[发明专利]一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统

说明书

技术领域

本发明属于换热系统领域，尤其涉及一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统。

背景技术

太阳能光伏发电系统的原理是光电伏特效应。以晶体硅为例，P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生越迁成为自由电子并在P-N结两侧聚集形成电位差，外部接通电路后，便通过外部电路产生输出功率。工作过程的实质是光子能量转换为电能。但是太阳能电池板的光电转换效率不高，200μm-300μm厚的单晶硅电池片在实验条件下的转换效率为24.7％，普通商品仅为10％-18％，40m厚的单晶硅也只有20％的效率。所以，一般采用聚焦的方式把太阳能聚集到太阳能电池板上，减少电池板使用数目同时，保证用户用电需求。

但是，采用聚焦装置后，太阳能电池板温度容易过高，一般在100℃以上，甚至更高。温度每升高1K，输出电量减少0.2％-0.5％。一般的，太阳能电池板的工作温度为-40℃——90℃，最佳工作温度为25℃，使用寿命为25年，当温度过高时，寿命明显缩短。使用某实验条件下的多晶硅太阳能电池制成36片串电池组件，当组件工作温度为60℃时，比标准测试条件下的25±2℃高出35℃，组件的开路电压降低2.8W，最大工作效率降低15.8％。

因此，考虑蓄能板储存过高的热量。蓄能板内布置相变材料，其发生相变过程时可以将太阳能电池板过高的热量转移并存储于蓄能板内，而且相变温度在20-30℃范围内的相变材料广泛应用于太阳能领域。

为了将蓄能板中的热量进行释放，选取全年温度基本恒定的土壤源。从图文观测资料知，土层深度每增加1m，最高(或最低)温度出现的时间延迟20～30d，同时，随着土层深度的增加，土温的年变幅将迅速变小，土层＞20cm处的日变化曲线更几乎呈平行线。所以，冻土层以下的土壤温度基本不随环境的温度而变化，并基本维持在6℃，可以实现太阳能电池板热量的释放。此外，以吉林地区的冬季为例，室外温度-30℃时，冻土层1m以下的温度仍可达4℃。所以，室外温度低于0℃时，通过无机热管进行热量的反向传 递具有可行性。

与此同时，无机热管是一种有效的传热元件，并可实现双向流动。无机热管由密闭金属管体、传热工质、密封结构组成，它将热量通过很小的截面有效地传输而无需外加动力，无机热管本身不产生热能，也不储存热量，选择其做为蓄能板与土壤间的传热通道是合理的。

发明内容

针对上述存在的问题和现象，本发明提供一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，旨在合理利用清洁的可再生能源，提高太阳能电池板的光电转换效率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，包括：

太阳能电池板：其配置为将太阳能转换为电能；

相变材料：其配置为发生相变过程，吸收、释放潜热；

蓄能板：其配置为给相变材料提供布置场所，并储存太阳能电池板过高的热量或室外温度低于0℃时来自土壤的热量；

EVA胶黏剂：其配置为将蓄能板与太阳能电池板粘结在一起；

无机热管：其配置为将蓄能板的储热释放到土壤中，或在室外温度低于0℃时将土壤热量传递给蓄能板，起传热通道的作用；

土壤：其配置为该换热系统提供稳定的冷、热源。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的EVA胶黏剂为耐高温的粘结材料。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的蓄能板通过EVA胶黏剂与太阳能电池板粘结在一起。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的蓄能板内充相变材料，规格尺寸与90W光伏电池板尺寸(1194mm×542mm)相同，并做成高出太阳能电池板5cm的三面包边立体形状，最高位置的第四边不做包边。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的相变材料为相变温度在20-30℃范围内的固液材料。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的蓄能板上开设有圆形通孔以固定密封无机热管的一端。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的土壤通过地 下开孔形式实现与无机热管另一端的连接。

上述的一种应用于太阳能电池板的土壤源换热系统，其中，所述的无机热管管群在土壤中布置成方形，各热管间距保持一致。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：