CN102419010A - 一种光电冷热一体化的太阳能利用装置 - Google Patents
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Abstract
一种光电冷热一体化的太阳能利用装置,它涉及一种太阳能利用装置,具体涉及一种光电冷热一体化的太阳能利用装置。本发明为了解决现有太阳能电池板和半导体制冷件工作时,产生大量热量影响设备的工作性能,且散失到环境中造成能量浪费,以及传统太阳能热水器水温较低达不到需求的问题。本发明通过半导体制冷器、光伏电池、太阳能集热器将冷水井中的水逐级提高温度,升温至70℃的水进入保温水箱或换热器中,最后进入室内供人们使用。本发明用于室内制冷、光伏电池降温、为室内提供热水,利用光伏电池产生电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能利用装置,具体涉及一种光电冷热一体化的太阳能利用装置。
背景技术
伴随着人类文明的进步,能源利用的途径和等级进入了一个前所未有的阶段,能源与环境已经成为21世纪人类社会发展面临的重大核心问题,目前广泛使用的煤炭、石油以及天然气等化石能源给生态环境造成了严重的影响和破坏,且储量正在日益减少、价格也在不断攀升,由此引发的能源危机和战争也在日趋增多,核能作为一种高密度能源相比于传统能源具有诸多优势,但其潜在的放射性危害却一直威胁着人类的生存。人类对新能源特别是与生态环境相适应的清洁安全的新能源充满渴求。太阳能一直是人类的最大能源途径,理论推算表明:到达地球陆地表面的太阳能大约7×109MW,相当于目前全世界一年内消耗的总能量的3.5万多倍,但是相比于传统化石能源和核能,太阳能属于低密度能源,单一利用途径难以满足现实需求。
在发达国家和地区,人们对生活舒适程度的追求已经使空调成为现代生活的必需品。目前,绝大多数空调采用氟利昂一类的制冷剂,利用制冷剂的相变(气相和液相转化),吸收或释放热量,达到调节温度的效果,制冷剂的广泛使用对生态造成严重的负面影响,传统空调通常需要泵、压缩机等部件,在消耗大量电能和原材料的同事还会产生恼人的噪声污染。随着我国经济发展水平的提高,空调用电量正在飞速增长,每到夏季,各大城市的拉闸限电现象日趋增多。
1834年帕贴耳效应被发现之后,随着半导体材料的迅猛发展,半导体制冷逐渐从实验室走向应用实践,并在国防、工业、农业、医疗和日常生活等领域获得应用。相比于其它技术,半导体制冷具有显著优势:无机械传动部分,工作中无噪音,无液、气工作介质,因而不污染环境,制冷参数不受空间方向以及重力影响,在大的机械过载条件下,能够正常的工作,通过调节工作电流的大小,可方便调节制冷速率,通过切换电流方向,可使制冷器从制冷状态变为制热工作状态,作用速度快,使用寿命长,且易于控制。目前,太阳能半导体制冷技术已经被广泛应用。现有太阳能电池板和半导体制冷件工作时,会有大量热量产生,这些热量一方面影响设备的工作性能,一方面散失到环境中造成能量的浪费。
发明内容
本发明为解决现有太阳能电池板和半导体制冷件工作时,产生大量热量影响设备的工作性能,且散失到环境中造成能量浪费,以及传统太阳能热水器水温较低达不到需求的问题,进而提出一种光电冷热一体化的太阳能利用装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明包括水泵、第一水冷交换器、半导体制冷器、导冷模块、光伏电池、太阳能集热器、温水箱和第二水冷交换器,所述水泵的输入端与冷水井连接,所述水泵的输出端与第一水冷交换器的输入端连接,所述半导体制冷器的一端与第一水冷交换器的交导热壁面连接,所述半导体制冷器的另一端与导冷模块连接,所述第一水冷交换器的输出端与第二水冷交换器的输入端连接,所述光伏电池下表面与第二水冷交换器的导热壁面连接,所述光伏电池的电输出端与半导体制冷器的电输入端连接,所述第二水冷交换器的输出端太阳能集热器的输入端连接,所述太阳能集热器的输出端与保温水箱连接,所述太阳能集热器的输出端还通过管线与地下暖水井连接。
本发明包括水泵、第一水冷交换器、半导体制冷器、导冷模块、光伏电池、太阳能集热器、换热器和第二水冷交换器,所述水泵的输入端与冷水井连接,所述水泵的输出端与第一水冷交换器的输入端连接,所述半导体制冷器的一端与第一水冷交换器的导热壁面连接,所述半导体制冷器的另一端与导冷模块连接,所述第一水冷交换器的输出端与第二水冷交换器的输入端连接,所述光伏电池的下表面与第二水冷交换器的导热壁面连接,所述光伏电池的电输出端与半导体制冷器的电输入端连接,所述第二水冷交换器的输出端与太阳能集热器的输入端连接,所述太阳能集热器的输出端与换热器的输入端连接,所述太阳能集热器的输出端还通过管线与地下暖水井连接。
本发明的有益效果是:本发明提出“冷水梯级升温技术”,即冷却水经由半导体制冷器使水温从15℃升至30℃,然后通过光伏电池工作面,使水温从30℃升至50℃,最后送入太阳能集热器使水温进一步升至70℃。本发明采用水作为热载体降低了光伏电池表面温度和半导体热端温度,从而提高光伏电池发电效率和半导体空调制冷量,采用15℃冷却水时,可将半导体制冷器热端温度降低29℃,达到较好的制冷效果;由于太阳能集热器进水水温的升高,输出热水的水温不需辅助加热即可达到70℃,从而可为人们生活提供高品质的热水;此外,本发明还采用地下滞水层蓄热与冷却相结合的方案,将多余热量储存在地下,在冬季时将热量取出满足供暖需求,实现了能源的综合利用,提高了能源利用效率。
附图说明
图1是本发明第一种方案的整体结构示意图,图2是本发明第二种方案的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置包括水泵1、第一水冷交换器2、半导体制冷器3、导冷模块4、光伏电池6、太阳能集热器7、温水箱9和第二水冷交换器11,所述水泵1的输入端与冷水井连接,所述水泵1的输出端与第一水冷交换器2的输入端连接,所述半导体制冷器3的一端与第一水冷交换器2的导热壁面连接,所述半导体制冷器3的另一端与导冷模块4连接,所述第一水冷交换器2的输出端与第二水冷交换器11的输入端连接,所述光伏电池6下表面与第二水冷交换器11的导热壁面连接,所述光伏电池6的电输出端与半导体制冷器3的电输入端连接,所述第二水冷交换器11的输出端太阳能集热器7的输入端连接,所述太阳能集热器7的输出端与保温水箱9连接,所述太阳能集热器7的输出端还通过管线与地下暖水井连接。本实施方式中冷却水通过水泵1由冷水井中进入第一水冷交换器2中,在第一水冷交换器2中通过第一水冷交换器2的交换壁与半导体制冷器3换冷,换冷后冷却水的温度由15℃升至30℃,随后进入第二水冷交换器11中,在第二水冷交换器11中冷却水通过第二水冷交换器11的交换壁使光伏电池6降温,此时,冷却水的水温从30℃升至50℃,随后冷却水进入太阳能集热器7中,太阳能集热器7使冷却水的温度进一步升至70℃,升温至70℃的水进入保温水箱9后再进入室内,从而可为人们生活提供高品质的热水,本实施方式中降温后的光伏电池6工作效率提高,光伏电池6为半导体制冷器3提供电能。
具体实施方式二:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置的太阳能集热器7的输出端与保温水箱9的输入端之间设有截止阀8。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置的导冷模块4上设有风扇5。本实施方式保证了冷气能快速进入室内,提高了换冷效率。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:结合图2说明本实施方式,本实施方式所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置包括水泵1、第一水冷交换器2、半导体制冷器3、导冷模块4、光伏电池6、太阳能集热器7、换热器10和第二水冷交换器11,所述水泵1的输入端与冷水井连接,所述水泵1的输出端与第一水冷交换器2的输入端连接,所述半导体制冷器3的一端与第一水冷交换器2的导热壁面连接,所述半导体制冷器3的另一端与导冷模块4连接,所述第一水冷交换器2的输出端与第二水冷交换器11的输入端连接,所述光伏电池6的下表面与第二水冷交换器11的导热壁面连接,所述光伏电池6的电输出端与半导体制冷器3的电输入端连接,所述第二水冷交换器11的输出端与太阳能集热器7的输入端连接,所述太阳能集热器7的输出端与换热器10的输入端连接,所述太阳能集热器7的输出端还通过管线与地下暖水井连接。本实施方式中冷却水通过水泵1由冷水井中进入第一水冷交换器2中,在第一水冷交换器2中通过第一水冷交换器2的交换壁与半导体制冷器3换冷,换冷后冷却水的温度由15℃升至30℃,随后进入第二水冷交换器11中,在第二水冷交换器11中冷却水通过第二水冷交换器11的交换壁使光伏电池6降温,此时,冷却水的水温从30℃升至50℃,随后冷却水进入太阳能集热器7中,太阳能集热器7使冷却水的温度进一步升至70℃,升温至70℃的水进入换热器10中将换热器10内的自来水加热,加热后的自来水进入室内,从而可为人们生活提供高品质的热水,本实施方式中降温后的光伏电池6工作效率提高,光伏电池6为半导体制冷器3提供电能。
具体实施方式五:结合图2说明本实施方式,本实施方式所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置的太阳能集热器7的输出端与换热器10的输入端之间设有截止阀8。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
工作原理
第一种方案:
将水泵1的输入端通过管线与冷水井连通,并启动水泵1将冷水井的水抽出至水冷交换器2内;冷水井的水在第一水冷交换器2内通过导热传热将半导体制冷器3热端的热量带走,此时冷水井的水的温度上升至30℃,半导体制冷器3的冷端通过导冷模块4将冷气传至建筑物内使室内降温;冷水井的水由第一水冷交换器2内输出进入第二水冷交换器11内,冷却水通过第二水冷交换器11的交换壁使光伏电池6表面温度降低,此时冷水井的水由30℃升至50℃;随后冷却水进入太阳能集热器7内,太阳能集热器7通过辐射传热将冷水井的水的温度由50℃升至70℃;冷水井的水由太阳能集热器7内进入保温水箱9中,保温水箱9的输出端与建筑物室内的阀门连接;当保温水箱9内饱和时,太阳能集热器7与保温水箱9之间的截止阀8关闭,多余的冷水井的水通过管线进入暖水井内储存。
第二种方案
将水泵1的输入端通过管线与冷水井连通,并启动水泵1将冷水井的水抽出至水冷交换器2内;冷水井的水在第一水冷交换器2内通过导热传热将半导体制冷器3热端的热量带走,此时冷水井的水的温度上升至30℃,半导体制冷器3的冷端通过导冷模块4将冷气传至建筑物内使室内降温;冷水井的水由第一水冷交换器2内输出进入第二水冷交换器11内,冷却水通过第二水冷交换器11的交换壁使光伏电池6表面温度降低,此时冷水井的水由30℃升至50℃;随后冷却水进入太阳能集热器7内,太阳能集热器7通过辐射传热将冷水井的水的温度由50℃升至70℃;冷水井的水由太阳能集热器7内进入换热器10中,换热器10的输入端与自来水管连接,冷水井的水将热量换给自来水,使自来水升温,升温后自来水通过换热器10的输出端进入建筑物的室内供居民使用,当换热器10内饱和时,太阳能集热器7与换热器10之间的截止阀8关闭;多余的冷水井的水通过管线进入暖水井内储存。
Claims (5)
1.一种光电冷热一体化的太阳能利用装置,其特征在于:所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置包括水泵(1)、第一水冷交换器(2)、半导体制冷器(3)、导冷模块(4)、光伏电池(6)、太阳能集热器(7)、温水箱(9)和第二水冷交换器(11),所述水泵(1)的输入端与冷水井连接,所述水泵(1)的输出端与第一水冷交换器(2)的输入端连接,所述半导体制冷器(3)的一端与第一水冷交换器(2)的导热壁面连接,所述半导体制冷器(3)的另一端与导冷模块(4)连接,所述第一水冷交换器(2)的输出端与第二水冷交换器(11)的输入端连接,所述光伏电池(6)下表面与第二水冷交换器(11)的导热壁面连接,所述光伏电池(6)的电输出端与半导体制冷器(3)的电输入端连接,所述第二水冷交换器(11)的输出端太阳能集热器(7)的输入端连接,所述太阳能集热器(7)的输出端与保温水箱(9)连接,所述太阳能集热器(7)的输出端还通过管线与地下暖水井连接。
2.根据权利要求1所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置,其特征在于:所述太阳能集热器(7)的输出端与保温水箱(9)的输入端之间设有截止阀(8)。
3.根据权利要求1所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置,其特征在于:所述导冷模块(4)上设有风扇(5)。
4.一种光电冷热一体化的太阳能利用装置,其特征在于:所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置包括水泵(1)、第一水冷交换器(2)、半导体制冷器(3)、导冷模块(4)、光伏电池(6)、太阳能集热器(7)、换热器(10)和第二水冷交换器(11),所述水泵(1)的输入端与冷水井连接,所述水泵(1)的输出端与第一水冷交换器(2)的输入端连接,所述半导体制冷器(3)的一端与第一水冷交换器(2)的导热壁面连接,所述半导体制冷器(3)的另一端与导冷模块(4)连接,所述第一水冷交换器(2)的输出端与第二水冷交换器(11)的输入端连接,所述光伏电池(6)的下表面与第二水冷交换器(11)的导热壁面连接,所述光伏电池(6)的电输出端与半导体制冷器(3)的电输入端连接,所述第二水冷交换器(11)的输出端与太阳能集热器(7)的输入端连接,所述太阳能集热器(7)的输出端与换热器(10)的输入端连接,所述太阳能集热器(7)的输出端还通过管线与地下暖水井连接。
5.根据权利要求4所述一种光电冷热一体化的太阳能利用装置,其特征在于:所述太阳能集热器(7)的输出端与换热器(10)的输入端之间设有截止阀(8)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120418 |