一種基于納米流體的太陽能電熱聯用裝置的制作方法

本發明涉及一種基于納米流體的太陽能電熱聯用裝置，屬于光伏技術領域。

背景技術：

太陽能電池是通過太陽光激勵半導體中的電子產生移動而產生電能的，其中光線進入電池后，能量大于“禁帶”寬度的光子（波長小于截止波長的光子）被太陽能電池吸收產生電子-空穴對，但還有一部分光線在短時間內以熱的形式傳給了半導體晶格；能量小于“禁帶”寬度的光子不能產生空穴對，而在太陽能電池中以熱量的形式損失掉。對于硅太陽能電池，該損失占入射太陽光總能量的53%.一般的硅電池在波長為700-1100nm的光照條件下光電轉化效率可以達到50%以上，而在這個波段區間之外電池的光電轉換效率則較低。其中波長在700-1100nm之外的光線大部分轉化為熱能，這部分能量是造成太陽能電池板溫度升高的主要原因，而溫度升高對太陽能電池板的光電轉換效率有很大的影響。如何解決太陽電池板溫升導致光電轉換效率降低的問題是提高太陽能電池效率的關鍵。

技術實現要素：

目的：為了解決上述問題，本發明提供了一種基于納米流體的太陽能電熱聯用裝置，采用分離式納米流道，采用不同的納米流體對太陽能電熱聯用裝置產生的熱量進行分層次吸收，對比傳統PV/T裝置有著更加高效的散熱作用，并能夠大幅度提高系統光伏熱綜合利用效率。

本發明的技術方案如下：

一種基于納米流體的太陽能電熱聯用裝置，包括PV/T集熱板、換熱水箱、第一納米流體箱、第二納米流體箱、第一蠕動泵、第二蠕動泵、第一流量計、第二流量計、第一熱電偶、第二熱電偶、第一管道、第二管道、冷水箱、冷水管道、第三蠕動泵、第四蠕動泵、 熱水管道；其中，所述PV/T集熱板、換熱水箱、第一納米流體箱、第一蠕動泵、第一流量計和第一熱電偶通過第一管道按順序連接形成循環，所述PV/T集熱板、換熱水箱、第二納米流體箱、第二蠕動泵、第二熱電偶和第二流量計通過第二管道按順序連接形成循環，所述冷水箱通過第三蠕動泵由冷水管道連通換熱水箱，所述換熱水箱通過第四蠕動泵由熱水管道與生活熱水端連通，所述換熱水箱下端通過水閥連通出水口，所述第一流量計和第一蠕動泵之間以及第二蠕動泵和第二熱電偶之間均設有一水閥。

優選地，所述PV/T集熱板包括PV板、濾光流道、背板散熱流道、空氣夾層和保溫層，所述濾光流道由上、下兩塊高透光石英玻璃板作為流道壁面，所述PV板設置在濾光流道下方，且濾光流道與PV板之間設有空氣夾層，所述PV板下方設有背板散熱流道，所述背板散熱流道的下方設有保溫層，所述濾光流道的兩端通過第一管道分別連接第一熱電偶和換熱水箱，所述背板散熱流道的兩端通過第二管道分別與第二流量計和換熱水箱連接，所述PV板與光電單元連接，用于對PV板所產電能進行儲存與利用。

優選地，所述第一納米流體箱和第二納米流體箱上均設有納米流體添加口。

優選地，所述第一納米流體箱中的第一納米流體為平均粒徑為15nm的二氧化硅納米顆粒配制的穩定懸浮液。

優選地，所述第二納米流體箱中的第二納米流體為平均粒徑為20nm的銅納米顆粒配制成的穩定懸浮液。

有益效果：本發明提供一種基于納米流體的太陽能電熱聯用裝置，將太陽能光電利用和光熱利用有機地結合起來，不僅解決了太陽能電池板的溫升問題，還能將太陽輻射產生的余熱利用起來，從而提高對太陽能的綜合利用效率,此外由于納米流體對太陽輻射有著選擇性吸收特性，其可將近紅外以及紅外輻射幾乎完全吸收，進一步提高了太陽能電池光電轉換效率。

附圖說明

圖1是本發明分離流道式PV/T系統原理圖。

圖2是PV/T集熱板簡圖。

圖中：PV/T集熱板1、PV板1-1、濾光流道1-2、背板散熱流道1-3、空氣夾層1-4、保溫層1-5、玻璃板1-6、納米流體進口1-7、納米流體出口1-8、換熱水箱2、第一納米流體箱3、第二納米流體箱4、第一蠕動泵5、第二蠕動泵6、第一流量計7、第二流量計8、第一熱電偶9、第二熱電偶10、第一管道11、第二管道12、冷水箱13、冷水管道14、第三蠕動泵15、第四蠕動泵16、 熱水管道17、水閥18、納米流體添加口19。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

如圖1-2所示，一種基于納米流體的太陽能電熱聯用裝置，包括PV/T（光伏光熱一體化）集熱板1、換熱水箱2、第一納米流體箱3、第二納米流體箱4、第一蠕動泵5、第二蠕動泵6、第一流量計7、第二流量計8、第一熱電偶9、第二熱電偶10、第一管道11、第二管道12、冷水箱13、冷水管道14、第三蠕動泵15、第四蠕動泵16、 熱水管道17；其中，所述PV/T集熱板1、換熱水箱2、第一納米流體箱3、第一蠕動泵5、第一流量計7和第一熱電偶9通過第一管道11按順序連接形成循環，所述PV/T集熱板1、換熱水箱2、第二納米流體箱4、第二蠕動泵6、第二熱電偶10和第二流量計8通過第二管道12按順序連接形成循環，所述冷水箱13通過第三蠕動泵15由冷水管道14連通換熱水箱2，所述換熱水箱2通過第四蠕動泵16由熱水管道17與生活熱水端連通，所述換熱水箱2下端通過水閥18連通出水口，所述第一流量計7和第一蠕動泵5之間以及第二蠕動泵6和第二熱電偶10之間均設有一水閥18(此處水閥的作用是更換納米流體時，便于將管道中的納米流體排放干凈)。

優選地，所述PV/T集熱板1包括PV板1-1、濾光流道1-2、背板散熱流道1-3、空氣夾層1-4、納米流體進口1-7、納米流體出口1-8和保溫層1-5，所述濾光流道1-2由上、下兩塊高透光石英玻璃板1-6作為流道壁面（玻璃板具有良好的透光性能和防水性能，故選用玻璃板作為流道壁面），所述PV板1-1設置在濾光流道1-2下方，且濾光流道1-2與PV板1-1之間設有空氣夾層1-4（由于濾光流道1-2吸收很大一部分太陽能并轉換為熱能，為了避免濾光流道1-2的的熱量傳遞到PV板1-1表面故設置空氣夾層1-4），所述PV板1-1下方設有背板散熱流道1-3，所述背板散熱流道1-3的下方設有保溫層1-5（可以防止背板散熱流道1-3吸收的熱量向外部環境散失。），所述濾光流道1-2的兩端進出口通過第一管道11分別連接第一熱電偶9和換熱水箱2，所述背板散熱流道1-3的兩端進出口通過第二管道12分別與第二流量計8和換熱水箱2連接，所述PV板1-1（光伏板）與光電單元連接，用于對PV板所產電能進行儲存與利用。

優選地，所述第一納米流體箱3和第二納米流體箱4上均設有納米流體添加口。

優選地，所述第一納米流體箱3中的第一納米流體為平均粒徑為15nm的二氧化硅納米顆粒配制的穩定懸浮液。

優選地，所述第二納米流體箱4中的第二納米流體為平均粒徑為20nm的銅納米顆粒配制成的穩定懸浮液。

本發明的工作原理如下：

本發明中第一納米流體箱3中第一納米流體采用15nm二氧化硅（SiO₂）納米顆粒配制的穩定懸浮液，第二納米流體箱4中第二納米流體采用20nm銅（Cu）納米顆粒配制成的穩定懸浮液，前者具有優良的輻射分頻特性，后者則具有優良的導熱特性；第一納米流體經過第一蠕動泵5在第一管道11中進行循環，并進入PV/T集熱板1的濾光流道1-2中，形成濾光流體層，由于二氧化硅（SiO₂）納米顆粒具有優良的輻射分頻特性，太陽輻射透過濾光流道后，其中的PV板電池不能利用的紅外輻射被第一納米流體吸收，并轉化為熱能，第一納米流體隨后進入換熱水箱中，將熱量傳遞給冷水，完成換熱循環；背板散熱流道位于太陽能電池背面，其中采用第二納米流體作為工作介質，由于太陽能電池并不將投射到其表面的太陽能輻射完全轉化為電能，還有相當大的一部分輻射轉為熱能，為了避免這部分熱使得電池板溫度升高影響光電轉換效率，故設置背板散熱通道，當第二納米流體將太陽能電池板上的熱量帶走后，其進入換熱水箱2，將熱量傳遞到冷水中，使得冷水水溫升高，然后作為生活熱水進行利用。第一納米流體箱3和第二納米流體箱4中均設置了納米流體添加口，方便為系統添加納米流體；蠕動泵為納米流體與水循環提供動力，蠕動泵可以對系統中工質流速進行無級調速，其中蠕動泵耗能來自太陽能電池板所生產電能，工作流體流速很小其能耗很低；熱電偶對系統內部液體工質進行溫度監控；流量計對系統工質流速進行監控；冷水箱為系統提供冷水水源。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。