CN102012059A - 基于北方农村住宅分布式太阳能光伏电池储热供暖系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于北方农村住宅分布式太阳能光伏电池储热供暖系统，包括太阳能采集装置，开关控制机构和储热供暖装置，其特征在于：太阳能采集装置为太阳能光伏电池，开关控制机构为可分别控制交直流供电系统的开关控制器，储热供暖装置的结构为：包括居民住宅屋内吊炕炕面，在吊炕炕面下面依次为卵石层、发热元件和吊炕底板；系统的电路结构为：太阳能光伏电池将太阳光能转变成电能后作为直流电源连接开关控制器，再由开关控制器连接发热元件构成回路；由发热元件将电能转变为热能为居民住宅屋内供暖。本发明适用于北方农村居民住宅，具有结构简单，运输安装方便，运行可靠，使用寿命长等特点，是太阳能与建筑一体化良好的供暖选择。

Description

基于北方农村住宅分布式太阳能光伏电池储热供暖系统
技术领域
本发明涉及热能及其利用领域。特别是一种利用太阳能光伏电池储热供暖的节能减排技术和一种基于太阳能光伏电池储热供暖的利用清洁能源的新型供暖模式。
背景技术
目前，国内外供暖方式从供暖设备设施划分主要有以下几种类型：一是集中供热。这是比较传统的供暖方式，主要又分为市政热力管网和小区内锅炉集中供热。二是分散式采暖方式：即每户独立成一个供暖体系。三是变频空调，冬季供热、夏季制冷。四是水源中央空调系统，又称地源热泵，利用地下20-30米处12℃～35℃左右的地下水资源或各类水源，夏季提供5℃～7℃的冷水给房间供冷；冬季提供45℃左右的热水供给房间供暖。
上述几种供暖方式分别存在以下问题：①由于许多住宅楼每户住宅内没有分户计量的阀门和热表，住户不能根据自己的需要调整所需的热量。②分散式采暖和变频空调虽然可以根据自己的需要灵活调整采暖时间和温度，但是其造价十分昂贵，另外造成空气污染也是一个必须面对的重要问题。③水源中央空调又称地源热泵，是一种节能环保的供暖方式，但是受地下水限制十分严重。总之，上述供暖方式均存在利用传统能源高碳排放、消耗大、不节能等缺陷，不符合国家低碳环保、节能减排的政策要求。
此外传统的太阳能供暖系统也存在如多问题，它就是用太阳能集热器收集太阳辐射并转化成热能，以液体作为传热介质，以水作为储热介质，热量经由散热部件送至室内进行供暖，一般由太阳能集热器、储热水箱、连接管路、辅助热源、散热部件及控制系统组成。其主要缺点是结构复杂，利用水介质产生的问题以及使用寿命短，维修麻烦等等。
发明内容
本发明的目的是为农村居民提供一种无污染、成本低、应用面广的基于北方农村住宅分布式太阳能光伏电池储热供暖系统，本系统可以充分利用太阳能这种无污染可再生的资源，具有方便节能环保的显著优点，符合低碳时代节能减排的新要求。
本发明的目的是这样实现的：一种基于北方农村住宅分布式太阳能光伏电池储热供暖系统，包括太阳能采集装置，开关控制机构和储热供暖装置，其特征在于：太阳能采集装置为太阳能光伏电池，开关控制机构为可分别控制交直流供电系统的开关控制器，储热供暖装置的结构为：包括居民住宅屋内吊炕炕面，在吊炕炕面下面依次为卵石层、发热元件和吊炕底板；
系统的电路结构为：太阳能光伏电池将太阳光能转变成电能后作为直流电源连接开关控制器，再由开关控制器连接发热元件构成回路；由发热元件将电能转变为热能为居民住宅屋内供暖。
本发明的目的还可以这样实现：发热元件为远红外线发热纤维软板。
开关控制器还与民用220V交流电源连接。
本发明具有如下优点和积极的效果：1)采用高效采热的太阳能电池板，使用寿命长，运行安全可靠，全年综合得热量高。2)本系统无需逆变器等转换装置和储能用的蓄电池，其成本较低，结构简单，比传统太阳能供暖系统利用率高的多。3)太阳能的安装位置不受地理位置的限制，实现太阳能系统与建筑的完美结合。4)在阴雪等恶劣天气没有充足日照的情况下用户可以选用电力辅助热源。5)响应了国家节能减排、发展低碳经济的号召，充分利用了太阳能这种可再生能源。
附图说明
图1本发明结构示意图
图2本发明储热供暖装置部分结构示意图
图3本发明远红外线发热纤维软板部分结构示意图
具体实施方式
附图标记说明：
图中：1、太阳能光伏电池；2、开关控制器；3、交流电源；4、发热元件；5、卵石层；6、吊炕炕面；7、吊炕底板。
本发明一种基于北方农村住宅分布式太阳能光伏电池储热供暖系统，包括太阳能采集装置，开关控制机构和储热供暖装置，其特征在于：太阳能采集装置为太阳能光伏电池1，开关控制机构为可分别控制交直流供电系统的开关控制器2，储热供暖装置的结构为：包括居民住宅屋内吊炕炕面6，在吊炕炕面6下面依次为卵石层5、发热元件4和吊炕底板7；
系统的电路结构为：太阳能光伏电池1将太阳光能转变成电能后作为直流电源连接开关控制器2，再由开关控制器2连接发热元件4构成回路；由发热元件4将电能转变为热能为居民住宅屋内供暖。发热元件4为远红外线发热纤维软板。开关控制器2还与民用220V交流电源3连接。
本系统无需逆变器等转换装置和储能用的蓄电池，其成本较低，结构简单，比传统太阳能供暖系统利用率高的多。逆变器主要是针对太阳能电池板发电系统而言的，一般情况下，太阳能电池板应用在发电系统上，同时还包括控制器、蓄电池。因为太阳能发电系统输出的都是直流电，而许多场合需要的是交流电，这就需要用逆变器将直流转变成交流。本系统发热元件采用远红外线发热纤维软板，可以采用太阳能电池板输出的直流电，也可以采用民用的交流电，同样获得电能高效转换，所以无需安装逆变器。由于逆变器样式繁多，质量也有优劣之分，所以不安装逆变器成本可以节约500-1000元。另外，逆变器存在一个转化效率的问题，本系统用的储热元件是发热软板，太阳能电池板输出的直流电可以直接对其供电，这就提高了转化效率。
本系统的发热元件4为远红外线发热纤维软板，主要用于储热供暖。卵石层主要是为了减缓热量散失，能更有效的储热。
远红外线发热纤维软板是由本发明人之一朴在林等人发明，参见中国实用新型专利“一种远红外发热软板”(专利号：200620153474.0)和“一种远红外发热网材”(专利号：200620153473.6)，现已由沈阳韩贝尔科技有限公司定型生产，其结构如图3图所示。公众可任意按要求规格要求制定或购买。
远红外线发热纤维软板具有以下优越性，故优选其为发热元件。
①独创的网状发热结构，改进了传统电热产品串联结构的缺陷，即使折叠、弯曲、断裂或者穿孔均不影响整体发热。
②发热体幅宽、单位面积发热功率均具有高度可控性。
③远红外线采暖类产品中远红外线释放辐射率最高。
④民间采暖类产品均采用宽幅封装，接线数量少，减少接点的接触不良隐患，铺设速度较其他电采暖产品快一倍以上。
⑤网状发热结构解决了常规电采暖地暖类产品表面不能覆盖重物的问题，使室内家具电器摆放不再具有限制性。
⑥产品采用百分之百环保材料制造，封装采用食品安全级材料封装，可以直接接触皮肤，对儿童无影响。
⑦产品采用强化材料封装，耐磨耐压级别同类产品中最高，厚度与重量单位面积内均高于同类产品。提高了耐用性。
⑧针对国内的地面环境铺设特点进行多种材料和规格的封装形式，可广泛适用于国内的多种地面铺设环境，如复合地板、地转、理石、水泥、塑胶及地板革等。具有地面、墙裙、壁画等多种铺设解决方案。
本发明的创新点还在于整个系统只需要太阳能电池板和发热软板以及简单的链接电路就实现白天储热、夜间放热从而对住宅供暖的目的。其次，本发明可以交直流共用，用家用电源作为辅助热源，在阴雪等恶劣天气的情况下，保证稳定持续供暖。
本发明适用于冬季日照时间较长地区的农村居民住宅，具有结构简单，运输安装方便，运行可靠，使用寿命长等特点，是太阳能与建筑一体化良好的供暖选择。同时，本发明也响应了国家节能减排、发展低碳经济的号召，有效的利用了可再生能源。
本发明是一种利用新型清洁型能源的节能减排供暖系统，其目的是为广大农民提供一种无污染、成本少、应用面广的分布式新型供暖模式，具有十分重要的社会、经济和生态效益。
社会效益：党的十六届五中全会做出了加快社会主义新农村建设的重大决定，提出了实施以“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”为内容的新农村建设战略。建设社会主义新农村是我国现代化进程中的重大历史任务，是统筹城乡发展和以工促农、以城带乡的基本途径，是缩小城乡差距、扩大农村市场需求的根本出路，是解决“三农问题”、全面建设小康社会的重大战略举措。在农村安装太阳能电池板采热供暖系统改善了农民的生活水平，符合建设社会主义新农村的基本要求。
经济效益：太阳能产业的市场前景已被愈来愈多的国家、企业和金融界所认识。许多发达国家和地区纷纷制定太阳能发展规划。到2010年，美国计划安装4.6GW；欧盟安装3.7GW；日本安装5GW，其他发展中国家安装1.5GW，预计世界累计安装14-15GW，销售收入将由04年的70亿美元增至300亿美元。根据《可再生能源中长期发展规划》，到2010年，我国太阳能光伏发电装机总容量将达到400MW，2020年达到2200MW，这意味着国内需求也十分旺盛。本系统与传统太阳能采热供暖相比，无需安装逆变器和用于储能的蓄电池等，减少了投资成本，使结构更加简单，太阳能的利用效率也大大提高，具有十分明显的经济效益。
生态效益：太阳是万物之主，是它给了我们光和热，给了我们的生命和一切。曾几何时，石油、天然气和煤炭等化石能源，促进了工业革命和人类发展。但造成的环境污染、温室效应甚至战争掠夺，常使人类感到困惑不安。随着人类的不断发展，对能源的需求也越来越大，而化石能源又面临逐渐枯竭。据专家预测，可供人类使用的时间，石油大约50年，天然气75年，煤炭200至300年。于是，人们不得不把眼光抛向风能、水能、核能和生物质等新能源。但只有太阳能是无休无止、无穷无尽、无私奉献和无污染、无运输、无成本、无任何人可以垄断的！太阳能电池板采热供暖系统充分利用了太阳能这种新型清洁型能源，响应了国家节能减排、发展低碳经济的号召，具有十分重要的生态效益。
太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，它资源丰富，既可以免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，是各国政府可持续发展的能源战略决策。本系统充分利用了太阳能，具有十分显著的社会、经济和生态效益，必将成为未来发展的趋势，一个太阳能供暖时代即将到来。

Claims (3)

1.一种基于北方农村住宅分布式太阳能光伏电池储热供暖系统，包括太阳能采集装置，开关控制机构和储热供暖装置，其特征在于：太阳能采集装置为太阳能光伏电池(1)，开关控制机构为可分别控制交直流供电系统的开关控制器(2)，储热供暖装置的结构为：包括居民住宅屋内吊炕炕面(6)，在吊炕炕面(6)下面依次为卵石层(5)、发热元件(4)和吊炕底板(7)；
系统的电路结构为：太阳能光伏电池(1)将太阳光能转变成电能后作为直流电源连接开关控制器(2)，再由开关控制器(2)连接发热元件(4)构成回路；由发热元件(4)将电能转变为热能为居民住宅屋内供暖。
2.根据权利要求1所述的基于北方农村住宅分布式太阳能光伏电池储热供暖系统，其特征在于：发热元件(4)为远红外线发热纤维软板。
3.根据权利要求1或2所述的基于北方农村住宅分布式太阳能光伏电池储热供暖系统，其特征在于：开关控制器(2)还与民用220V交流电源(3)连接。
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