所述支架(1)上倾斜安装有储热箱体(2)，储热箱体(2)上部倾斜的侧面上贴合安装有太阳能电池板(4)；所述储热箱体(2)内部安装有蛇形换热管(3)，蛇形换热管(3)上部朝向靠近太阳能电池板(4)的方向倾斜，蛇形换热管(3)下部朝向背离太阳能电池板(4)的方向倾斜，蛇形换热管(3)自上而下呈上疏下密的结构排布；所述储热箱体(2)内填充有相变储热材料。 |
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| 说明书全文 | 具有长时储热功能的太阳能热电联产电池板及其使用方法技术领域[0001] 本发明涉及光伏电池板技术领域，尤其是一种具有长时储热功能的太阳能热电联产电池板及其使用方法。 背景技术[0002] 近年来，随着技术的进步和成本的降低，太阳能光伏发电已经得到了广泛应用。目前，光伏发电已成为世界各地的主要能源供应方式之一，越来越多的国家和地区在发展太阳能光伏发电产业，推动可再生能源的利用，减少对化石燃料的依赖，实现能源可持续发展。 [0003] 发电效率与设备寿命是太阳能光伏发电领域的两个主要关注点，太阳能电池板的使用寿命和发电效率同光照条件、工作温度、清洁度、阴影遮挡、维护和保养，以及光伏电池的质量和工艺相关；其中最大影响因素为电池板的工作温度，过高的温度会导致光伏电池的电压降低、导致功率损失，进而降低发电效率，还会加速光伏电池中材料的老化速度，缩短电池的寿命并造成资源浪费。 [0005] 我国西北地区具有丰富的太阳能资源，但由于该地区昼夜温差较大，日间温度高，夜间温度低，如何提高常规光伏电池板的发电效率尤为重要。一般太阳能电池板在运行过程中的光电转换效率为15％～20％，未被利用的太阳辐射能中大部分被电池板吸收转化为热能，这将导致电池温度升高，发电效率降低，缩短太阳能电池板使用寿命。 发明内容[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种结构合理的具有长时储热功能的太阳能热电联产电池板及其使用方法，从而将太阳能板多余的热量存储起来进行热能存储，有效延长太阳能电池板使用寿命、提高并保障电能生产效率，实现太阳能电池板电能、热能双重能量利用，显著提高装置太阳能整体利用率。 [0007] 本发明所采用的技术方案如下： [0008] 一种具有长时储热功能的太阳能热电联产电池板，包括支架，所述支架上倾斜安装有储热箱体，储热箱体上部倾斜的侧面上贴合安装有太阳能电池板；所述储热箱体内部安装有蛇形换热管，蛇形换热管上部朝向靠近太阳能电池板的方向倾斜，蛇形换热管下部朝向背离太阳能电池板的方向倾斜，蛇形换热管自上而下呈上疏下密的结构排布；所述储热箱体内填充有相变储热材料。 [0009] 作为上述技术方案的进一步改进： [0010] 所述蛇形换热管包括有多根水平布设、相互平行的管子，相邻管子的端部衔接构成位于同一平面内的蛇形迂回结构；最上方管子的自由端伸向储热箱体侧壁形成换热入口，最下方管子的自由端弯折衔接有直管部，直管部端部向着储热箱体弯折形成出水管口，出水管口从储热箱体侧壁面上的换热出口伸出。 [0011] 所述换热入口与换热出口位于储热箱体的同一高度处。 [0012] 所述蛇形换热管从上至下分为三个区域，中部区域中的管子数量多于上方区域中的管子数量，下部区域中的管子数量多于中部区域中的管子数量。 [0014] 所述储热箱体内留有供相变储热材料体积变化的空余空间。 [0015] 所述蛇形换热管上端管子距离太阳能电池板的距离为5cm，蛇形换热管下端管子距离储热箱体内底面的距离为5cm；所述储热箱体为长方体结构的密闭不锈钢壳体，与太阳能电池板相贴合的储热箱体壁面的厚度小于0.2mm。 [0016] 所述储热箱体顶部设置有投递口。 [0017] 所述储热箱体内壁面上安装有向内延伸的支撑座，支撑座上设置有供蛇形换热管支承配装的内凹弧形结构。 [0018] 一种具有长时储热功能的太阳能热电联产电池板的使用方法，包括如下步骤： [0019] 工作状态下的太阳能电池板将太阳能转化为电能，同时由太阳能电池板产生的热量及由太阳光带来的热能，由与太阳能电池板相贴合的储热箱体中的相变储热材料吸收多余热量，并将热量以相变潜热的方式存储； [0020] 有明确热量需求时，经由投递口向储热箱体中投递三水合醋酸钠晶体颗粒，触发过冷态的相变储热材料凝固，而将存储的相变潜热充分释放； [0022] 在低温条件时，相变储热材料中储存的热量反向传导至太阳能电池板。 [0023] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0024] 本发明结构紧凑、合理，通过有效利用相变储热材料的稳定过冷特性，能够将太阳能电池板产生的无效热能进行长期可靠地稳定存储，不仅维持太阳能电池板在较低温度条件下运行，以提高、保障其电能生产效率，而且实现太阳能电池板电能、热能双重能量的利用，显著提高装置太阳能整体利用率。 [0025] 本发明还包括如下优点： [0026] 在实际使用中，本申请的太阳能热电联产电池板，可以在日间仅输出电能，热能则储存在内部；夜间时段无电能输出时，可输出内部存储的热能，实现太阳能热电联产电池板电能、热能输出解耦，达到电能、热能的分时输出功能。 [0027] 本发明中的蛇形换热管上端向着太阳能电池板的方向倾斜，下端背离太阳能电池板倾斜，助力于实现储热箱体底部远离太阳能电池板位置的相变储热材料的换流，同时也助力于实现储热箱体顶部靠近太阳能电池板位置处所构成的死角处的换流。 [0029] 图1为本发明的结构示意图。 [0030] 图2为本发明的爆炸图。 [0031] 图3为本发明储热箱体内蛇形换热管的布设示意图。 [0032] 图4为图3中A处的局部放大图。 [0033] 图5为本发明蛇形换热管在储热箱体内上疏下密的布设示意图。 [0034] 其中：1、支架；2、储热箱体；3、蛇形换热管；4、太阳能电池板；5、支撑座； [0035] 21、换热入口；22、投递口；23、换热出口； [0036] 31、直管部；32、出水管口； [0037] 51、内凹弧形结构。 具体实施方式[0038] 下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。 [0039] 如图1、图2和图3所示，本实施例的一种具有长时储热功能的太阳能热电联产电池板，包括支架1，支架1上倾斜安装有储热箱体2，储热箱体2上部倾斜的侧面上贴合安装有太阳能电池板4；储热箱体2内部安装有蛇形换热管3，蛇形换热管3上部朝向靠近太阳能电池板4的方向倾斜，蛇形换热管3下部朝向背离太阳能电池板4的方向倾斜，蛇形换热管3自上而下呈上疏下密的结构排布；储热箱体2内填充有相变储热材料。 [0040] 本实施例中，通过有效利用相变储热材料的稳定过冷特性，能够将太阳能电池板4产生的无效热能进行长期可靠地稳定存储，不仅维持太阳能电池板4在较低温度条件下运行，以提高、保障其电能生产效率，而且实现太阳能电池板4电能、热能双重能量的利用。 [0041] 本实施例中的蛇形换热管3上端向着太阳能电池板4的方向倾斜，下端背离太阳能电池板4倾斜，助力于实现储热箱体2底部远离太阳能电池板4位置的相变储热材料的换流，同时也助力于实现储热箱体2顶部靠近太阳能电池板4位置处所构成的死角处的换流。 [0042] 填充于储热箱体2中的相变储热材料，会发生固液相变，受重力等因素影响，将产生固体向下、液体在上的现象，为了换流充分，将蛇形换热管3设置为上疏下密的排布结构，以有效解决因重力等因素导致的换流不佳的问题，实现底部的加速换流。 [0043] 如图2和图5所示，蛇形换热管3包括有多根水平布设、相互平行的管子，相邻管子的端部衔接构成位于同一平面内的蛇形迂回结构；最上方管子的自由端伸向储热箱体2侧壁形成换热入口21，最下方管子的自由端弯折衔接有直管部31，直管部31端部向着储热箱体2弯折形成出水管口32，出水管口32从储热箱体2侧壁面上的换热出口23伸出；通过向蛇形换热管3内通入低温液体进行流通，在储热箱体2中实现换热。 [0044] 换热入口21与换热出口23位于储热箱体2的同一高度处，方便于外部换热装置的布设和配装。 [0045] 蛇形换热管3从上至下分为三个区域，中部区域中的管子数量多于上方区域中的管子数量，下部区域中的管子数量多于中部区域中的管子数量。 [0046] 在其中一个实施例中，如图5所示，可以将上部区域(Ⅰ)中的管子数量设置为为三根，中部区域(Ⅱ)中的管子数量为六根，下部区域(Ⅲ)中的管子数量为九根，从而满足于蛇形换热管3在储热箱体2中的排布布设需求。 [0047] 相变储热材料为具有稳定过冷特性的三水合醋酸钠复合相变储热材料，相变温度53～58℃，相变潜热200～215kJ/kg，储存的相变潜热在室温或低温状态下均可实现长期存储。 [0048] 本实施例中，利用三水合醋酸钠的稳定过冷特性进行长期储热时，所储存的相变潜热可在室温或低温状态下进行长期存储。 [0049] 储热箱体2内留有供相变储热材料体积变化的空余空间，以适应相变储热材料相变时的体积变化。 [0050] 蛇形换热管3上端管子距离太阳能电池板4的距离为5cm，蛇形换热管3下端管子距离储热箱体2内底面的距离为5cm；储热箱体2为长方体结构的密闭不锈钢壳体，与太阳能电池板4相贴合的储热箱体2壁面的厚度小于0.2mm，以保证前侧面上太阳能电池板4与储热箱体2之间热量的快速传递。 [0051] 本实施例中，储热箱体2相对于地面呈预设角度倾斜，蛇形换热管3则相对于储热箱体2呈相同方向的预设角度倾斜，从而实现并保证蛇形换热管3上端朝向靠近太阳能电池板4，蛇形换热管3下端则朝向靠近储热箱体2底面。 [0052] 在实际生产和使用中，可以将储热箱体2相对于地面设置为40°的倾斜角度，以保证太阳能电池板4的可靠吸能，同时将储热箱体2中蛇形换热管3相对于地面设置为同方向倾斜45°，以减少甚至避免换热死区，有效提升并保证换热充分。 [0054] 储热箱体2顶部设置有投递口22，经由投递口22向储热箱体2内投递相变储热材料晶体。 [0055] 如图4所示，储热箱体2内壁面上安装有向内延伸的支撑座5，支撑座5上设置有供蛇形换热管3支承配装的内凹弧形结构51，使得蛇形换热管3在储热箱体2中保持稳定、可靠的结构布设。 [0056] 在实际使用中，本申请的太阳能热电联产电池板，可以在日间仅输出电能，热能则储存在内部；夜间时段无电能输出时，可输出内部存储的热能，实现太阳能热电联产电池板电能、热能输出解耦，达到电能、热能的分时输出功能。 [0057] 在外界需要提供热量时，通过向储热箱体2内部投递三水合醋酸钠晶体颗粒，可触发储热箱体2内部过冷态相变储热材料的凝固过程，进而实现存储的相变潜热可控释放。 [0058] 本实施例的具有长时储热功能的太阳能热电联产电池板的使用方法，包括如下步骤： [0059] 工作状态下的太阳能电池板4将太阳能转化为电能，同时由太阳能电池板4产生的热量及由太阳光带来的热能，由与太阳能电池板4相贴合的储热箱体2中的相变储热材料吸收多余热量，并将热量以相变潜热的方式存储； [0060] 有明确热量需求时，经由投递口22向储热箱体2中投递三水合醋酸钠晶体颗粒，触发过冷态的相变储热材料凝固，而将存储的相变潜热充分释放； [0061] 在极端高温时，若相变储热材料达到预设温度值，比如85℃以上时，经由换热入口21向蛇形换热管3通入低温流体，以主动冷却的方式将热量快速转移至外部，以将温度维持在安全范围内，同时，由蛇形换热管3导出的热量可以向外部用户输送使用； [0062] 在低温条件时，相变储热材料中储存的热量反向传导至太阳能电池板4。 [0063] 在极端低温条件下，比如相变储热材料温度低于‑30℃时，过冷态相变储热材料会主动开启自发凝固过程，主动释放存储在过冷态相变储热材料中的相变潜热，并将热量传给前端太阳能电池板4，提高前端太阳能电池板4的温度，减弱低温环境对太阳能电池板4的影响。 [0064] 本实施例中，在太阳能电池板4处在正常温度区间或夜间低温区间时，相变储热材料8能够将太阳能电池板4产生的热量及由太阳光带来的热量全部存储，实现长时储热功能。 [0065] 在实际使用中，相较于现有太阳能板，本发明至少具有如下特点： [0066] 1)采用长时相变储热技术。相变储热材料在太阳能电池板4工作时，吸收电池板产生的多余热量，从而降低电池板的工作温度。所采用的相变储热材料在温度高于其熔点时由固态变为液态，但在其温度低于熔点时仍可保持液体状态进入过冷态。 [0067] 所采用的相变储热材为三水合醋酸钠复合相变储热材料，具有显著的稳定过冷特性，其熔点为53～58℃，该材料可在室温下长期保持稳定过冷状态，将热量以相变潜热的方式长期存储。在有明确的热量需求时，装置可通过投入三水合醋酸钠晶体颗粒的方式出发过冷态相变储热材料的凝固过程，将存储的相变潜热充分释放。 [0068] 2)在极端高温条件，相变储热材料温度达到85℃时，通过向蛇形换热管内通入低温换热流体，通过主动冷却的方式将多余热量快速转移到装置外部，将整个装置的温度维持在安全范围内，防止超温过热降低太阳能电池板的使用寿命与发电效率。 [0069] 3)在低温环境条件下，储存在相变储热材料中的热量会反向传导到太阳能电池板上，减弱低温环境对太阳能电池板的影响。 [0070] 4)在夜间环境及其他存在热负荷的时段，可以根据用户需求将储存在相变储热材料中的相变潜热释放，并通过换热流体将热量输出，以满足用户热负荷。 [0071] 本发明巧妙利用相变储热材料的过冷特性，实现太阳能电池板电能、热能双重能量的利用，显著提高装置太阳能整体利用率。 |
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