懸掛式太陽能薄膜電池耦合熱氣流發(fā)電供暖裝置及其方法與流程

本發(fā)明屬于太陽能發(fā)電和熱利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種懸掛式太陽能薄膜電池耦合熱氣流發(fā)電供暖裝置及其方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)今世界面臨著能源緊缺和環(huán)境污染的問題，向太陽這個取之不盡的清潔能源寶庫索取能量，已成為世界各國今后能源開發(fā)的主要目標(biāo)，其中太陽能發(fā)電應(yīng)是提供未來大規(guī)模電力的主力。太陽能發(fā)電分為太陽能熱動力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電，太陽能熱動力發(fā)電需要集中用地、由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資成本高，目前尚未形成產(chǎn)業(yè)化，而太陽能光伏發(fā)電已是目前太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)，技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)化程度高，并且方便與建筑物相結(jié)合構(gòu)建分布式能源。目前太陽能光伏方陣一般布置在建筑物的屋頂以便于采光，但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，未來的高層建筑物越來越多，屋頂采光面積的比重減小，外墻采光面積的比重增大，因此將太陽能光伏方陣布置在高層建筑物外墻上具有良好的發(fā)展前景。

太陽能電池主要分為硅晶體電池和薄膜電池，目前硅晶體電池占據(jù)主流市場，但原料硅提純工藝存在高污染問題，不利于未來社會的可持續(xù)發(fā)展，并且在實際應(yīng)用中，晶體硅電池由于其溫度效應(yīng)和光譜響應(yīng)范圍窄的影響，使原本較高的光電轉(zhuǎn)換效率大打折扣，從而影響光伏組件的實際發(fā)電量。而薄膜電池具有成本較低、能耗低、污染小、耐熱性好、弱光性能好等特點，因此被認(rèn)為是新一代有前途的太陽能電池。薄膜電池可分為透光型薄膜電池和不透光型薄膜電池，其中透光型薄膜電池的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，尤其適合與建筑物相結(jié)合。雖然薄膜電池的弱光性能較好，但目前薄膜電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍很低，轉(zhuǎn)化過程中太陽能的大部分能量都轉(zhuǎn)化為熱能白白損失掉了，對這部分能量進行回收和利用具有重要的節(jié)能價值。鑒于現(xiàn)階段我國冬季霧霾污染嚴(yán)重，采用不消耗化石燃料的清潔供暖方式迫在眉睫，若能將太陽能中未進行光電轉(zhuǎn)化的輻射能進行合理利用，冬季用于清潔供暖，夏季用于電網(wǎng)調(diào)峰，將對我國經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護產(chǎn)生十分重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能利用率高、兼有發(fā)電供暖及蓄熱功能、結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、應(yīng)用范圍廣的懸掛式太陽能薄膜電池耦合熱氣流發(fā)電供暖裝置。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種將太陽能薄膜電池發(fā)電和太陽能熱空氣發(fā)電及供暖相耦合，實現(xiàn)太陽能綜合全面利用的方法。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

本發(fā)明是一種懸掛式太陽能薄膜電池耦合熱氣流發(fā)電供暖裝置，它包括殼體、保溫密封材料、透明材料、透光薄膜電池、蓄熱體、絕熱材料、調(diào)節(jié)擋板、風(fēng)力發(fā)電機、支架；所述的發(fā)電供暖裝置為具有一定厚度的立式長方條形面板，其由外向內(nèi)分為五層結(jié)構(gòu)，分別為透明層、電池層、空氣層、蓄熱層和絕熱層；所述的殼體構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的頂面、底面和兩側(cè)面，并在殼體的內(nèi)側(cè)填充保溫密封材料；所述的透明材料構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的透明層，并在透明層的底部設(shè)有帶濾網(wǎng)的進風(fēng)口，頂部設(shè)有出風(fēng)口；所述的透光薄膜電池粘附在透明材料上構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的電池層；所述的絕熱材料構(gòu)成發(fā)電供暖裝置的絕熱層，并在絕熱層的頂部設(shè)有出風(fēng)口；所述的蓄熱體粘附在絕熱材料上構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的蓄熱層；電池層和蓄熱層之間保持一定的間距，其形成的夾層空間構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的空氣層，該空氣層不僅通過發(fā)電供暖裝置透明層的進風(fēng)口和出風(fēng)口與室外環(huán)境相通，并且通過發(fā)電供暖裝置絕熱層的出風(fēng)口與室內(nèi)環(huán)境相通；所述的調(diào)節(jié)擋板安裝在殼體的頂面內(nèi)壁中間位置；所述的風(fēng)力發(fā)電機安裝在發(fā)電供暖裝置透明層的出風(fēng)口位置；所述的支架與發(fā)電供暖裝置的殼體以及絕熱材料進行焊接并將整個裝置固定安裝在高層建筑物的外墻墻體上。

利用上述懸掛式太陽能薄膜電池耦合熱氣流發(fā)電供暖裝置的太陽能利用方法，它包括以下步驟：

1）白天直射和漫射的太陽光穿過發(fā)電供暖裝置透明層的透明材料到達發(fā)電供暖裝置電池層的透光薄膜電池表面；一部分太陽光被薄膜電池吸收，其余太陽光穿透薄膜電池到達發(fā)電供暖裝置蓄熱層的蓄熱體表面；

2）被薄膜電池吸收的太陽光的部分能量通過光伏效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能向外輸出，剩余能量轉(zhuǎn)化為熱能向發(fā)電供暖裝置空氣層的空氣傳遞熱量；

3）到達蓄熱體表面的太陽輻射能被蓄熱體吸收，蓄熱體溫度升高并向發(fā)電供暖裝置空氣層的空氣傳遞熱量最后達到平衡溫度，夜間蓄熱體對發(fā)電供暖裝置空氣層的空氣繼續(xù)放熱，蓄熱體溫度逐漸降低；

4)發(fā)電供暖裝置空氣層內(nèi)形成的熱空氣向上流動不斷吸熱并膨脹加速，越來越多的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽⒃陧敳砍隹谔師崮苻D(zhuǎn)變?yōu)閯幽艿谋壤_到最大；夏季期間將調(diào)節(jié)擋板向內(nèi)移動關(guān)閉發(fā)電供暖裝置絕熱層的出風(fēng)口，高速熱氣流從發(fā)電供暖裝置透明層的出風(fēng)口排出對風(fēng)力發(fā)電機進行做功發(fā)電；冬季期間將調(diào)節(jié)擋板向外移動關(guān)閉發(fā)電供暖裝置透明層的出風(fēng)口，熱氣流從發(fā)電供暖裝置絕熱層的出風(fēng)口排出對室內(nèi)進行供暖；而外界冷空氣在壓差作用下從發(fā)電供暖裝置透明層的進風(fēng)口進入發(fā)電供暖裝置空氣層進行補充。

采用上述方案后，本發(fā)明具有以下幾個特點：

1、太陽能利用率高。本發(fā)明中，一部分太陽光通過薄膜電池發(fā)電，發(fā)揮了薄膜電池光譜響應(yīng)范圍寬的優(yōu)點，并充分利用薄膜電池的散熱用于加熱空氣，使這部分太陽光能量利用率很高，其余陽光穿透薄膜電池用于加熱蓄熱體，通過蓄熱體的吸放熱過程得到充分利用，因此本發(fā)明的太陽能利用率很高。

2、兼有發(fā)電、供暖和蓄熱功能。本發(fā)明夏季可提供最大的發(fā)電量，冬季則可以同時滿足發(fā)電和供暖的需求，并通過蓄熱功能實現(xiàn)裝置晝夜連續(xù)穩(wěn)定運行的性能。

3、裝置結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便。該裝置是一種內(nèi)部布置合理緊湊的面板結(jié)構(gòu)，容易固定安裝在高層建筑物的外墻墻體上，也容易進行拆卸和轉(zhuǎn)移到其它建筑物上。

4、應(yīng)用范圍廣。該裝置可以緊貼牢固地布置于高層建筑物的外墻墻體上，具有采光面積大，占用空間小，超強抗風(fēng)性的特點，同時不影響建筑物美觀，因此具有很廣泛的應(yīng)用范圍。

綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是：太陽能利用率高、兼有發(fā)電與供暖以及蓄熱功能、結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、應(yīng)用范圍廣。因此本發(fā)明可成為太陽能應(yīng)用中容易推廣的一種技術(shù)，尤其適合與高層建筑物相結(jié)合，進行低成本模塊化生產(chǎn)，可被廣泛應(yīng)用于太陽能技術(shù)領(lǐng)域中。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖2是本發(fā)明的裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3是本發(fā)明的裝置戶外安裝示意圖。

具體實施方式

一、裝置

如圖1、圖2所示，本發(fā)明是一種懸掛式太陽能薄膜電池耦合熱氣流發(fā)電供暖裝置，它包括殼體1、保溫密封材料2、透明材料3、透光薄膜電池4、蓄熱體5、絕熱材料6、調(diào)節(jié)擋板7、風(fēng)力發(fā)電機8、支架9；

所述的發(fā)電供暖裝置為具有一定厚度的立式長方條形面板，其由外向內(nèi)分為五層結(jié)構(gòu)，分別為透明層、電池層、空氣層、蓄熱層和絕熱層；所述的殼體1構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的頂面11、底面12和兩側(cè)面13，并在殼體1的內(nèi)側(cè)填充保溫密封材料2；所述的透明材料3構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的透明層，并在透明層的底部設(shè)有帶濾網(wǎng)的進風(fēng)口31，頂部設(shè)有出風(fēng)口32；所述的透光薄膜電池4粘附在透明材料3上構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的電池層；所述的絕熱材料6構(gòu)成發(fā)電供暖裝置的絕熱層，并在絕熱層的頂部設(shè)有出風(fēng)口61；所述的蓄熱體5粘附在絕熱材料6上構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的蓄熱層；電池層和蓄熱層之間保持一定的間距，其形成的夾層空間構(gòu)成了發(fā)電供暖裝置的空氣層，該空氣層不僅通過發(fā)電供暖裝置透明層的進風(fēng)口31和出風(fēng)口32與室外環(huán)境相通，并且通過發(fā)電供暖裝置絕熱層的出風(fēng)口61與室內(nèi)環(huán)境相通；所述的調(diào)節(jié)擋板7安裝在殼體1的頂面11內(nèi)壁中間位置；所述的風(fēng)力發(fā)電機8安裝在發(fā)電供暖裝置透明層的出風(fēng)口32位置；所述的支架9與發(fā)電供暖裝置的殼體1以及絕熱材料6進行焊接并將整個裝置固定安裝在高層建筑物的外墻墻體上。

二、方法

如圖1、圖2所示，本發(fā)明是一種懸掛式太陽能薄膜電池耦合熱氣流發(fā)電供暖方法，它包括以下步驟：

1）白天直射和漫射的太陽光穿過發(fā)電供暖裝置透明層的透明材料3到達發(fā)電供暖裝置電池層的透光薄膜電池4表面；一部分太陽光被薄膜電池4吸收，其余太陽光穿透薄膜電池4到達發(fā)電供暖裝置蓄熱層的蓄熱體5表面；

2）被薄膜電池4吸收的太陽光的部分能量通過光伏效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能向外輸出，剩余能量轉(zhuǎn)化為熱能向發(fā)電供暖裝置空氣層的空氣傳遞熱量；

3）到達蓄熱體5表面的太陽輻射能被蓄熱體5吸收，蓄熱體5溫度升高并向發(fā)電供暖裝置空氣層的空氣傳遞熱量最后達到平衡溫度，夜間蓄熱體5對發(fā)電供暖裝置空氣層的空氣繼續(xù)放熱，蓄熱體5溫度逐漸降低；

4)發(fā)電供暖裝置空氣層內(nèi)形成的熱空氣向上流動不斷吸熱并膨脹加速，越來越多的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，并在頂部出口處熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽艿谋壤_到最大；夏季期間將調(diào)節(jié)擋板7向內(nèi)移動關(guān)閉發(fā)電供暖裝置絕熱層的出風(fēng)口61，高速熱氣流從發(fā)電供暖裝置透明層的出風(fēng)口32排出對風(fēng)力發(fā)電機8進行做功發(fā)電；冬季期間將調(diào)節(jié)擋板7向外移動關(guān)閉發(fā)電供暖裝置透明層的出風(fēng)口32，熱氣流從發(fā)電供暖裝置絕熱層的出風(fēng)口61排出對室內(nèi)進行供暖；而外界冷空氣在壓差作用下從發(fā)電供暖裝置透明層的進風(fēng)口31進入發(fā)電供暖裝置空氣層進行補充。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。