CN103292479A

CN103292479A - 一种太阳能热水器

Info

Publication number: CN103292479A
Application number: CN2013102291986A
Authority: CN
Inventors: 张翼
Original assignee: ZHANGJIAGANG HONGZUAN TRADE CO Ltd
Current assignee: ZHANGJIAGANG HONGZUAN TRADE CO Ltd
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明公开了一种太阳能热水器其特征是由太阳能热水器、电加热器、太阳能光伏电池板和蓄电池构成。所述的电加热器采用直流电安装在所述的太阳能热水器的储水箱内，电加热器通过导线和所述的蓄电池连接，该蓄电池通过导线和太阳能光伏电池板的正负极连结。本发明设计合理，免去了不必要的比如逆变器等，降低了成本。充分利用了光电互补的特性，使可再生能源得到最大的利用减少了煤电水资源的浪费，方便了生活。

Description

一种太阳能热水器

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器。

背景技术

太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成。真空管式热水器的吸热时，太阳辐射透过真空管的外管，被集热镀膜吸收后沿内管壁传递到管内的水。管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。

太阳能热水器理论上是一次投资，使用不花钱。实际上不可能。

原因是无论任何地方，每年都有阴云雨雪天气以及冬季日照不足天气。在此气候下主要靠电加热制热水(也有一些产品是靠燃气加热)，每年平均有25％~50％以上的热水需要完全靠电加热(地区之间不尽相同，阴天多的地区实际耗电量还要大。上海地区近三年的统计数据表明，平均每年阴雨天高达67％，满负荷利用太阳能热水器其70％的热能来自电或者燃气)。这样一来太阳能热水器实际耗电量比热泵热水器大。此外，敷设在太阳能热水器室外管路上的“电热防冻带(只在北方地区有)”，也要消耗大量电能。除此以外，太阳能热水器在结构上还存在多种难以解决的技术缺陷。

1、热水管路长达十几米，每次使用都要浪费很多水。以典型的Φ12毫米水管计算，每1米长度存水为0.113公斤。若太阳能热水管长度平均为15米，则每次使用都要浪费大约1.7公斤水。若平均每天使用6次，则每天浪费10.2公斤水；每月浪费360公斤水；每年浪费4320公斤水；十年浪费43200公斤水！以浪费水为代价节省一些电，恐怕无论是政府还是老百姓若知道这些都不会认可。

2、需要一整天的日照才能把水晒热，天气好的时候也只能保证晚上有热水，白天和夜间很少有热水可用。不能保证使用者24小时热水供应，舒适性差。

3、光电互补，实际上没法恰当的实现。市场90％的太阳能热水器存在着难以克服的顽症：冬天水温达不到，或者只能产生少量热水；这些产品只能在夏秋季阳光充足的时候用，冬季日照弱时根本不能用，或者产生的热水太少，不好用，客户经常投诉；其实，真正的太阳能热水器必须是一年四季都能用的。热水使用量比较大的时间是集中在冬天，而冬天的集热效果又不能满足使用要求，基本上受气候条件的限制，摆脱不了普通太阳能热水器“靠天吃饭”的局限，很难保证冬天照样有充足的热水。很多太阳能经销商为弥补热水产量不足，需要增加电辅助或者油锅炉，但是这样形成双重投资，增加客户的经济负担。消费者实际使用时候因此会白白浪费很多电能，并进一步减少使用的舒适度。太阳能热水器为了在日照不足天气也能有热水，基本都采用了所谓的“光电互补”技术，也就是在太阳能热水器上再增加一个电加热器。理论上说，只要热水不足就可以“让”该电热管加热。这听起来很美。实际上由于消费者使用热水模式很复杂，一年365天日照情况也不是固定。所以根本没办法恰当的解决“何时启动电加热最合适”。采用温度控制、时间控制实际上都不行。使得这个初看上去简单的“电加热控制”问题没有任何太阳能厂家完善的解决——百分之百的太阳能厂家都算在内。清华阳光是清华大学电子系的三产公司，其强项就是电子控制。但是看一看清华阳光太阳能热水器就知道，它也没能妥善解决这个“光电互补加热控制”问题。这个电辅助加热控制问题没解决，使得太阳能热水器的实际耗电量远远大于其理论耗电量。

太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：1太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来。2太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。3蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。4逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

我们知道，电加热管的热值和电流电压的平方成正比。使用一根电加热管，通电之后给水提供热量。加热管有300w、500w、1000w等功率可供选择。加热管由一个温控器来控制，能设定所需温度并保持内胆中的水温恒定，且在40℃～75℃范围内可调。

发明内容

本发明针对目前太阳能热水器的在结构上存在多种难以解决的技术缺陷，结合太阳能光伏电池，给太阳能热水器通过电加热管补充热能，克服上面的缺点。光伏电池发出的电是直流电，为了减低成本，本发明采用了直流电电加热器，这样可以免去整流滤波电路(将50Hz的交流电变成直流电)和逆变器，在通过经过PWM控制电路将直流电转换成频率为16-20KHz的高频电压。

本发明的具体结构如下：根据太阳能热水器的容量，选择匹配的光伏电池发电系统，包括1太阳能电池板2太阳能控制器3蓄电池。说明由于采用的是直流电加热器，所以免去了逆变器，这样的成本可以减低20％，同时电热转换效率也提高了，避免了损耗。将太阳能热水器的电加热器的出口直接和光伏系统的蓄电池的连接，当然通过稳压装置。尽管光伏电池产生的电能非常有限，但是可以源源不断的提供给太阳能热水器，而且避免了蓄电池长期的处于过充，对电池的损害。特别是对于北方的冬季，温度非常低，但是阳光比较充足。

附图说明

图1是系统结构意图。

1太阳能热水器 2电加热器 3太阳能电池板 4太阳能控制器 5蓄电池 6导线

具体实施方式

下面结合附图说明对本发明做进一步的详细说明。

将太阳能热水器1的电加热器2通过导线6连接到蓄电池5，并且设定好电加热器2的温度等参数。当太阳能热水器1的水的温度达到一定温度时候，太阳能控制器5启动，蓄电池5停止给电加热器供电，如果水的温度低于设定的温度时候，蓄电池开始为电加热器提供电能，电加热器为水加热，因为电加热器属于36v的直流电，属于安全电压范围，所以不用担心触电的危险，这里的供电是持续的，而且随时可以提供，只要有阳光，就有电能。我们以500w的太阳能电池板为例。每小时产生的电能为300升的太阳能热水器从20度升高到35，需要多少小时？

假设把300升水从20度升高到35度的热量为：300×1000(克)×15(变成卡，1克水温度升高1度为1卡)×4.2(变成焦耳)＝18900000焦耳

1度电是1千瓦小时就是1000(瓦)×3600(瓦特乘以秒是焦耳)＝3600000

1吨水从20度升高到50大约需要189/36＝5度电；500瓦的太阳能光伏电池需要的时间是5/0.5＝10小时

这个时间恰好是白天蓄电池可以储存电能。实际上，系统不必等到水温下降到20度，甚至只要到30度的时候就启动电加热器，那么只需要3个小时就可以把水温提高到37度，人体可以接收的范围。

本发明设计合理，免去了不必要的比如逆变器等，降低了成本。充分利用了光电互补的特性，使可再生能源得到最大的利用减少了煤电水资源的浪费，方便了生活。

Claims

1.一种太阳能热水器其特征是由太阳能热水器、电加热器、太阳能光伏电池板和蓄电池构成。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器，其特征在于：所述的电加热器采用直流电安装在所述的太阳能热水器的储水箱内。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器，其特征在于：所述的电加热器通过导线和所述的蓄电池连接，该蓄电池通过导线和所述的太阳能光伏电池板的正负极连结。