申请/专利权人：江苏大学

申请日：2018-09-30

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN109297200B

主分类号：F24S10/40

分类号：F24S10/40;F24S80/60;H02S40/42

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.03.01#实质审查的生效;2019.02.01#公开

摘要：本发明提供了一种光伏光热一体化真空管，包括玻璃外管、玻璃内管、第一太阳能电池板、弧形玻璃隔板、封盖、第二太阳能电池板、纳米流体、微型泵和热二极管，玻璃外管和玻璃内管为同轴线圆套管，两管之间形成真空夹层，封盖设置在真空管的前端，封盖与弧形玻璃隔板以及玻璃内管的内壁之间形成闭合循环的流体通道，第一太阳能电池板贴于玻璃内管的外壁，弧形玻璃隔板设置于玻璃内管内，第二太阳能电池板贴于弧形玻璃隔板的凹面，纳米流体填充于循环流体通道内，热二极管设置于真空管的前端，微型泵设置于循环流体通道内，本发明的真空管与聚光装置配合使用，能够提高太阳能的利用率并输出高品质热能。

主权项：1.一种光伏光热一体化真空管，与聚光装置配合使用，并位于聚光装置的聚光中心，其特征在于，包括：玻璃外管；玻璃内管，设置于所述玻璃外管内，所述玻璃内管与所述玻璃外管之间形成真空夹层，所述玻璃外管和玻璃内管同轴设置，所述玻璃内管和玻璃外管的后端为半球形圆头密封，所述玻璃内管的半球面的凸面朝向所述玻璃内管的后端；第一太阳能电池板，贴于所述玻璃内管的外壁；弧形玻璃隔板，设置于所述玻璃内管内，所述弧形玻璃隔板的凹面朝向所述玻璃内管的轴线，所述弧形玻璃隔板的凸面朝向所述第一太阳能电池板；封盖，设置于所述真空管的前端，所述封盖与所述弧形玻璃隔板以及所述玻璃内管的内壁之间形成闭合循环的流体通道；第二太阳能电池板，贴于所述弧形玻璃隔板的凹面，所述第二太阳能电池板能够吸收聚光装置汇聚的太阳光；纳米流体，填充于所述循环流体通道内；微型泵，设置于所述循环流体通道内，用于使纳米流体在流体通道内循环流动；热二极管，设置于所述真空管的前端，所述热二极管的一端伸入流体通道内，所述热二极管的另一端位于所述玻璃外管的外部。

全文数据：一种光伏光热一体化真空管技术领域本发明涉及太阳能光伏光热应用技术领域，尤其涉及一种光伏光热一体化真空管。背景技术太阳能是当前应用最为广泛的一种可再生清洁能源，在目前太阳能的成熟利用方式中主要有光热利用和光伏发电利用；太阳能热利用率较高，达到60％-85％左右，而光伏利用的效率却比较低，仅有6％-18％转化为电能，即照射到电池表面上的太阳能的大约有80％左右能量将会转化成为热能，从而造成电池温度升高，导致电池光电转化效率下降。将光伏电池片与太阳能真空管集热器相结合，相比于传统的真空管而言，能够提高太阳能利用率。然而，现有技术中的光伏光热真空管中太阳能的利用效率还有提升空间，并且现有的真空管内的吸热介质仅依靠吸收太阳能电池板的热量储热，热品位低。发明内容鉴于此，本发明提供了一种光伏光热一体化真空管，能够提高太阳能的利用效率。本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种光伏光热一体化真空管，与聚光装置配合使用，并位于聚光装置的聚光中心，真空管包括：玻璃外管；玻璃内管，设置于所述玻璃外管内，所述玻璃内管与所述玻璃外管之间形成真空夹层；第一太阳能电池板，贴于所述玻璃内管的外壁；弧形玻璃隔板，设置于所述玻璃内管内，所述弧形玻璃隔板的凹面朝向所述玻璃内管的轴线，所述弧形玻璃隔板的凸面朝向所述第一太阳能电池板；封盖，设置于所述真空管的前端，所述封盖与所述弧形玻璃隔板以及所述玻璃内管的内壁之间形成闭合循环的流体通道；第二太阳能电池板，贴于所述弧形玻璃隔板的凹面，所述第二太阳能电池板能够吸收聚光装置汇聚的太阳光；纳米流体，填充于所述循环流体通道内；微型泵，设置于所述循环流体通道内，用于使纳米流体在流体通道内循环流动；热二极管，设置于所述真空管的前端，所述热二极管的一端伸入流体通道内，所述热二极管的另一端位于所述玻璃外管的外部。根据本发明的一个实施例，所述弧形玻璃隔板的前端设有弧形半包围挡板，所述弧形半包围挡板的凸面斜朝向第二太阳能电池板，所述弧形半包围挡板的凹面斜朝向封盖，所述弧形半包围挡板的凹面与所述玻璃内管的内部之间形成导热区，所述热二极管的一端位于所述导热区内。根据本发明的一个实施例，所述玻璃内管和玻璃外管的后端为半球形圆头密封，所述玻璃内管的半球面的凸面朝向所述玻璃内管的后端。根据本发明的一个实施例，所述弧形玻璃隔板的后端设有弧形过渡板，所述弧形过渡板的凹面朝向所述第二太阳能电池板，所述弧形过渡板的凸面朝向所述玻璃内管后端的半球面。根据本发明的一个实施例，所述封盖由金属材料制成，所述封盖上设有用于与外部装置连接的螺纹。根据本发明的一个实施例，所述第一太阳能电池板和第二太阳能电池板均为柔性太阳能电池板，所述第二太阳能电池板的半导体表面镀一层隔热膜，所述隔热膜的厚度为1～10um。根据本发明的一个实施例，所述封盖与玻璃外管以及玻璃内管的前端之间设有保温隔层，所述保温隔层为陶瓷纤维，所述陶瓷纤维的厚度为0～1mm之间。根据本发明的一个实施例，所述玻璃外管和玻璃内管同轴设置。根据本发明的一个实施例，所述纳米流体由5nmSiO2纳米粒子与基体制成。本发明的有益效果：1、本发明的真空管与聚光装置配合使用，真空管内设有并联的两个太阳能电池板，分别是第一太阳能电池板和第二太阳能电池板，在两个太阳能电池板之间设有循环流体通道，并在循环流体通道内填充纳米流体，聚光装置反射太阳光至纳米流体，纳米流体的分频技术将能够被第二太阳能电池板有效吸收利用波段的太阳能辐射至第二太阳能电池板，用于产电，第一太阳能电池板电池板直接利用直射太阳光产电，两个太阳能电池板并联同时工作，从而提高太阳能利用率；并且，纳米流体在循环流体通道内循环流动能够吸收两个太阳能电池板产生的热量，给太阳能电池板降温，纳米流体与第二太阳能电池板直接接触，冷却换热效率高，纳米流体将两个太阳能电池板工作时的热量及时带走，避免太阳能电池板的热负荷与温升，使太阳能电池板保持较高的光电转换效率，并且保证工作安全稳定。2,、本发明中纳米流体的分频技术将能够被第二太阳能电池板有效吸收利用波段的太阳能辐射至第二太阳能电池板，用于产电，其余波段的太阳能被纳米流体吸收用于集热，然后升温后的纳米流体流经导热区，由于热二极管的作用，纳米流体与外部集热循环系统进行高效换热，输出高品热能量，从而使流经导热区的纳米流体降温，然后流向第一太阳能电池板与第二太阳能电池板之间的纳米流体通道，给两个太阳能电池板降温，实现集热循环，提高真空管的集热效率。附图说明图1为本发明所述一种光伏光热一体化真空管的结构示意图。图2为图1的A处局部放大图。图3为图1的B处局部放大图。图4位本发明所述一种光伏光热一体化真空管的工作原理图。附图标记：1-玻璃外管；2-第一太阳能电池板；3-玻璃内管；4-纳米流体；5-循环流体通道；6-第二太阳能电池板；7-弧形半包围挡板；8-热二极管；9-微型泵；10-封盖；11-弧形玻璃隔板。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。请参阅图1，根据本发明实施例的光伏光热一体化真空管与聚光装置配合使用，并位于聚光装置的聚光中心，包括玻璃外管1、玻璃内管3、第一太阳能电池板2、弧形玻璃隔板11、封盖10、第二太阳能电池板6、纳米流体4、微型泵9和热二极管8。具体地，玻璃外管1和玻璃内管3为同轴线圆套管，玻璃内管3设置在玻璃外管1内，玻璃外管1和玻璃内管3的前端为环形密封，后端为半球形圆头密封，两管之间形成真空夹层。封盖10为金属材料制成，封盖10设置在真空管的前端，能够密封玻璃内管3的前端开口，封盖10上设有螺纹，真空管尾端设有固定装置，用于和外部装置连接固定，同时减少磨损。作为优选，封盖10与玻璃外管1以及玻璃内管3的前端之间设有保温隔层，保温隔层为陶瓷纤维，陶瓷纤维的厚度为0～1mm之间。第一太阳能电池板2通过封装胶膜贴于玻璃内管3的外壁。弧形玻璃隔板11设置于玻璃内管3内，弧形玻璃隔板11的沿垂直于玻璃内管3轴线方向的横截面为弧形，弧形玻璃隔板11的凹面朝向玻璃内管3的轴线，弧形玻璃隔板11的凸面正对第一太能电池板。第二太阳能电池板6的一面通过封装胶膜贴于弧形玻璃隔板11的凹面，第二太阳能电池板6的半导体表面上镀一层隔热膜，隔热膜的厚度为1～10um。第二太阳能电池板6能够吸收聚光装置汇聚的太阳光。由于玻璃内管3的外壁和弧形玻璃隔板11均具有弯曲弧度，故本实施例中的第一太阳能电池板2和第二太阳能电池板6均柔性太阳能电池板，以分别能够与玻璃内管3的外壁以及弧形玻璃隔板11的凹面紧密贴合。封盖10与弧形玻璃隔板11以及玻璃内管3的内壁之间形成闭合循环的流体通道。由于弧形玻璃隔板11靠近第一太阳能电池板2，故弧形玻璃隔板11的凸面和与其正对的玻璃内管3的内壁之间的流体通道较窄，第二太阳能电池板6的半导体表面和与其正对的玻璃内管3的内壁之间的流体通道较宽。纳米流体4填充于循环流体通道5内，本实施例中的纳米流体4由5nmSiO2纳米粒子与基体制成，透射率高，能够使200nm到800nm波段的太阳辐射透过。纳米流体4工能够对太阳光进行分频，将太阳能电池板有效吸收利用波段的太阳能辐射透过纳米流体4投射于第二太阳电池板用于高效产电，其余波段的太阳能辐射被纳米流体4吸收用于产热。弧形玻璃隔板11的前端设有弧形半包围挡板7，弧形半包围挡板7的凸面斜朝向第二太阳能电池板6，弧形半包围挡板7的凹面斜朝向封盖10，弧形半包围挡板7的凹面与玻璃内管3的内部之间形成导热区。弧形玻璃隔板11的后端设有弧形过渡板，弧形过渡板的凹面朝向第二太阳能电池板6，弧形过渡板的凸面朝向玻璃内管3后端的半球面，使得较窄的流体通道与较宽的流体通道的过渡区呈渐扩状，使得从纳米流体4从较窄的流体通道向较宽的流体通道流入时不会反流。如图2所示，微型泵9设置于循环流体通道5内，用于使纳米流体4在流体通道内循环流动，纳米流体4依次经过导热区，较窄的流体通道，再经过玻璃内管3的尾端后流进较宽的流体通道内。热二极管8设置于真空管的前端，热二极管8的一端伸入至导热区内，热二极管8的另一端位于玻璃外管1的外部。通过热二极管的作用，纳米流体4与外部集热循环系统进行高效换热输出高品热能。本发明实施例的工作过程：如图4所示，聚光装置将所采太阳光反射并透过位于聚光中心的真空管汇聚于循环流动的纳米流体4，运用纳米流体4分频原理对汇聚的太阳光进行分频，将第二太阳能电池板6能有效吸收利用波段的太阳能辐射投射于第二太阳能电池板6，用于产电，第一太阳能电池板2直接利用直射太阳光。第一太阳能电池板2和第二太阳能电池板6并联工作，提高产电效率，所产电能储存于蓄电池中供用户使用。聚光装置所采太阳光中的其余波段的太阳能辐射被纳米流体4吸收用于产热，在微型循环泵的作用下，载有热量的纳米流体4定向流动。通过换热腔中的热二极管作用，纳米流体4与外部集热循环系统进行高效换热输出高品热能，经过换热腔后的纳米流体4失去热量，温度降低，然后流入较窄的流体通道，能同时给两个太阳能电池板降温，实现集热循环，所产高品位热能通过热二极管输出。纳米流体4在循环流体通道5内循环流动能够吸收两个太阳能电池板产生的热量，给太阳能电池板降温，纳米流体在弧形玻璃隔板11与玻璃内管3之间形成的较窄的流体通道流动，将两个太阳能电池板工作时的热量及时带走，避免太阳能电池板的热负荷与温升，使太阳能电池板保持较高的光电转换效率，并且保证工作安全稳定。所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种光伏光热一体化真空管，与聚光装置配合使用，并位于聚光装置的聚光中心，其特征在于，包括：玻璃外管；玻璃内管，设置于所述玻璃外管内，所述玻璃内管与所述玻璃外管之间形成真空夹层；第一太阳能电池板，贴于所述玻璃内管的外壁；弧形玻璃隔板，设置于所述玻璃内管内，所述弧形玻璃隔板的凹面朝向所述玻璃内管的轴线，所述弧形玻璃隔板的凸面朝向所述第一太阳能电池板；封盖，设置于所述真空管的前端，所述封盖与所述弧形玻璃隔板以及所述玻璃内管的内壁之间形成闭合循环的流体通道；第二太阳能电池板，贴于所述弧形玻璃隔板的凹面，所述第二太阳能电池板能够吸收聚光装置汇聚的太阳光；纳米流体，填充于所述循环流体通道内；微型泵，设置于所述循环流体通道内，用于使纳米流体在流体通道内循环流动；热二极管，设置于所述真空管的前端，所述热二极管的一端伸入流体通道内，所述热二极管的另一端位于所述玻璃外管的外部。2.根据权利要求1所述光伏光热一体化真空管，其特征在于，所述弧形玻璃隔板的前端设有弧形半包围挡板，所述弧形半包围挡板的凸面斜朝向第二太阳能电池板，所述弧形半包围挡板的凹面斜朝向封盖，所述弧形半包围挡板的凹面与所述玻璃内管的内部之间形成导热区，所述热二极管的一端位于所述导热区内。3.根据权利要求1所述光伏光热一体化真空管，其特征在于，所述玻璃内管和玻璃外管的后端为半球形圆头密封，所述玻璃内管的半球面的凸面朝向所述玻璃内管的后端。4.根据权利要求3所述光伏光热一体化真空管，其特征在于，所述弧形玻璃隔板的后端设有弧形过渡板，所述弧形过渡板的凹面朝向所述第二太阳能电池板，所述弧形过渡板的凸面朝向所述玻璃内管后端的半球面。5.根据权利要求1所述光伏光热一体化真空管，其特征在于，所述封盖由金属材料制成，所述封盖上设有用于与外部装置连接的螺纹。6.根据权利要求1所述光伏光热一体化真空管，其特征在于，所述第一太阳能电池板和第二太阳能电池板均为柔性太阳能电池板，所述第二太阳能电池板的半导体表面镀一层隔热膜，所述隔热膜的厚度为1～10um。7.根据权利要求1所述光伏光热一体化真空管，其特征在于，所述封盖与玻璃外管以及玻璃内管的前端之间设有保温隔层，所述保温隔层为陶瓷纤维，所述陶瓷纤维的厚度为0～1mm之间。8.根据权利要求1所述光伏光热一体化真空管，其特征在于，所述玻璃外管和玻璃内管同轴设置。9.根据权利要求1所述光伏光热一体化真空管，其特征在于，所述纳米流体由5nmSiO2纳米粒子与基体制成。

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