CN101860275B - 一种聚焦型太阳能冷热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，包括太阳能发电系统及各应用设备。太阳能发电系统包括一固定支架，在固定支架上安装有电机、电机带动的摆动架，以及数根并排设置的吸热管，吸热管的上方罩设有菲涅尔透镜，吸热管的上表面、菲涅尔透镜聚的焦点位置粘结有太阳能芯片，太阳能芯片与蓄电池组连接，吸热管的内部设置有散热片并充有水，还插设有温度传感器，吸热管的两端分别有进水口和出水口，出水流入保温蓄水箱，储水箱通过热泵系统连接到空调负载，空调负载的出水流回吸热管；储水箱可同时供给生活用水；蓄电池组同时连接电机、热泵及用电设备。本发明太阳能利用率高，可以作为单独的住宅能源，与其它设备组合成冷、热、电联供系统。

Description

一种聚焦型太阳能冷热电联供系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能系统，特别是关于一种聚焦型太阳能冷热电联供系统。
背景技术
当人类创造清洁、可再生能源的竞争越来越激烈时，太阳能产业将注意力集中在了新技术“聚光光伏(CPV)太阳能”上，并希望通过这项技术生产具有规模效应的电力。CPV技术通过透镜或镜面将接收到的太阳能放大到成百上千倍，然后将放大的能量聚焦于效率极高的小光电池上。通过放大太阳能，该技术有效地减少了光电池中半导体材料的用量。
将太阳能转化为电能已得到普遍应用，但是将太阳能转化为水的热能，或转化为电能的同时也转化为水的热能，目前尚未有更好的技术，还未得到普遍应用。尤其对于空调负载，以前多以电为能源换热，而很少用热水来驱动吸呼式空调。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提出一种聚焦型太阳能冷热电联供系统。该系统通过菲涅尔透镜将太阳光聚焦在高效太阳能芯片上，产生电能；同时将太阳能芯片自身产生的热量用于加热水，高品质的热水用来驱动吸呼式空调或作为生活用水，出来的冷水循环利用。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，它包括太阳能发电系统、蓄电池组、保温蓄水箱、热泵系统、空调负载、各种用水及用电设备，所述太阳能发电系统包括一固定支架，在固定支架上安装有电机、电机带动的摆动架，以及数根并排设置的吸热管，所述吸热管的上方罩设有菲涅尔透镜，所述吸热管为一空心管，在吸热管的上表面、对应菲涅尔透镜聚焦点位置粘结有太阳能芯片，太阳能芯片与所述蓄电池组连接，在吸热管的内部设置有散热片并填充有水，还插设有温度传感器，吸热管的上、下两端分别设有进水口和出水口；所述出水口通过管路连接到保温蓄水箱，所述保温蓄水箱通过热泵系统连接到空调负载进水口，空调负载的出水口通过管路连接到所述吸热管的进水口；所述保温蓄水箱同时连接到所述用水设备；所述蓄电池组同时连接所述电机、热泵及所述用电设备；所述太阳能发电系统由PLC系统控制。
所述摆动架上设置有限位开关。
所述菲涅尔透镜可以为分块连体的集装式结构，每一小块菲涅尔透镜分别对应一小块太阳能芯片。
所述菲涅尔透镜也可以为一整块结构，一整块所述透镜对应的一整块太阳能芯片。
在所述吸热管的外层、避让开所述太阳能芯片的位置，包围有保温层。
所述散热片与所述吸热管一体成型，且散热片靠近吸热管上壁的位置。
在连接所述吸热管的进、出水管路上分别设置有阀门。
本发明由于采取以上技术方案，本发明具有以下优点：1、本发明由于在太阳能发电系统的吸热管上方设置了聚焦型透镜，并且透镜安装在一摆动架上能跟随太阳光转动，因而使得太阳能能够更多更好地被吸热管吸收，能量利用率高。2、本发明由于在吸热管上设置了太阳能集成芯片，并且设置在透镜的聚焦点上，因此它既能更好地吸收太阳光，也能更有效地转化为电能，转化率达35％以上，转化的电能可以随时储存到与之连接的蓄电池中。3、本发明的吸热管为中空管，在管中设置有散热片并注有水，因为当太阳能芯片工作时，自身会产生大量的热，因此，这部分热量会通过吸热管管壁和散热片传递出去，将管中的水加热，从而产生了热水。因此本发明太阳能系统既能产生电也能产生水。4、太阳能发电系统产生的热水通过热泵进一步加热后，可以作为吸呼式空调的动力源，供给空调工作。因此通过空调工作可使得室内制冷，循环过空调的水降温后流回吸热管中可继续加热循环利用。5、太阳能发电系统产生的电能除供给设备自身用电外，还可以供给任何生活用电，太阳能发电系统产生的热能除供给吸呼式空调制冷外，还可以供给任何生活用水。因此，本发明是集冷、热、电一体的联供系统，完全可作为独立住宅的能源解决方案。
附图说明
图1是本发明的系统布置图
图2是本发明太阳能发电系统的结构示意图
图3是图2的A向视图
图4是图3的结构状态变化示意图
图5是图2的A-A剖视示意图
图6是图2的B-B剖视示意图
图7是太阳能发电系统的吸热管局部放大示意图
图8是太阳能发电系统通过热泵驱动空调负载工作的示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，聚焦型太阳能冷热电联供系统是一种CPV技术的改进型，它通过菲涅尔透镜将太阳光聚焦在高效太阳能芯片上，产生电能；同时将太阳能芯片自身产生的热量予以吸收、利用，产生热水，通过系统将热水的品质提高，高品质的热水用来驱动吸呼式空调，从空调出来的冷水循环利用。太阳能芯片产生的电能储存起来解决各种用电所需。
聚焦型太阳能冷热电联供系统主要包括有几大部分：太阳能发电系统1、蓄电池组2、保温蓄水箱3、热泵系统4、空调负载5、用电设备6、水暖及生活用水设备7。
如图2～6所示，太阳能发电系统1包括一固定支架11，在固定支架11上固定有电机12、数根并排设置的吸热管13，以及安装用的轴座14。电机12带动一摆动架15摆动，在摆动架15上安装有菲涅尔透镜16，菲涅尔透镜16罩设在吸热管13的上方。伴随摆动架15的摆动，菲涅尔透镜16随之摆动，在摆动架15上同时设置有由PLC系统控制的限位开关(图中未示出)，使摆动架能随太阳的位移而转动，限位开关保证系统启动时可以准确找到追踪的聚焦基准点，并保证太阳光能随时垂直照射到透镜表面，极大限度地吸收光能。
对于电机12、吸热管13、摆动架15和菲涅尔透镜16的设置，可以是在固定支架11上分别设置多个电机12，一个电机分别带动一小的摆动架15，摆动架15安装在轴座14上。每一摆动架15只带动一组菲涅尔透镜16，这组菲涅尔透镜只罩设在一根吸热管13的上方。当然，这种方法的成本会很高，经济效益低。
一般地，如图2～4所示，是只用一个电机12带动一大的摆动架15，在大的摆动架上设置多组菲涅尔透镜16，每一组菲涅尔透镜16分别对应一根吸热管13，当摆动架15摆动时，所有的菲涅尔透镜16均能一起摆动。此时摆动架15的具体设置可以是：电机12的输出轴上连接一摆动轴17，摆动轴17由轴座14支撑。在摆动轴的上、下两端分别固定连接一摆动杆18，每一摆动杆18的上端铰接一长的连杆19，在连杆19上同时又间隔地铰接数个透镜支架20，透镜支架20的下端转动地连接在轴座14上。上、下两根连杆19上对应设置有多对透镜支架20，每一对透镜支架20支撑一组菲涅尔透镜16，每一组菲涅尔透镜16罩设一根吸热管13。这种设置方式可以使得一个电机带动多组菲涅尔透镜16旋转。
如图4、图7所示，吸热管13为一空心管，由轻质的良性导热材料制成，比如铝或铝合金管。在吸热管13的上表面，菲涅尔透镜16透镜的聚焦点上，用导热硅胶粘结有太阳能芯片21，太阳能芯片21为集成芯片，与蓄电池组2连接，将太阳能转化成电能储存起来，转换效率可以达到35％以上。在吸热管13的外层，除去太阳能芯片21的位置，还整体包围有保温层22，保温层22以确保进入吸热管的热量可以最大限度的被保存。在吸热管13的内部布置有散热片23，并且在散热片之间充有水；吸热管13内还插设有温度传感器24，温度传感器24与PLC系统相连，可以实时传递管内水温。当菲涅尔透镜16将太阳光聚集到吸热管13上的太阳能芯片21上时，太阳能芯片21将太阳能转化为电能的同时，它自身工作也会产生大量的热，这部分热量由吸热管管壁吸收并通过内部的散热片散发出去，使管内水温升高。
吸热管13的上、下端分别有进水口25和出水口26，分别连接进水管路和出水管路，并在管路上安装有控制阀门(图中未示出)，控制进水和出水，当温度传感器达到设定值时，出水阀门打开，将加热后的水放走，水放完后，出水阀门关闭，进水阀门打开，注入冷水进行加温，重复循环。
上述实施例中，每一组菲涅尔透镜16可以为分块连体的集装式结构，每一小块菲涅尔透镜16都对应一太阳能芯片21，如图2所示，在一根吸热管13的上方，集装有5块菲涅尔透镜16，对应地在吸热管13上表面粘贴有5块太阳能芯片21，这样可以最大限度地利用透镜的接收面积，并且最好角度地接收太阳光。
上述实施例中，每一组菲涅尔透镜16也可以为一整块结构，在吸热管13上，对应于整块的透镜，粘贴有一整块太阳能芯片21(图中未示出)。
上述实施例中，吸热管13的内部布置有散热片23，散热片23要能保证热量快速均匀地传递到介质中。因此，要尽可能地增大散热片23与吸热管13管壁的接触面积，尤其是增大靠近太阳能芯片21一侧的接触面积，一般地将吸热管13与散热片21制作成一体(如图7所示)。
如图7所示，从吸热管13中出来的热水存放在保温蓄水箱3中，保温蓄水箱3连着热泵系统4。热泵的动力电源由蓄电池组2通过逆变单元提供，经过热泵处理的水，温度进一步升高，高温水进入吸呼式空调负载5，作为动力介质驱动空调工作产生冷气，为夏季提供舒适的环境。从空调出来的水温度已经降低，再循环到太阳能发电系统1使用。
如图1所示，太阳能芯片21发出来的电由蓄电池储存起来使用，除驱动电机12、热泵系统4工作外，还可用于供给生活用电设备6，或风力发电机工作。从吸热管13出来的水除用于供给空调负载5工作外，还用于供给水暖及生活用水设备7。
此系统的太阳能综合利用率较高，整体能耗接近于零，可以作为单独的住宅能源，与其它应用设备组合成为冷、热、电联供系统。

Claims (11)

1.一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：它包括太阳能发电系统、蓄电池组、保温蓄水箱、热泵系统、空调负载、各种用水及用电设备，
所述太阳能发电系统包括一固定支架，在固定支架上安装有电机、电机带动的摆动架，以及数根并排设置的吸热管，所述吸热管的上方罩设有菲涅尔透镜，所述吸热管为一空心管，在吸热管的上表面、对应菲涅尔透镜聚焦点位置粘结有太阳能芯片，太阳能芯片与所述蓄电池组连接，在吸热管的内部设置有散热片并填充有水，还插设有温度传感器，吸热管的上、下两端分别设有进水口和出水口；
所述出水口通过管路连接到保温蓄水箱，所述保温蓄水箱通过热泵系统连接到空调负载进水口，空调负载的出水口通过管路连接到所述吸热管的进水口；所述保温蓄水箱同时连接到所述用水设备；
所述蓄电池组同时连接所述电机、热泵及所述用电设备；
所述太阳能发电系统由PLC系统控制。
2.如权利要求1所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：所述摆动架上设置有限位开关。
3.如权利要求1所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：所述菲涅尔透镜为分块连体的集装式结构，每一小块菲涅尔透镜分别对应一小块太阳能芯片。
4.如权利要求1所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：所述菲涅尔透镜为一整块结构，一整块所述透镜对应的一整块太阳能芯片。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：在所述吸热管的外层、避让开所述太阳能芯片的位置，包围有保温层。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：所述散热片与所述吸热管一体成型，且散热片靠近吸热管上壁的位置。
7.如权利要求5所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：所述散热片与所述吸热管一体成型，且散热片靠近吸热管上壁的位置。
8.如权利要求1或2或3或4所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：连接所述吸热管的进、出水管路上分别设置有阀门。
9.如权利要求5所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：连接所述吸热管的进、出水管路上分别设置有阀门。
10.如权利要求6所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：连接所述吸热管的进、出水管路上分别设置有阀门。
11.如权利要求7所述的一种聚焦型太阳能冷热电联供系统，其特征在于：连接所述吸热管的进、出水管路上分别设置有阀门。
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