混合太阳能电池组件联接器及其制造方法与流程

本发明涉及流体通过混合太阳能电池组件的输送。具体地，本发明涉及允许混合太阳能电池组件之间的液体循环加热连接的联接机构。

背景技术：

混合或pv-t太阳能电池组件是光伏(pv)和热组件的组合，其被设置成主要增加由太阳能电池组件的能量产额。在现有技术中已知利用来自太阳能pv组件的废热的基本概念已有数十年，尽管仍然存在阻碍解决方案的大规模应用的多个问题。由于pv相对较低的产额，并且为了将安装成本的经济性最大化，通常安装安装点所允许的尽可能大的pv阵列。为此，期望组件的高填充率，以允许可用空间的最大利用。光伏组件通常被设计为平坦层压件，包括：用于结构支撑并用作阻挡层的玻璃面板；包封在弹性聚合物中的晶体硅太阳能电池；和分层塑料聚合体背衬膜。为了在原位保持层压件被支撑且刚性，pv组件通常有框架。这通常采用挤出铝型材，选择它是因为其高强度重量比和耐候性。

可以经由可以为液态或气态的工作流体的循环从pv-t组件提取热量。在pv-t组件的情况下存在如下固有对立关系：提取的流体温度越高，流体越有用，然而硅pv电池的效率在较高温度下降低。为此，在pv-t组件中循环的流体系统应该尽可能地接近pv层压件温度。

太阳能电池组件的家庭安装几乎都在屋顶，以最大化可用空间的使用并保证向太阳的最大化暴露。

因为pv-t组件的安装通常在屋顶，因此将现场要进行的工作的复杂性最小化很有好处。为此，pv-t模块的一些设计纳入流体歧管作为组件结构的一部分。这意味着对于安装者来说流体分配工作被最小化；仅需要安装到组件的供给和回流管线，而不是必须构造单独的歧管以使流体流动平行。

泵送压力损失是针对pv-t组件的考虑因素。潜在性大量的组件导致的大的流体流动总距离加上循环流体的粘性以及用小的通道将总重量和流体体积最小化的期望，意味着通过模块阵列的压力损失可以是显著的。这意味着确保在流体回路内的所有点处最大的累积流动横截面是重要的。

现有技术详细描述了一般的流体联接器以及专用于混合pv-t组件和太阳能热组件的流体联接器。

us938425a(kelly，1909年10月26日公开)描述了一种可拆卸的3部分式管连接件，所述管连接件具有与公联接部件接合的联接螺母、和密封连接件的两个面的杯状垫圈，产生水密联接。

us1043294a(brinkop，1912年11月5日公开)描述了一种旋转连接件，其具有公部件、母部件和联接螺母。母部件可以在接合的联接状态下自由地旋转。

tw201416595a(imamurahitoshi等人，2014年5月1日公开)描述了一种具有螺纹连接的用于聚合物联接器的母构件、圆筒形孔和具有螺纹螺母的带凸缘的公部件。

ep1788321a3(wolfgang，2013年10月16日公开)描述了一种在连接导管的总管的端部与太阳能收集器之间的压力密封联接器。该连接具有设置为密封件的o形环，其中通向太阳能收集器的侧表面的连接管线的端部区域被设计成角度套筒。接头螺母固定在夹持在传热介质收集管的端部区域后面的保持垫圈上以用于对套筒的保持件中的o形环预先施加应力。管的端部区域设计为管套筒。

wo2008104561a2(bruno，2008年11月4日公开)描述了一种用于连接管的接头。母连接器具有用于使管穿过进入到插入件中的通孔。插入件具有设计成用于夹持管端的齿，并具有抵靠母部件的表面的圆锥表面。公部件也具有插入件，所述插入件压靠母插入件以进行密封。

ca2057952a1(frank等人，1992年6月25日公开)描述了一种用于连接流体系统的两个部件的装置。母连接使用接头螺母和带凸缘的管端将o形环压靠于公连接器上的倒圆面。公连接器固定(焊接)至过滤器。

cn203297766u(chenjun等人，2013年11月20日公开)描述了一种用于平板太阳能热收集器的连接装置。总管密封环布置在每个总管的突起管端之间。每一个管都具有环形突起部，所述环形突起部在橡胶连接套管中形成凸起。夹持箍位于突起环与框架之间并围绕连接套管。这将联接元件固定并密封就位。

us20100218809a1(garth等人，2010年9月2日公开)描述了一种混合组件，所述混合组件设计成装有从由太阳产生的太阳能生产热能和生产电能的装置。外壳是模制聚丙烯并包括凹部以容纳大的联接器。

ep2310733b1(tomasz等人，2012年5月30日公开)描述了一种用于太阳能收集器的管接头，所述管接头将连接器紧固到收集器壁，并穿过壁进行连接。连接器管是多边形的，并位于第二部件的插孔中，所述第二部件用于固定连接器并将管绝热。

ep2048453a1(lawrence，2009年4月15日公开)描述了一种太阳能电池板，所述太阳能电池板具有在总管上的定位键和在侧壁中的键槽以防止管道在电池板内的错位和扭转。

energetykasolarnaensolsp.zo.o.已经商业化了一种具有焊接双进歧管的pv-t组件。该产品使用被围在pv组件的框架中的平面热交换器。来自热交换器的流体连接件被焊接到蜿曲管歧管中。歧管穿过pv组件的框架并终止于管状管(tubularpipe)中。

solarzentrumallgau已经商业化一种太阳能pv-t组件，所述组件使用具有齿夹持连接管段的推入配合联接器。推入配合连接器嵌入在wo2007144113a1中所述的一体式聚氨酯框架中。塑料框架具有良好的可模制性，使得连接器可以凹入。然而，由于uv暴露，使用塑料将会限制太阳能电池组件的寿命。部件也是昂贵的，并且由于低强度而需要强化。

关于专用于太阳能电池组件的联接器，这些现有技术装置都具有设计限制，例如，组件的非最佳间距，材料选择和为了更接近最佳间距的机械设计的妥协，并且联接需要额外的部件以进行接合或以其它方式完成连接。因此，这里所述的是对现有技术加以改进的混合太阳能电池组件联接器及其制造方法。

技术实现要素：

根据本发明的第一实施方案，用于液体循环加热式太阳能电池板的流体联接器装有刚性框架，所述刚性框架当接合时具有15-25mm的框架与框架距离，所述流体联接器包括：刚性地附接至第一歧管的公联接器，所述公联接器具有与密封件接合的密封面，且其轴线平行于第一歧管的纵轴线；和母联接器，所述母联接器刚性地附接至第二歧管，所述母联接器具有与所述密封件接合的密封面，并且其中母联接器包括沿着第二歧管的轴线纵向受约束并围绕第二歧管的轴线可自由旋转的联接螺母。

任选地，刚性框架由金属制成。

任选地，公联接器以套管联接器终止于太阳能电池板组件内部，所述套管联接器在框架已经被施加到所述太阳能电池板组件之后被接合。

任选地，接合的构造建立公联接器的台肩与母联接器的台肩之间的距离，所述距离为与内部框架到框架距离的相同宽度，以使得联接器超出框架的突起量是恒定的。

任选地，母联接器以套管联接器终止于太阳能电池板组件内部，所述套管联接器在框架已经被施加到太阳能电池板组件之后被接合。

任选地，套管通过焊接或机加工形成。

任选地，接合的构造建立公联接器的台肩与母联接器的台肩之间的距离，所述距离具有与内部框架到框架距离相同的宽度，以使得联接器超出框架的突起量是恒定的。

任选地，自由旋转的螺母被限制在框架与母联接器的具有平坦面的主体元件的内部台肩之间。

任选地，联接螺母与公联接器接合，连续平直管件穿过多个太阳能电池板组件。

任选地，联接螺母与公联接器接合而形成连续管件，形成的连续管件具有恒定内径以最小化压力损失。

任选地，公联接器和母联接器由相同的材料制成以避免腐蚀。

任选地，框架的壁基本上是平坦的。

任选地，公联接器的直径大于框架中的穿通孔。

任选地，母联接器的直径大于框架中的穿通孔。

任选地，o形环密封件被限制在密封面中的一个中的环形沟槽中。

任选地，环形沟槽是斜角沟槽，所述斜角沟槽在o形环上提供有助于防止被保持在所述斜角沟槽中的o形环移位的正保持力。

任选地，流体联接器与装有刚性框架的第一和第二液体循环加热式太阳能电池板结合当被接合时具有15-25mm的框架与框架间距，所述联接器设置在所述间距中。

任选地，公联接器和母联接器延伸穿过设置在相应太阳能电池板组件的相应框架部分中的相应穿通孔，并且其中相应穿通孔中的每一个都包括防旋转结构，所述防旋转结构有助于在扭矩施加于所述联接螺母时防止歧管在所述穿通孔处相对于框架部分旋转。

任选地，防旋转结构包括一个或多个平坦边缘。

任选地，联接螺母由聚合物构成。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造混合太阳能电池板组件的方法，包括以下步骤：组装光伏层压件；使用粘合层将压焊式热交换器连接至所述层压件；将密封垫片和框架施加到所述组件；预组装联接器和管段以形成用于连接到中心歧管t形件中的套管；将所述套管-联接器段穿过联接螺母中的孔口和框架的穿通孔插入；以及在插入后将歧管连接至内部t形连接器。

附图说明

为了实现上述内容和相关目的，以下描述和附图详细地阐述了本发明的一些示例性实施方案。然而，这些实施方案只是表示了可以使用本发明原理的各种方式中的几个。本发明的其它目的、优点和新的特征当结合附图考虑时从本发明的以下详细说明变得清楚可见。

在附图中，类似的附图标记表示类似的部件或特征。

图1显示一种示例性的分离的联接部件的横截面，部分分解图显示了整个联接器的主要部件。

图2显示保持在母联接器主体元件与组件的框架之间的联接螺母。

图3显示穿过框架中的穿通孔的示例性母联接器主体元件的横截面。部件具有基本类似的横截面，以使得母部件不能在框架内旋转。

图4显示示例性的完全组装好的组件的平面图，完全组装好的歧管位于组件的框架内，从而将所有联接元件固定就位。

图5a-5d显示了抗旋转结构的多个实施方案。

图6详细显示了将o形环保持就位的示例性o形环沟槽。

图7a和7b显示密封面几何结构的另外两个实施方案。

具体实施方式

这里描述了用于混合光伏-热组件的联接机构和制造联接器的方法。作为非穷举的示例，优选的实施方案可以用作具有相关系统平衡的家庭或商业用太阳能装置的一部分，特别是用于混合太阳能电池组件的联接器。

一种示例性pv-t组件包括：pv层压件，即包含玻璃面板、eva(乙烯-醋酸乙烯酯)、硅pv电池、第二eva层和塑料背衬膜的分层结构；柔性粘合层；通过压焊法形成的一个或多个金属热交换器(例如铜或铝)；从压焊式热交换器突出的入口管和出口管；一个或多个t形件联接元件，所述联接元件优选机械接合至该管件；一对管状歧管，上述机械联接元件接合到所述歧管中，所述歧管从组件的框架延伸至相对的框架边缘；框架，所述框架包围pv-t组件，并具有歧管可以穿过的穿通孔以用于进入和离开组件；两个或更多个带螺纹的公联接元件，所述联接元件穿过框架突出并具有大于框架中的穿通孔的外径；相等数量的母联接部件，所述母联接部件具有大于框架中的穿通孔的外径；和带螺纹的联接螺母，所述联接螺母被约束在框架与母联接器的每个密封面之间并被保持。公联接元件或母联接元件可以具有表面沟槽，o形环位于所述沟槽中以将联接器在液压方面密封。母联接器可以具有平坦圆形表面，抵靠所述平坦圆形表面进行所述液压密封。母联接器还具有抵接在框架的外表面上的台肩，用于在组件框架的两个外缘之间将歧管保持就位。受保持的螺母被约束在母联接器部件与框架之间以用于接合联接器，所述联接器具有在另一组件或外部管道上的公部件。螺母围绕歧管轴线自由旋转，但是其纵向移动受到限制，从而将其保持就位。对联接螺母的限制减小了使螺母与公联接器部件充分接合所需的行程，从而减小了联接器的总长度，且不需要提供在框架外侧以隐藏多余部分的装置或使组件之间具有大的距离。

为了形成该装置，混合组件首先被组装为完整的层压件。然后使用粘合层将压焊式热交换器连接至层压件。然后将密封垫片和框架施加到组件。在组件加上框架之后，联接器和管段已经被预先组装以形成用于连接到中心歧管t形件中的套管。然后将套管-联接器段穿过联接螺母中的孔口和框架的穿通孔插入。进行到内部t形连接器的歧管连接，优选通过冷工艺(例如不需要使用任何焊接或钎焊)。联接器和穿通孔具有相容的非圆形横截面，以使得歧管不能在穿通孔内旋转，从而防止由于在连接期间可能出现的歧管扭曲而导致的损坏。联接元件、框架和歧管中的所有都可以由相同的材料(优选铝合金)制成，以使得线性热膨胀系数非常类似，并且部件之间的电转电位可忽略，从而将腐蚀最小化。

接合的连接可以承受高压(≧2.5巴)。使用螺纹连接引起的耐受高压能力意味着可以适应大的总回路压降，从而允许串联连接多串pv-t组件。

受控的间距实现了与多种广泛可获得的支架夹类型的兼容性：当接合时，常规的pv支架夹配合到相邻组件之间的大约20mm或更大的间隙中。因为本发明形成了当接合时大约20mm的间距，因此可以使用大多数类型的标准pv支架夹。

使用单个连接件容易安装。因为没有可拆卸部件(所有联接部件都被保持(螺母，o形环)，因此在安装期间没有什么能丢在在屋顶上)，因此缩短了安装时间。

因为组件间的间距通过本发明被最小化，得到组件的更大的填充率，这意味着可以将更多的组件安装在屋顶。还提供了更加分立的联接器和改善的美观性，且在组件之间具有较小的可见间隙。

该组装方法允许连接的直径比框架中的穿通孔大，从而允许通过歧管保持连续的内部管径，且不需要使裸管从框架突出。

联接元件、框架、歧管和热交换器中的所有都可以由相同的材料(优选铝)制成，这避免了与电偶腐蚀相关的任何问题。

由于联接器相对于突出长度的大直径，因此在联接器中具有较大的机械强度，这意味着联接器在运输中被损坏的可能性降低。

如果需要任何热加工来制造套管-联接器段，则由于组装的方法，可以远离电池板实施所述加工。

联接器穿过深度远低于50毫米的pv框架进行安装。用于pv组件的夹持装置具有大致小于50mm的最大颌开口，这意味着本发明可以与常规的pv支架系统一起使用。

如图4所示，混合组件使用最少一个热交换器12从光伏电池吸收的光的转换提取废热并从周围空气提取热能。热交换器12可以在一侧基本上是平坦的，从而与pv层压件的后表面平齐。热交换器12可以由金属(优选铜或铝)制成以提供高导热性。

热交换器12连接至层压件，所述层压件包括玻璃面板、eva、硅pv电池、第二eva层和塑料背衬膜。在一种实施方案中由泡沫亚克力胶带制成的粘合层将平坦热交换器12附接至层压件的塑料背衬膜。

橡胶垫片被施加到层压件的周边以防止水进入。框架8的各段则被施加到层压件的边缘以用于支撑，并例如使用螺钉固定。

如图3中详细地所示，框架8的两个相对边缘包含非圆形穿通孔10，所述穿通孔用于让歧管9穿过并且还与联接器对接并防止轴向旋转。

如图1和图2所示，管状金属管段形成流动分布歧管9。预先附接至歧管管段5(例如焊接到管段5上)的一个母管联接器1和一个公管联接器3穿过框架8中的相对的穿通孔10。

公联接器3和母联接器1连接各自包括密封件，所述密封件的轴线平行于歧管的轴线。母联接器1包括联接螺母，联接器1的其它部分在穿过框架8之前首先穿过所述联接螺母。

这些管段然后通过机械连接被固定和锁定就位，以使得到每个框架8的外缘的距离与朝外的公联接器3和母联接器1之间的距离匹配。这防止联接器和框架8两者移动，并将联接螺母2锁定就位，从而防止其大致纵向移动，但是允许绕着歧管9轴线自由旋转。

如图2详细地所示，母联接器1包括联接器主体15，螺母绕所述联接器主体旋转。主体15包括台阶式设计，所述台阶式设计具有延伸穿过框架的开口10的第一(近端)部分16并包括任意防旋转结构。

紧邻第一部分16的是第二(中间)部分17，所述第二部分的外径大于第一部分16，从而形成防止主体15更进一步进入框架的台肩18。

紧邻第二部分的是第三(远端)部分19，所述第三部分的外径大于第二部分17，从而形成一台肩20，螺母当与公联接器3接合时抵靠所述台肩将母联接器1推靠在公联接器3上。

内孔21包括里面安装有歧管9的台阶式沉孔。孔的内径优选地与歧管的内径相同。

联接元件、框架和歧管中的所有都可以由相同的材料(优选铝合金)制成，以使得线性热膨胀系数非常类似，并且部件之间的电转电位可忽略，从而将腐蚀最小化。

在另一种实施方案中，联接螺母2由聚合物构成。

热交换器12具有焊接的或以其它方式固定的管段，所述管段也被固定到歧管9的t形联接器13中。使用已经焊接到压焊板的通道结构中的这些管，流体进入和离开热交换器12。

优选地，公联接器3和母联接器1以及歧管9的孔11是相同或类似的，以使得离开或进入联接器的流动不受限制。特别是，联接器1、3的内径等于歧管9的内径。

提供对母联接器1的密封面7的液压密封的o形环4优选地位于公联接器3的斜角圆形沟槽6内，以使得所述o形环被保持就位，从而防止o形环4容易地移位。

在另一种实施方案中，公联接器3与母联接器1之间的密封件4是设置在公联接器3与母联接器1的端面之间的环形盘，所述环形盘例如由弹性材料或纤维材料制成，并保持液压密封。

如图4所示，在一种实施方案中，公联接器3和母联接器1元件构造成具有套管端截面。它们在框架8已被施加之后以类似的方式被组装，并穿过穿通孔10以产生歧管9，但是直接接合到歧管9中，不需要通过焊接或类似工艺将管段单独地固定到联接器中。联接器1、3和管段可以被预先组装以形成用于连接到中心歧管t形件13中的套管。在太阳能电池板组件加上框架之后，套管-联接器段则被穿过联接螺母中的孔口和穿通孔插入。进行到内部t形连接器13的歧管连接，优选地通过冷工艺(例如不需要使用任何焊接或钎焊)。

在其它实施方案中，例如在图5a-5d所示的实施方案中，公联接器3和母联接器1以及框架8的防旋转结构14具有提高对旋转的机械抵抗的结构。防旋转结构1014是基本上非圆形，包括防止歧管9旋转的结构。这些结构1014可以包括用于对准的多个平坦段和/或键段。平坦段的数量可以优选地是2、4、5或6。在任何情况下，公联接器3和母联接器1将包括与开口10的结构匹配的互补结构。例如，开口可以包括如图5的第二实施方案所示的一个或多个锁定凹口，并且相对应的联接器将包括一个或多个互补的键凸起以配合在(一个或多个)锁定凹口中。作为补充或者作为替代，开口可以包括一个或多个键凸起，并且相对应的联接器将包括相对应的互补锁定凹口。

在其它实施方案中，例如，在图7a和7b中所示的实施方案中，密封面不垂直于密封件的轴线。密封面7可以例如是公联接元件3或母联接元件1中的一个或两者的外径处的倒角边缘。环形沟槽6可以延伸到联接元件13的外缘，以降低加工成本。

虽然已经针对某一实施方案或某些实施方案呈现和描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读和理解该说明书和附图后可以想到等效改变和修改。特别地，对于由上述元件(部件、组件、装置、组分等)执行的各种功能，除非另有说明，用于描述这些元件的术语(包括对“装置”的描述)旨在对应于执行所述元件的指定功能(即，在功能上等效)的任何元件，即使未在结构上等效于执行这里所述的本发明的一个或多个示例性实施方案的功能的所公开的结构。另外，虽然仅针对多个实施方案中的一个或多个在以上描述了本发明的具体特征，但是当可能期望并且对于任何给定或具体应用有利时，该特征可以与其它实施方案的一个或多个其它特征结合。

附图标记列表

1：母联接器

2：联接螺母

3：公联接器

4：o形环

5：焊接接头

6：o形环沟槽

7：密封面

8：框架

9：歧管

10：框架穿通孔防旋转结构

11：管孔

12：压焊式热交换器

13：歧管t形联接器

14：联接器防旋转结构

15：母联接器主体元件

16：联接器主体元件的第一部分

17：联接器主体元件的第二部分

18：台肩

19：联接器主体元件的第三部分

20：台肩

21：内孔