CN102355166B - 太阳能热水器的发电转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热水器的发电转换装置。它将发电太阳能热水器的温差发电材料分成左发电片组L和右发电片组R，左发电片组L的正极接转换器K的下路中心接点，负极接转换器K的上路左接点并通过电流表A接可充电电池E的负极，右发电片组R的负极接转换器K的下路右接点以及上路的中心接点，正极接转换器K的下路左接点和二极管D的正极，二极管D的负极接可充电电池E的正极。它还带有电子控制电路。当热水器内热水温度不高时，转换器K转向右侧，为串联输出连接状态；当热水器内的热水温度偏高时，转换器K转向左侧，此时为并联输出连接状态，提高了给可充电电池充电的速度和效率。本发明用于提高温差发电太阳能热水器的热电转换效率。

Description

太阳能热水器的发电转换装置
技术领域
本发明涉及一种温差发电太阳能热水器，尤其指一种太阳能热水器的发电转换装置。
背景技术
太阳能热水器社会拥有量很多，但每家日常使用太阳能热水器的次数和总时间相对于闲置时间而言很少，每周的使用次数也就是1-2次左右，常年绝大多数时间热水器闲置，使太阳能热水器里面的热水的热能白白损失了。申请号为201110039352.4的中国专利申请，虽然提出了解决上述问题的几种技术方案，但是温差发电电能的利用率有待进一步提高。这是因为太阳能热水器内部热水的温度变化较大(与阳光、室外气温、用热水情况等因素有关)，相应的热水与外界环境的温差变化也大，这就导致温差发电材料的温差发电电压也变化大，有时可达到相差一倍以上，这就导致它给可充电电池充电的工况变化大，当热水与外界环境的温差很大时，温差发电电压会过高，使温差发电电能在温差发电材料内阻上的损耗增加，不利于温差发电的效率。
发明内容
本发明的目的是在温差发电太阳能热水器原有电路基础上，设计出温差发电电能利用率更高的太阳能热水器的发电转换装置。
为了实现上述目的，本发明包含温差发电太阳能热水器，温差发电材料分成发电片数量相同的左发电片组(L)和右发电片组(R)，左发电片组(L)的正极接转换器(K)的下路中心接点，负极接转换器(K)的上路左接点和可充电电池(E)的负极；右发电片组(R)的负极接转换器(K)的下路右接点以及上路的中心接点，正极接转换器(K)的下路左接点和二极管(D)的正极，二极管(D)的负极接可充电电池(E)的正极。
为了实现自动控制，转换器(K)为电子控制电路的继电器的开关。电子控制电路由电压比较器(BJ)、功率输出电路和继电器连接而成。电压比较器(BJ)的输出端接功率输出电路的输入端，功率输出电路的输出端接继电器线圈(J)。
由于本发明把温差发电材料分成发电片数量相同的左发电片组(L)和右发电片组(R)，左发电片组(L)的正极接转换器(K)的下路中心接点，负极接转换器(K)的上路左接点和可充电电池(E)的负极，右发电片组(R)的负极接转换器(K)的下路右接点以及上路的中心接点，正极接转换器(K)的下路左接点和二极管(D)的正极，二极管(D)的负极接可充电电池(E)的正极。用户可根据电流表(A)显示的充电电流大小，尝试改变转换器(K)的左右连接状态使之达到最佳充电状态。这就使得当在热水器内的热水温度不高(此时每个温差发电片发出电压较低)时，转换器(K)拨向右侧，此时左发电片组(L)与右发电片组(R)正串联，输出电压是相加的，为输出电压最高的连接状态；当热水器内的热水温度高(导致每个温差发电片发出电压也高)时，转换器(K)拨向左侧，此时左发电片组(L)与右发电片组(R)为正向并联输出，电压是单个发电片组的输出值，使过高的输出电压降低，但此时输出电流是单个的两倍，提高了给可充电电池充电的速度和效率。电子控制电路的增设，可使转换器(K)的状态自动随着温差发电材料发出电压的高低而变化，进一步提高了给可充电电池充电的速度和效率。可见本发明提高了太阳能热水器温差发电的效率。
附图说明
图1是本发明的第一个实施例电路图；
图2是本发明的第二个实施例电路图；
具体实施方式
为了简化叙述，在本实施例的图1、图2中，只将温差发电太阳能热水器的可充电电池E、二极管D、温差发电材料画出，并把温差发电片画成电池符号。温差发电太阳能热水器的其余电路和结构图省略(相关结构原理可参见申请号为201110039352.4的中国专利申请)。
在图1中，左发电片组L和右发电片组R构成太阳能热水器的温差发电材料。其中左发电片组L和右发电片组R都是由多个同型号的温差发电片(可用同型号的半导体制冷片)正串联构成，且左发电片组L和右发电片组R的温差发电片个数相等，因而在同样温差条件下，两者发电电压基本相等。转换器K为双刀双掷开关。
左发电片组L的正极接转换器K的下路中心接点，负极接转换器K的上路左接点和经过电流表A接可充电电池E的负极；右发电片组R的负极接转换器K的下路右接点以及上路的中心接点，正极接转换器K的下路左接点和二极管D的正极，二极管D的负极接可充电电池E的正极。电流表A用于监测负载开路时充电电流大小，它也可串联在温差发电材料和可充电电池E的其他连线中。温差发电输出端X、Y对应负、正极，接温差发电太阳能热水器电路的后续电路，后续电路可参见申请号为201110039352.4的中国专利申请)。
用户可根据电流表A显示的充电电流大小(或热水器内的水温)，尝试改变转换器K的左右连接状态使之达到最佳充电状态。当某种原因(比如阴天、洗浴用热水较多等)使温差变低，温差发电材料输出电压变低时，转换器K拨向右侧，此时左发电片组L和右发电片组R的电压是正串联，电压相加为串联输出连接状态，输出温差发电电压提高；当某种原因使温差显著提高，温差发电材料输出电压显著升高时，温差发电电压又可能太高，此时对可充电电池E充电时将有较多的电能消耗在温差发电片的内阻上，降低效率，此时转换器K要拨向左侧，此时左发电片组L和右发电片组R的电压是并联输出连接状态，输出温差发电电压是一个发电片组的输出值而使过高的电压降低，但此时输出阻抗是原来的一半，因此可以快速给可充电电池E充电，提高了温差发电效率。因为按物理学原理，电源对外输出电功率最高的条件是：电源的内阻等于负载的电阻，而可充电电池E在充电时对外呈现的电阻较低，如果将温差发电材料的总内阻降低是有利于提高其对外放电输出功率的。二极管D起单向隔离作用，可确保只允许温差发电材料给可充电电池E充电但不会使可充电电池E反向给温差发电材料放电。
在图2中，是在图1的基础上增加了带有自动转换功能的电子控制电路。转换器K改为电子控制电路的继电器的触点开关。电子控制电路由电压比较器BJ、功率输出电路和继电器连接而成。三端稳压器IC的输入端与可充电电池E并联，输出端与电压比较器BJ的电源输入端以及电阻R1、R2串联构成的基准电压的电压取样支路相并联。电阻R1、R2、R3、R4、R5以及电压比较电路W组成电压比较器BJ，二极管DB为保护二极管，用于抑制继电器线圈J的自感电动势，避免损坏其他元件。三极管T1、T2构成复合三极管，与串联在其基极上的限流电阻R6构成功率输出电路(为了得到足够的电流来驱动继电器)。功率输出电路的输入端(即限流电阻R6的左端)接在电压比较器BJ的输出端(即电压比较电路W的输出端)，这就可以大电流推动与其集电极相连接的继电器线圈J使继电器工作。继电器线圈J与二极管DB并联后，其下端接三极管T1、T2的集电极(即功率输出电路的输出端)，上端接可充电电池E的正极。三极管T2的发射极接地，基极接三极管T1的发射极。
电阻R2的滑动端接电压比较电路W的反相输入端-，调节电阻R2，可改变进入电压比较电路W的反相输入端-的参考电压值。电阻R4、R3串联后再并联到左发电片组L上，构成温差发电电压的取样支路，可自动检测温差发电材料发出电压的高低。电阻R3的滑动端接电压比较电路W的同相输入端+，调节电阻R3，可改变进入同相输入端+的温差发电电压值。当电压比较电路W的同相输入端+的电压高于反相输入端-的电压时，电压比较电路W输出高电压(或称高电平)，通过限流电阻R6推动三极管T1、T2导通，使继电器线圈J有电流而推动转换器K的中心两个接点接向左端，此时过程和效果如前所述；当电压比较电路W的同相输入端+的电压低于反相输入端-的电压时，电压比较器BJ输出低电压信号，复合三极管T1、T2截止，使继电器线圈J无电流而使转换器K的中心两个接点复位接向右端，此时过程和效果也如前所述。电阻R2、R3为电位器或微调电阻，可通过调节这两个电阻，使只有当温差发电材料的总输出电压高到可以采用并联输出方式给可充电电池E充电时电压比较电路W才输出高电压为宜，此时左发电片组L对应的输出电压应大于12V。继电器线圈J和转换器K之间的点画连线表示两者联动，且为同一继电器上的不同部件，转换器K的状态被继电器线圈J所控制。
本实施例各元件参考值如下：
电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6分别为5、10、15、5、3.9、3千欧姆。三极管T1、T2可都用C9013或T2用其他中功率低频三极管。二极管D、DB用1N4007。三端稳压器IC可用7809。电压比较电路W可用LM339。继电器线圈J的额定电压要用12伏的，继电器要用带两组有四个触点的，额定电流大于1A就行。左发电片组L和右发电片组R各自用16片半导体制冷片正向串联构成，半导体制冷片的型号为TEC1-12706。可充电电池E用12V、大于12安时的蓄电池。电流表A用小于2安培的直流电流表。
当然，在本发明构思的基础上，还可以有其他一些变化，例如：增加给可充电电池E恒流充电的电路(但是该电路的加入，不利于温差发电材料发出电能的利用率)，电子控制电路也可用其他类型的等等，但这些变化都没有偏离本发明的实质。

Claims (2)

1.一种太阳能热水器的发电转换装置，包含温差发电太阳能热水器，其特征是温差发电材料分成发电片数量相同的左发电片组L和右发电片组R，左发电片组L的正极接转换器K的下路中心接点，负极接转换器K的上路左接点和可充电电池E的负极，右发电片组R的负极接转换器K的下路右接点以及上路的中心接点，正极接转换器K的下路左接点和二极管D的正极，二极管D的负极接可充电电池E的正极，三端稳压器IC的输入端与可充电电池E并联，三端稳压器IC的输出端与电压比较电路W的电源输入端以及电阻R1与R2串联电路相并联，电压比较电路W的反相输入端与电阻R2的滑动端相连，同相输入端与电阻R3的滑动端相连，电阻R3的下端接地，上端接电阻R4的下端，电阻R4的上端接左发电片组L的正极和转换器K的下路中心接点，电压比较电路W的输出端接功率输出电路的输入端，功率输出电路的输出端接继电器线圈J的下端，继电器线圈J的上端接可充电电池E的正极。
2.按权利要求1所述的太阳能热水器的发电转换装置，其特征是温差发电材料和可充电电池E之间串联有电流表A。
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