一种建筑用非跟踪的复合平面型双侧聚光光伏光热组件的制作方法

本实用新型属于建筑节能技术与能源应用领域，涉及一种非跟踪的复合平面型双侧聚光光伏光热组件，尤其涉及太阳光的光热与光电转换过程，建筑一体化，实现太阳能的综合利用。

背景技术：

随着传统能源的减少与环境问题的加剧，新能源的使用成为研究的重要内容。新能源中太阳能是一种清洁且永不枯竭的可再生能源，而我国的太阳能资源丰富，仅陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50×10¹⁸kj，因此研究应用太阳能意义重大，其中光伏光热系统是一种对太阳能可以有效进行多层次利用的系统，但太阳能也有着分别广泛，单位面积辐射较低的问题，故需要结合聚光器进行研究。目前有的跟踪聚光器往往存在成本高和难以实现建筑一体化的问题，非跟踪聚光器存在全年输出不稳定的情况，需要针对这两方面进行考虑研究。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种非跟踪的复合平面型双侧聚光光伏光热组件，该组件通过上下两面光伏板的设计实现全年输出稳定，同时上下面均有聚光器，可以有效提高系统光热光电效率。该组件结构简单，制作方便，易于加工生产，其聚光器属于低倍聚光器，较高倍聚光器的表面温度更低更安全，易于与安装在建筑上。

本实用新型的技术方案为：

一种非跟踪的复合平面型双侧聚光光伏光热组件，该复合平面型双侧聚光光伏光热组件作为建筑围护结构的一个构件，或直接放置于建筑上接收全天光照的空地，如楼顶处；该复合平面型双侧聚光光伏光热组件包括反射板1、冷却水管2、保温层3、光伏板4、吸热板5和连接层6；

所述的保温层3为三棱柱型，其内部布置有一根同进同出的s形冷却水管2；保温层3的两侧面从内而外依次为连接层6、吸热板5和光伏板4；保温层3的两侧面底边线均连接有反射板1；利用反射板1提高到达光伏板4的太阳辐射强度，进而达到提高光伏板4输出功率的目的，冷却水管5对光伏板4进行冷却，达到提高光伏板4效率的目的，同时将热量收集到冷却水管2的水中，保温层3减小了热量的散失。

所述的反射板1采用高反射率材料，如镜面钢板与平面镜等；下侧光伏板ob的设计方式与申请号201710944097.5中公开的光伏板的设计方式相同，上侧光伏板oa的设计方式如下：

如图2所示，以o为坐标原点，下侧光伏板ob为y轴下半轴，垂直于ob且过o点的直线为x轴，设当地纬度为上侧光伏板oa与x轴负半轴的倾斜角α，α等于设计入射角θ0为y正半轴与光线角度，且反射镜块数n根据实际需要确定，且聚光比随n提高而提高，光照均匀性随n提高而降低，图中以n＝3为例。

根据下列公式确定上侧反射板的位置；β′i为反射板p’i-1p’i与x轴负半轴间夹角，其中，i>1；β′1为反射板bp’1与x轴负半轴间夹角，r为上侧光伏板oa的长度，令则反射板1的端点p’i坐标为：

以最大几何聚光比cr为目标，确定各倾角β′i，最终得到各倾角的确定公式：

式中：β′min为反射板可设置的最小倾角，β′max为反射板可设置的最大倾角，n为反射板总块数。

所述的冷却水管2采用传热较高的金属管道，其中的冷却介质为蓄热能力较好的；

所述的保温层3采用保温棉或是其他保温填充材料；

所述的吸热板5采用与冷却水管2相同材料的金属薄片，并与冷却水管2通过焊接连接；

所述的连接层6材料为导热胶泥，将光伏板4与吸热板5保证传热良好情况下连接在一起。

本实用新型的效果和益处：多层次充分利用太阳能，将光热光电结合在一起，同时使用聚光器增强组件输出功率，充分考虑到非跟踪形式存在的冬夏季输出功率差异明显的问题，采用上下两侧同时加装光伏板的设计，并采用不同的设计入射角，保证全年输出较高且稳定。同时将上下两光伏板合装为同一组件，提高了冷却水的出水温度，提高系统热效率。结构与建筑上较多围护结构相似，可以作为其替代组件实现建筑一体化，如挑檐。

附图说明

图1是本实用新型聚光光伏光热组件的结构示意图。

图2是本实用新型聚光光伏光热组件的工作示意图。

图3是本实用新型聚光光伏光热组件的细节示意图。

图4(a)是本实用新型聚光光伏光热组件下侧光伏板上能流分布在纬度为39°附近的夏季模拟结果。

图4(b)是本实用新型聚光光伏光热组件上侧光伏板上能流分布在纬度为39°附近的夏季模拟结果。

图5(a)是本实用新型聚光光伏光热组件下侧光伏板上能流分布在纬度为39°附近的春秋季模拟结果。

图5(b)是本实用新型聚光光伏光热组件上侧光伏板上能流分布在纬度为39°附近的春秋季模拟结果。

图6(a)是本实用新型聚光光伏光热组件下侧光伏板上能流分布在纬度为39°附近的冬秋季模拟结果。

图6(b)是本实用新型聚光光伏光热组件上侧光伏板上能流分布在纬度为39°附近的冬秋季模拟结果。

具体实施方式

为了更好地描述本实用新型的特点，以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施方式。

实施例一：

1.条件设置：安装地点为纬度39°附近，安装位置为建筑挑檐。

2.设计过程：反射板1选用平面镜，冷却水管2选用铜管，保温层3采用保温棉，光伏板4采用单晶硅板，吸热板5采用薄铜板，连接层6选择导热胶泥。上侧光伏板倾斜角设计入射角反射镜块数n取3。β′i为反射板bp’i的倾角，r为光伏板ob的长度。

令则p’1坐标为

令则p’2坐标为

令则p’3坐标为

以最大几何聚光比cr为目标，确定各倾角β′i，最终得到各倾角的确定公式：

确定出纬度为39°时β′min＝63°，β′max＝105°。

最后求出各反射板倾角β′1、β′2、β′3分别为77°、91°、105°。几何聚光比cr为1.5。

下侧经计算得到聚光比为2，与上侧相近，经过tracepro模拟分析，以太阳直射辐射强度为1000w/m²入射进行模拟，上侧与下侧的最高输出功率时间分别为冬季与夏季，上侧与下侧的最低输出功率时间分别为夏季与东季，恰好互补，能较好平衡该组件的全年总输出。图4、5、6为模拟结果，左图为下侧模拟结果，右图为上侧模拟结果，图的x轴为集热器水平位置，y轴为太阳辐射强度。