CN103426343B - 一种光伏研究工作台与房屋模型一体化实验系统 - Google Patents

一种光伏研究工作台与房屋模型一体化实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏研究工作台与房屋模型一体化实验系统,属于光伏研究实验系统技术领域。本发明包括光伏研究工作台与房屋一体化模型、太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统和空气流质型光伏光热换热实验系统,太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统与光伏研究工作台与房屋一体化模型相配合,用于研究和演示太阳能光伏-光热-热电综合利用效率;空气流质型光伏光热换热实验系统也与光伏研究工作台与房屋一体化模型相配合,用于研究和演示空气流质型光伏光热换热效率。本发明的实验系统大小适宜,方便移动与拆卸,使实验在室内与室外都可开展,同时兼具演示功能,且可进行多项研究项目。

Description

一种光伏研究工作台与房屋模型一体化实验系统
技术领域
[0001] 本发明涉及光伏研宄实验系统技术领域,更具体地说,涉及一种对光伏/光热/热电以及太阳能与建筑一体化进行实验研宄应用的工作台与房屋模型一体化实验系统。
背景技术
[0002] 随着化石能源的日益匮乏,新能源、可再生能源的发展日益得到人们的重视。太阳能取之不尽用之不竭,太阳能光伏发电以及光伏/光热/热电综合利用已经成为各国重点发展与研宄的新能源技术领域。该项技术也一直是国内各大高校开展科学研宄的热点方向。此外,将太阳能光伏发电以及光伏/光热/热电综合利用领域知识在广大高校学生中普及,对今后我国光伏产业的发展,甚至对我国今后在可再生能源领域的开发均具有重大意义。
[0003] 太阳能光伏发电以及光伏/光热/热电综合利用的实验研宄系统大致分为室内型和室外型两种。
[0004] 室内型实验研宄系统,一般采用太阳灯模拟太阳光源,太阳能电池组件安置在导轨上,且不设反光壁,通过人工测量相关参数。此实验研宄系统如果放置在室外,一方面电池组件的倾斜角不方便调整,另一方面在烈日下进行人工测量,对人体伤害较大,没有反光壁不能充分利用太阳光。且室内型实验研宄系统一般不具备进行光伏与建筑一体化(如PVT系统制冷或制热对室内空气调节的影响实验)的相关试验的功能。
[0005] 室外型实验研宄系统,一般包括单独的PVT集热器系统、带反光壁的PVT集热器系统、光伏与建筑一体化的房屋模型系统三类。此三类实验系统均存在阴雨天无法进行试验的问题。然而如果将其移到室内,又存在需另外配备太阳灯光源、移动不便等问题。尤其对于光伏与建筑一体化的房屋模型系统,由于房屋模型较大,移至室内进行实验非常不便。
[0006] 上述试验系统还有一个共同的弊病,即一个试验系统往往只能针对光伏、光伏/光热、光伏/光热/热电综合利用中的一种或两种进行研宄。众所周知,搭建一个试验系统是非常费时费力且需要很大成本的,一个试验系统能够完成的研宄项目越多,不仅研宄成本降低,对获得更全面、科学的研宄成果也十分有利。
[0007] 此外,目前也还没有一种实验系统,能够做到研宄与演示两用,即在做光伏研宄的同时,又能很方便直观地演示光伏、光伏/光热、光伏/光热/热电的实验原理,甚至演示现代化建筑在节能减排方面的应用。
[0008] 上述问题对光伏/光热/热电综合利用领域的研宄以及对该领域知识的普及均带来一定困扰,急需一个理想的解决方案。
发明内容
[0009] 1.发明要解决的技术问题
[0010] 本发明的目的在于克服现有光伏研宄实验系统存在的以下不足:(I)不能室内室外两用;(2)不能研宄与演示两用;(3)研宄项目单一,尤其是无法同时进行光伏-光热-热电综合利用实验、空气流质型光伏光热换热实验,提供了一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,本发明的实验系统大小适宜,方便移动与拆卸,使实验在室内与室外都可开展,同时兼具演示功能,且可进行多项研宄项目。
[0011] 2.技术方案
[0012] 为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
[0013] 本发明的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,包括光伏研宄工作台与房屋一体化模型、太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统和空气流质型光伏光热换热实验系统;所述的光伏研宄工作台与房屋一体化模型包括光伏研宄工作台和房屋模型,所述的光伏研宄工作台位于房屋模型上部,其中:
[0014] 所述的光伏研宄工作台,包括反光隔热装置、楔形体、底座、侧门、灯架和太阳灯;所述的反光隔热装置由4块等高的矩形板铰接围合而成,该矩形板的内侧贴有反光材料层,该反光隔热装置位于楔形体的上部,反光隔热装置与楔形体的上板斜面通过铰链活动连接;所述的楔形体由一块矩形上板斜面、两块三角侧板和一块矩形侧板围合而成,所述的矩形侧板上安装有不同高度的挂钩,所述的上板斜面通过该挂钩调整倾斜角度,矩形侧板上开设有侧门;所述的楔形体的上板斜面、矩形侧板分别与底座通过铰链活动连接,该楔形体与底座围成一楔形空腔,所述的底座上开有一电线孔;所述的灯架架设于底座上,该灯架横跨上述反光隔热装置,所述的太阳灯安装于楔形体上板斜面正上方的灯架横梁上,该太阳灯与灯架横梁活动连接;
[0015] 所述的房屋模型包括房顶、房体、房屋底板、百叶窗帘、门和显示屏;所述的房顶、房体和房屋底板围合成房屋结构;所述的房顶与底座相对应处也开设有电线孔,所述的楔形体上板斜面向阳时,房体同时向阳的一侧面上设置有窗户和门,该窗户上设置有百叶窗帘;所述的房体另一侧面上设置有显不屏;
[0016] 所述的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统包括一光伏-光热-热电集热器,所述的空气流质型光伏光热换热实验系统包括一光伏光热集热器,该光伏光热集热器与光伏-光热-热电集热器并排铺设于上述楔形体的上板斜面上;所述的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统与光伏研宄工作台与房屋一体化模型相配合,用于研宄和演示太阳能光伏-光热-热电综合利用效率;所述的空气流质型光伏光热换热实验系统也与光伏研宄工作台与房屋一体化模型相配合,用于研宄和演示空气流质型光伏光热换热效率。
[0017] 更进一步地,所述的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统包括光伏-光热-热电集热器、光热保温桶组件和光伏热电控制电路,其中:
[0018] 所述的光伏-光热-热电集热器包括第一销合金边框、第一玻璃盖板、第一 EVA填充层、第一太阳能电池片、第一背板、第一传热板、第二传热板、热电芯片、集热管道、第一绝热材料层、第一背封板和接线盒,所述的第一玻璃盖板的下方铺设有第一 EVA填充层,该第一 EVA填充层内设置有第一太阳能电池片,上述的第一太阳能电池片与光伏热电控制电路相连接,所述的第一背板位于第一 EVA填充层的下方;所述的第一传热板与第一背板的底部之间设置有导热胶层,所述的第一传热板和第二传热板之间铺设有热电芯片,该热电芯片的高温面与第一传热板之间设置有导热胶层,该热电芯片的低温面与第二传热板之间也设置有导热胶层,上述热电芯片的汇流总线通过稳压芯片、防反冲二极管连接至光伏热电控制电路,所述的第二传热板下方设置有第一绝热材料层,该第一绝热材料层的顶部铺设有集热管道,所述的集热管道与第二传热板的底面之间设置有导热胶层,且集热管道与第二传热板之间通过不锈钢焊丝加固焊接,所述的接线盒位于第一绝热材料层内部;上述的第一玻璃盖板、第一 EVA填充层、第一背板、第一传热板、热电芯片、第二传热板、第一绝热材料层通过第一铝合金边框层压固定,且第一绝热材料层的底面通过第一背封板固定;
[0019] 上述的集热管道包括第一扁形管、第二扁形管、第三扁形管、第四扁形管、第一回转头、第二回转头、第三回转头、第一固紧杆、第二固紧杆、第三固紧杆、连接管和外接水管,其中:所述的第一回转头的两端分别与第一扁形管、第二扁形管相连通,该第一扁形管、第二扁形管位于第一回转头的一侧,且相互平行,上述的第一扁形管、第二扁形管之间通过第一固紧杆固定;所述的第三回转头的两端分别与第三扁形管、第四扁形管相连通,该第三扁形管、第四扁形管位于第三回转头的一侧,且相互平行,上述的第三扁形管、第四扁形管之间通过第二固紧杆固定;所述的第二扁形管、第三扁形管通过第二回转头相连通,该第二扁形管、第三扁形管之间通过第三固紧杆固定;所述的第一扁形管和第四扁形管的长度为112cm,所述的第二扁形管和第三扁形管的长度为90cm,所述的第一回转头、第二回转头、第三回转头的长度为15cm ;所述的第一扁形管、第四扁形管的开口端均通过连接管与外接水管相连通,该连接管为方形管,该外接水管为圆形管,上述连接管的边长大于外接水管的直径;
[0020] 所述的光热保温桶组件包括第一水泵、第二水泵、第一级保温桶、水位兼温度传感器、温控装置、电磁阀、第二级保温桶和辅助加热装置,其中:所述的第一扁形管开口端连接的外接水管连接至第一级保温桶的顶部,所述的第四扁形管开口端连接的外接水管通过第一水泵连接至第一级保温桶的底部,该第一级保温桶的顶部通过电磁阀连接至自来水管道,该第一级保温桶侧壁设置有水位兼温度传感器,该第一级保温桶底部的出水口通过第二水泵连接至第二级保温桶的顶部,上述的电磁阀、水位兼温度传感器、第二水泵分别与温控装置相连;所述的第二级保温桶内部设置有辅助加热装置,且底部设置有出水阀门;
[0021] 所述的光伏热电控制电路包括第一控制器、第一蓄电池、第一逆变器和第一负载,其中:所述的第一太阳能电池片与热电芯片并联后连接至第一控制器,所述的第一控制器分别与第一蓄电池、第一逆变器相连接,该第一逆变器与第一负载相连,上述的第一蓄电池通过第一控制器对第一逆变器放电,第一逆变器对第一负载供电。
[0022] 更进一步地,所述的空气流质型光伏光热换热实验系统包括光伏光热集热器、空气流质型换热组件和光伏光电控制电路;其中,
[0023] 所述的光伏光热集热器包括第二铝合金边框、第二玻璃盖板、第二 EVA填充层、第二太阳能电池片、第二背板、空腔、第二绝热材料层和第二背封板,所述的第二玻璃盖板的下方铺设有第二 EVA填充层,该第二 EVA填充层内设置有第二太阳能电池片,上述的第二太阳能电池片与光伏光电控制电路相连接,所述的第二背板位于第二 EVA填充层的下方,上述的第二玻璃盖板、第二 EVA填充层、第二背板通过第二铝合金边框固定,所述的第二背封板上部铺设有第二绝热材料层,第二背板与第二绝热材料层围成一空腔;所述的光伏光热集热器对应长条形空腔的两端部开设有风管连接孔;
[0024] 所述的空气流质型换热组件包括第一进风管道、第二进风管道、第一出风管道、第二出风管道、第一通风软管、第二通风软管、PVC大小头转换管道、第一风泵、第二风泵、空气-水换热器、换热器进水管、换热器出水管、第一堵头、第二堵头、保温桶进水管、保温桶出水管、水泵、保温桶和排风管;所述的第一进风管道、第二进风管道分别与上述光伏光热集热器一端的风管连接孔相连,所述的第一出风管道、第二出风管道分别与光伏光热集热器另一端的风管连接孔相连;所述的第一出风管道与第一通风软管、第一风泵串联,所述的第二出风管道与第二通风软管、第二风泵串联;所述的第一风泵、第二风泵和空气-水换热器通过PVC大小头转换管道相连通,该空气-水换热器的另一端设置有排风管;所述的空气-水换热器与PVC大小头转换管道相连的一端固接有换热器进水管和换热器出水管,所述的换热器进水管通过第二堵头与保温桶出水管相连,该保温桶出水管通过水泵连接至保温桶的底部,所述的换热器出水管通过第一堵头与保温桶进水管相连,该保温桶进水管连接至保温桶的顶部;
[0025] 所述的空气-水换热器包括塑料外壳、绝热层、PVC管、进风口、出风口、外圈紫铜管道和内圈紫铜管道;所述的PVC管外部包裹有绝热层和塑料外壳,且PVC管两端用绝热层密封,且该PVC管两端绝热层上开设有进风口和出风口,所述的进风口与PVC大小头转换管道的一端相连,所述的出风口与排风管相连;所述的PVC管内部设置有外圈紫铜管道和内圈紫铜管道,所述的外圈紫铜管道、内圈紫铜管道、换热器进水管和换热器出水管由一根紫铜管绕制而成;
[0026] 所述的光伏光电控制电路包括第二控制器、第二蓄电池、第二逆变器和第二负载,其中:所述的第二太阳能电池片与第二控制器相连,所述的第二控制器分别与第二蓄电池、第二逆变器相连接,该第二逆变器与第二负载相连,上述的第二蓄电池通过第二控制器对第二逆变器放电,第二逆变器对第二负载供电。
[0027] 更进一步地,所述的光伏研宄工作台与房屋一体化模型各连接部所用铰链均为分体铰链。
[0028] 更进一步地,所述的光伏热电控制电路中的第一控制器、第一蓄电池和第一逆变器安装于上述楔形体的楔形空腔内,所述的光伏光电控制电路中的第二控制器、第二蓄电池和第二逆变器也安装于上述楔形体的楔形空腔内;所述的第一负载和第二负载为白炽灯,该第一负载和第二负载安装于上述房屋模型内部。
[0029] 更进一步地,所述的第一扁形管、第二扁形管、第三扁形管、第四扁形管的截面尺寸为1.2cmX2.4cm,所述的连接管的截面尺寸为2.4cmX2.4cm,所述的外接水管的直径为2cm0
[0030] 更进一步地,所述的第一出风管道、第二出风管道、第一通风软管和第二通风软管均用绝热材料包裹。
[0031] 3.有益效果
[0032] 采用本发明提供的技术方案,与已有的公知技术相比,具有如下显著效果:
[0033] (I)本发明的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其光伏研宄工作台与房屋一体化模型大小适中,且该模型各连接部采用分体铰链连接,组装与拆卸方便,使得本发明的实验系统即可在室外开展研宄,又可方便移至室内,甚至可将其移至课堂,进行演示实验;
[0034] (2)本发明的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统,包括光伏-光热-热电集热器、光热保温桶组件和光伏热电控制电路,不仅可以研宄光伏光热的综合利用,通过将热电芯片排在两层传热板之间,并通过稳压芯片、防反冲二极管连接至光伏热电控制电路,利用电池背板与集热管道之间的温差进一步发电,还可进一步研宄时下热门的热电综合利用技术;
[0035] (3)本发明的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其空气流质型光伏光热换热实验系统包括光伏光热集热器、空气流质型换热组件和光伏光电控制电路,可以研宄以空气作为换热介质的光伏光热换热系统的换热效率,以获得一种在光伏发电同时制造生活用热量并减少换热成本的新方法;
[0036] (4)本发明的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统和空气流质型光伏光热换热实验系统的设置,便于将光伏光热的综合利用技术、热电综合利用技术和以空气作为换热介质的光伏光热综合利用技术对太阳能的利用效率、换热效率等多参数进行比较,以获得更全面、科学的研宄成果。
附图说明
[0037] 图1是本发明中光伏研宄工作台与房屋一体化模型的框架结构示意图;
[0038] 图2是本发明中光伏研宄工作台的结构示意图;
[0039] 图3是本发明中房屋模型的结构示意图;
[0040]图4是本发明中光伏研宄工作台与房屋一体化模型的立体结构示意图;
[0041] 图5是本发明中太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统的结构示意图;
[0042] 图6是本发明中光伏-光热-热电集热器的横截面结构示意图;
[0043]图7是本发明中集热管道的结构示意图;
[0044] 图8是本发明中空气流质型光伏光热换热实验系统的结构示意图;
[0045]图9是本发明中光伏光热集热器的横截面结构示意图;
[0046] 图10是本发明中空气-水换热器的结构示意图。
[0047] 示意图中的标号说明:
[0048] 101、第一铝合金边框;102、第二铝合金边框;201、第一玻璃盖板;202、第二玻璃盖板;301、第一 EVA填充层;302、第二 EVA填充层;401、第一太阳能电池片;402、第二太阳能电池片;501、第一背板;502、第二背板;61、第一传热板;62、第二传热板;63、空腔;7、热电芯片;81、第一扁形管;82、第二扁形管;83、第三扁形管;84、第四扁形管;85、第一回转头;86、第二回转头;87、第三回转头;91、第一绝热材料层;92、第二绝热材料层;10、接线盒;11、连接管;12、外接水管;131、第一背封板;132、第二背封板;141、第一固紧杆;142、第二固紧杆;143、第三固紧杆;151、光伏-光热-热电集热器;152、光伏光热集热器;161、第一水泵;162、第二水泵;17、第一级保温桶;18、水位兼温度传感器;19、温控装置;20、电磁阀;21、第二级保温桶;22、辅助加热装置;231、第一控制器;232、第二控制器;241、第一蓄电池;242、第二蓄电池;251、第一逆变器;252、第二逆变器;261、第一负载;262、第二负载;271、第一进风管道;272、第二进风管道;281、第一出风管道;282、第二出风管道;291、第一通风软管;292、第二通风软管;30、PVC大小头转换管道;311、第一风泵;312、第二风泵;32、空气-水换热器;321、塑料外壳;322、绝热层;323、PVC管;324、进风口 ;325、出风口 ;326、外圈紫铜管道;327、内圈紫铜管道;33、换热器进水管;34、换热器出水管;351、第一堵头;352、第二堵头;36、保温桶进水管;37、保温桶出水管;38、水泵;39、保温桶;40、排风管;41、反光隔热装置;42、楔形体;43、底座;44、侧门;45、电线孔;46、灯架;47、太阳灯;48、房顶;49、房体;50、房屋底板;51、百叶窗帘;52、门;53、显不屏。
具体实施方式
[0049] 为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0050] 实施例1
[0051] 结合附图,本实施例的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,包括光伏研宄工作台与房屋一体化模型、太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统和空气流质型光伏光热换热实验系统。所述的光伏研宄工作台与房屋一体化模型(如图1和图4所示)包括光伏研宄工作台和房屋模型,所述的光伏研宄工作台位于房屋模型上部,本实施例中光伏研宄工作台和房屋模型所用板材均采用绝热板,其中:
[0052] 所述的光伏研宄工作台(如图2所示),包括反光隔热装置41、楔形体42、底座43、侧门44、灯架46和太阳灯47。所述的反光隔热装置41由4块等高的矩形板铰接围合而成,该矩形板的内侧贴有反光材料层以增加光利用率,该反光隔热装置41位于楔形体42的上部,反光隔热装置41与楔形体42的上板斜面通过铰链活动连接。所述的楔形体42由一块矩形上板斜面、两块三角侧板和一块矩形侧板围合而成,所述的矩形侧板内侧安装有2排3列挂钩,所述的上板斜面通过该不同高度的3列挂钩调整倾斜角度,使得上板斜面在春秋季、夏季和冬季都可获得最佳角度的太阳光照。所述的楔形体42的上板斜面、矩形侧板分别与底座43通过铰链活动连接,该楔形体42与底座43围成一楔形空腔,该楔形空腔用于放置实验所用的电器件,且在矩形侧板上开设有侧门44方便放置电器件。所述的底座43上开有一电线孔45,以方便楔形空腔与房屋模型之间的电线与信号线的通络。所述的灯架46架设于底座43上,该灯架46横跨上述反光隔热装置41,所述的太阳灯47安装于楔形体42上板斜面正上方的灯架横梁上,该太阳灯47与灯架横梁活动连接,太阳灯47能够以灯架横梁为轴旋转,以模拟太阳光照射方向的改变。此处,灯架46在做室外实验时可取下,用日光作为光源,做室内试验时按上,用太阳灯47模拟太阳光作为光源。
[0053] 所述的房屋模型(如图3所示)包括房顶48、房体49、房屋底板50、百叶窗帘51、门52和显示屏53。所述的房顶48、房体49和房屋底板50围合成房屋结构。所述的房顶48与底座43相对应处也开设有电线孔45,所述的楔形体42上板斜面向阳时,房体49同时向阳的一侧面上设置有窗户和门52,该窗户上设置有百叶窗帘51。所述的房体49另一侧面上设置有显示屏53。该显示屏53与单片机相连,单片机通过传感器对实验涉及的温度、电压、电流等参数进行测量、处理和存储,并通过显示屏53实时显示。
[0054] 所述的光伏研宄工作台与房屋一体化模型大小适中,且该模型各连接部所用铰链均为分体铰链,组装与拆卸方便,使得本实施例的实验系统即可在室外开展研宄,又可方便移至室内,甚至可将其移至课堂,进行演示实验。
[0055] 所述的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统包括一光伏-光热-热电集热器151,所述的空气流质型光伏光热换热实验系统包括一光伏光热集热器152,该光伏光热集热器152与光伏-光热-热电集热器151并排铺设于上述楔形体42的上板斜面上。所述的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统与光伏研宄工作台与房屋一体化模型相配合,用于研宄和演示太阳能光伏-光热-热电综合利用效率。所述的空气流质型光伏光热换热实验系统也与光伏研宄工作台与房屋一体化模型相配合,用于研宄和演示空气流质型光伏光热换热效率。此处设计便于将光伏光热的综合利用技术、热电综合利用技术和以空气作为换热介质的光伏光热综合利用技术对太阳能的利用效率、换热效率等多参数进行比较,以获得更全面、科学的研宄成果。
[0056] 本实施例中的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统(如图5所示)包括光伏-光热-热电集热器151、光热保温桶组件和光伏热电控制电路,其中:
[0057] 所述的光伏-光热-热电集热器151(如图6所不)包括第一销合金边框101、第一玻璃盖板201、第一 EVA填充层301、第一太阳能电池片401、第一背板501、第一传热板61、第二传热板62、热电芯片7、集热管道、第一绝热材料层91、第一背封板131和接线盒10,所述的第一玻璃盖板201的下方铺设有第一 EVA填充层301,该第一 EVA填充层301内设置有第一太阳能电池片401,上述的第一太阳能电池片401与光伏热电控制电路相连接,所述的第一背板501位于第一 EVA填充层301的下方。所述的第一传热板61与第一背板501的底部之间设置有导热胶层,所述的第一传热板61和第二传热板62之间铺设有热电芯片7,该热电芯片7的高温面与第一传热板61之间设置有导热胶层,该热电芯片7的低温面与第二传热板62之间也设置有导热胶层,上述热电芯片7的汇流总线通过稳压芯片、防反冲二极管连接至光伏热电控制电路,所述的第二传热板62下方设置有第一绝热材料层91,该第一绝热材料层91的顶部铺设有集热管道,所述的集热管道与第二传热板62的底面之间设置有导热胶层,且集热管道与第二传热板62之间通过不锈钢焊丝加固焊接,所述的接线盒10位于第一绝热材料层91内部。上述的第一玻璃盖板201、第一 EVA填充层301、第一背板501、第一传热板61、热电芯片7、第二传热板62、第一绝热材料层91通过第一铝合金边框101层压固定,且第一绝热材料层91的底面通过第一背封板131固定。本实施例中的导热胶层均采用强粘性导热硅胶STARS-922,导热效果好且均匀。
[0058] 上述的集热管道(如图7所示)包括第一扁形管81、第二扁形管82、第三扁形管83、第四扁形管84、第一回转头85、第二回转头86、第三回转头87、第一固紧杆141、第二固紧杆142、第三固紧杆143、连接管11和外接水管12,其中:所述的第一回转头85的两端分别与第一扁形管81、第二扁形管82相连通,该第一扁形管81、第二扁形管82位于第一回转头85的一侧,且相互平行,上述的第一扁形管81、第二扁形管82之间通过第一固紧杆141固定。所述的第三回转头87的两端分别与第三扁形管83、第四扁形管84相连通,该第三扁形管83、第四扁形管84位于第三回转头87的一侧,且相互平行,上述的第三扁形管83、第四扁形管84之间通过第二固紧杆142固定。所述的第二扁形管82、第三扁形管83通过第二回转头86相连通,该第二扁形管82、第三扁形管83之间通过第三固紧杆143固定。本实施例中的第一固紧杆141、第二固紧杆142、第三固紧杆143用于充分固定集热管道,防止长期使用过程中集热管道变形而影响传热效率。为获得最佳的传热效率,本实施例中的第一扁形管81和第四扁形管84的长度为112cm,所述的第二扁形管82和第三扁形管83的长度为90cm,所述的第一回转头85、第二回转头86、第三回转头87的长度为15cm。所述的第一扁形管81、第四扁形管84的开口端均通过连接管11与外接水管12相连通,外接水管12用于与普通家用水管相接,该连接管11为方形管,该外接水管12为圆形管,上述连接管11的边长大于外接水管12的直径。具体在本实施中:第一扁形管81、第二扁形管82、第三扁形管83、第四扁形管84的截面尺寸为1.2cmX2.4cm,所述的连接管11的截面尺寸为
2.4cmX 2.4cm,所述的外接水管12的直径为2cm。
[0059] 本实施例中的光热保温桶组件包括第一水泵161、第二水泵162、第一级保温桶
17、水位兼温度传感器18、温控装置19、电磁阀20、第二级保温桶21和辅助加热装置22,其中:所述的第一扁形管81开口端连接的外接水管12连接至第一级保温桶17的顶部,所述的第四扁形管84开口端连接的外接水管12通过第一水泵161连接至第一级保温桶17的底部,该第一级保温桶17的顶部通过电磁阀20连接至自来水管道,该第一级保温桶17侧壁设置有水位兼温度传感器18,该第一级保温桶17底部的出水口通过第二水泵162连接至第二级保温桶21的顶部,上述的电磁阀20、水位兼温度传感器18、第二水泵162分别与温控装置19相连。所述的第二级保温桶21内部设置有辅助加热装置22,且底部设置有出水阀门。本实施例中的光伏热电控制电路包括第一控制器231、第一蓄电池241、第一逆变器251和第一负载261,其中:所述的第一太阳能电池片401与热电芯片7并联后连接至第一控制器231,所述的第一控制器231分别与第一蓄电池241、第一逆变器251相连接,该第一逆变器251与第一负载261相连,上述的第一蓄电池241通过第一控制器231对第一逆变器251放电,第一逆变器251对第一负载261供电。
[0060] 本实施例中太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统的工作原理为:光伏-光热-热电集热器151吸收太阳光能量,其中大部分(80%~85%)转换为热量,热量被集热管道中的水所吸收,水由第一水泵161作为动力,与第一级保温桶17里的水进行强制循环,在不断的循环过程中水温得到提高并得到保温,当第一级保温桶17的水温达到一定值后,由温控装置19启动第二水泵162,把第一级保温桶17内的热水排向第二级保温桶21,排水后,温控装置19启动电磁阀20向第一级保温桶17内加水。第二级保温桶21内配置有辅助加热装置22,在阴雨天光伏-光热-热电集热器151不能满足工作条件或冬天集热温度较低时,由辅助加热装置22进行加热。剩余小部分转换为电能通过第一控制器231、第一蓄电池241和第一逆变器251为第一负载261供电。
[0061] 本实施例的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统,不仅可以研宄光伏光热的综合利用,通过将热电芯片排在两层传热板之间,并通过稳压芯片、防反冲二极管连接至光伏热电控制电路,利用电池背板与集热管道之间的温差进一步发电,还可进一步研宄时下热门的热电综合利用技术。
[0062] 本实施例中的空气流质型光伏光热换热实验系统(如图8所示)包括光伏光热集热器152、空气流质型换热组件和光伏光电控制电路。其中,
[0063] 所述的光伏光热集热器152 (如图9所示)包括第二铝合金边框102、第二玻璃盖板202、第二 EVA填充层302、第二太阳能电池片402、第二背板502、空腔63、第二绝热材料层92和第二背封板132,所述的第二玻璃盖板202的下方铺设有第二 EVA填充层302,该第二 EVA填充层302内设置有第二太阳能电池片402,上述的第二太阳能电池片402与光伏光电控制电路相连接,所述的第二背板502位于第二 EVA填充层302的下方,上述的第二玻璃盖板202、第二 EVA填充层302、第二背板502通过第二铝合金边框102固定,所述的第二背封板132上部铺设有第二绝热材料层92,第二背板502与第二绝热材料层92围成一空腔63,第二绝热材料层92用于减少空腔63内热量与外界环境的热传导。所述的光伏光热集热器152对应长条形空腔63的两端部开设有风管连接孔。
[0064] 所述的空气流质型换热组件包括第一进风管道271、第二进风管道272、第一出风管道281、第二出风管道282、第一通风软管291、第二通风软管292、PVC大小头转换管道30、第一风泵311、第二风泵312、空气-水换热器32、换热器进水管33、换热器出水管34、第一堵头351、第二堵头352、保温桶进水管36、保温桶出水管37、水泵38、保温桶39和排风管40。本实施例设置两路通风管道,以保证通风均匀和通风量。所述的第一进风管道271、第二进风管道272分别与上述光伏光热集热器152 —端的风管连接孔相连,所述的第一出风管道281、第二出风管道282分别与光伏光热集热器152另一端的风管连接孔相连。所述的第一出风管道281与第一通风软管291、第一风泵311串联,所述的第二出风管道282与第二通风软管292、第二风泵312串联,本实施例中第一出风管道281、第二出风管道282、第一通风软管291和第二通风软管292均用绝热材料玻璃棉包裹。所述的第一风泵311、第二风泵312和空气-水换热器32通过PVC大小头转换管道30相连通,本实施例中PVC大小头转换管道30由一个大头直径为110mm,小头直径为50mm的PVC变径管改造而成,将PVC变径管大头用平板泡沫塑料堵住,并用PVC管道胶密封,然后在平板泡沫塑料上开两个孔,用于连接第一风泵311、第二风泵312的出风口,PVC变径管小头连接空气-水换热器32的进风口 324。该空气-水换热器32的另一端设置有排风管40。所述的空气-水换热器32与PVC大小头转换管道30相连的一端固接有换热器进水管33和换热器出水管34,所述的换热器进水管33通过第二堵头352与保温桶出水管37相连,该保温桶出水管37通过水泵38连接至保温桶39的底部,本实施例中水泵38为重庆市渝乐泵业有限公司生产的160W三档调速循环静音泵,所述的换热器出水管34通过第一堵头351与保温桶进水管36相连,该保温桶进水管36连接至保温桶39的顶部。本实施例中第一堵头351与第二堵头352的中心开有直径为5mm的小孔,分别插入换热器出水管34、换热器进水管33,再用哥俩好AB胶密封。
[0065] 所述的空气-水换热器32 (如图10所示)包括塑料外壳321、绝热层322、PVC管323、进风口 324、出风口 325、外圈紫铜管道326和内圈紫铜管道327。所述的PVC管323的管径为110mm,长800mm,其外部包裹有绝热层322和塑料外壳321,且PVC管323两端用绝热层322密封,该PVC管323两端绝热层322上开设有进风口 324和出风口 325,本实施例中绝热层322采用玻璃棉制作。所述的进风口 324与PVC大小头转换管道30的一端相连,所述的出风口 325与排风管40相连。所述的PVC管323内部设置有外圈紫铜管道326和内圈紫铜管道327,所述的外圈紫铜管道326、内圈紫铜管道327、换热器进水管33和换热器出水管34由一根管径为5_的紫铜管绕制而成。外圈紫铜管道326和内圈紫铜管道327每胆间隙均为5mm ο
[0066] 所述的光伏光电控制电路包括第二控制器232、第二蓄电池242、第二逆变器252和第二负载262,其中:所述的第二太阳能电池片402与第二控制器232相连,所述的第二控制器232分别与第二蓄电池242、第二逆变器252相连接,该第二逆变器252与第二负载262相连,上述的第二蓄电池242通过第二控制器232对第二逆变器252放电,第二逆变器252对第二负载262供电。本实施例中第二蓄电池242采用铅酸蓄电池。
[0067] 本实施例中光伏热电控制电路中的第一控制器231、第一蓄电池241和第一逆变器251安装于上述楔形体42的楔形空腔内,所述的光伏光电控制电路中的第二控制器232、第二蓄电池242和第二逆变器252也安装于上述楔形体42的楔形空腔内。第一负载261和第二负载262为白炽灯,该第一负载261和第二负载262安装于上述房屋模型内部,用于房屋模型内部照明,本实施例可展示现代房屋节能环保的特点。
[0068] 本实施例中空气流质型光伏光热换热实验系统的工作原理为:光伏光热集热器152吸收光能量,其中大部分(80%~85%)转换为热量,致使光伏光热集热器152温度升高,通过第一风泵311和第二风泵312抽风,把热量带走,进入空气-水换热器32内部。由于空气-水换热器32内部外圈紫铜管道326和内圈紫铜管道327接触面较大,空气与水得到充分的热交换,使紫铜管里的水温得以升高。紫铜管里的水再通过循环水泵38与保温桶39里的水进行循环。剩余小部分转换为电能通过第二控制器232、第二蓄电池242和第二逆变器252为第二负载262供电。
[0069] 本实施例中空气流质型光伏光热换热实验系统包括光伏光热集热器、空气流质型换热组件和光伏光电控制电路,可以研宄以空气作为换热介质的光伏光热换热系统的换热效率,以获得一种在光伏发电同时制造生活用热量并减少换热成本的新方法。
[0070] 上述实施例的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,解决了现有光伏研宄实验系统存在的问题,大小适宜,方便移动与拆卸,使实验在室内与室外都可开展,同时兼具演示功能,且可进行多项研宄项目。
[0071] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,包括光伏研宄工作台与房屋一体化模型,其特征在于:还包括太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统和空气流质型光伏光热换热实验系统;所述的光伏研宄工作台与房屋一体化模型包括光伏研宄工作台和房屋模型,所述的光伏研宄工作台位于房屋模型上部,其中: 所述的光伏研宄工作台,包括反光隔热装置(41)、楔形体(42)、底座(43)、侧门(44)、灯架(46)和太阳灯(47);所述的反光隔热装置(41)由4块等高的矩形板铰接围合而成,该矩形板的内侧贴有反光材料层,该反光隔热装置(41)位于楔形体(42)的上部,反光隔热装置(41)与楔形体(42)的上板斜面通过铰链活动连接;所述的楔形体(42)由一块矩形上板斜面、两块三角侧板和一块矩形侧板围合而成,所述的矩形侧板上安装有不同高度的挂钩,所述的上板斜面通过该挂钩调整倾斜角度,矩形侧板上开设有侧门(44);所述的楔形体(42)的上板斜面、矩形侧板分别与底座(43)通过铰链活动连接,该楔形体(42)与底座(43)围成一楔形空腔,所述的底座(43)上开有一电线孔(45);所述的灯架(46)架设于底座(43)上,该灯架(46)横跨上述反光隔热装置(41),所述的太阳灯(47)安装于楔形体(42)上板斜面正上方的灯架横梁上,该太阳灯(47)与灯架横梁活动连接; 所述的房屋模型包括房顶(48)、房体(49)、房屋底板(50)、百叶窗帘(51)、门(52)和显示屏(53);所述的房顶(48)、房体(49)和房屋底板(50)围合成房屋结构;所述的房顶(48)与底座(43)相对应处也开设有电线孔(45),所述的楔形体(42)上板斜面向阳时,房体(49)同时向阳的一侧面上设置有窗户和门(52),该窗户上设置有百叶窗帘(51);所述的房体(49)另一侧面上设置有显示屏(53); 所述的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统包括一光伏-光热-热电集热器(151),所述的空气流质型光伏光热换热实验系统包括一光伏光热集热器(152),该光伏光热集热器(152)与光伏-光热-热电集热器(151)并排铺设于上述楔形体(42)的上板斜面上;所述的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统与光伏研宄工作台与房屋一体化模型相配合,用于研宄和演示太阳能光伏-光热-热电综合利用效率;所述的空气流质型光伏光热换热实验系统也与光伏研宄工作台与房屋一体化模型相配合,用于研宄和演示空气流质型光伏光热换热效率。
2.根据权利要求1所述的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其特征在于:所述的太阳能光伏-光热-热电综合利用实验系统还包括光热保温桶组件和光伏热电控制电路,其中: 所述的光伏-光热-热电集热器(151)包括第一铝合金边框(101)、第一玻璃盖板(201)、第一 EVA填充层(301)、第一太阳能电池片(401)、第一背板(501)、第一传热板(61)、第二传热板(62)、热电芯片(7)、集热管道、第一绝热材料层(91)、第一背封板(131)和接线盒(10),所述的第一玻璃盖板(201)的下方铺设有第一 EVA填充层(301),该第一EVA填充层(301)内设置有第一太阳能电池片(401),上述的第一太阳能电池片(401)与光伏热电控制电路相连接,所述的第一背板(501)位于第一 EVA填充层(301)的下方;所述的第一传热板(61)与第一背板(501)的底部之间设置有导热胶层,所述的第一传热板(61)和第二传热板(62)之间铺设有热电芯片(7),该热电芯片(7)的高温面与第一传热板(61)之间设置有导热胶层,该热电芯片(7)的低温面与第二传热板(62)之间也设置有导热胶层,上述热电芯片(7)的汇流总线通过稳压芯片、防反冲二极管连接至光伏热电控制电路,所述的第二传热板(62)下方设置有第一绝热材料层(91),该第一绝热材料层(91)的顶部铺设有集热管道,所述的集热管道与第二传热板¢2)的底面之间设置有导热胶层,且集热管道与第二传热板(62)之间通过不锈钢焊丝加固焊接,所述的接线盒(10)位于第一绝热材料层(91)内部;上述的第一玻璃盖板(201)、第一 EVA填充层(301)、第一背板(501)、第一传热板(61)、热电芯片(7)、第二传热板(62)、第一绝热材料层(91)通过第一铝合金边框(101)层压固定,且第一绝热材料层(91)的底面通过第一背封板(131)固定; 上述的集热管道包括第一扁形管(81)、第二扁形管(82)、第三扁形管(83)、第四扁形管(84)、第一回转头(85)、第二回转头(86)、第三回转头(87)、第一固紧杆(141)、第二固紧杆(142)、第三固紧杆(143)、连接管(11)和外接水管(12),其中:所述的第一回转头(85)的两端分别与第一扁形管(81)、第二扁形管(82)相连通,该第一扁形管(81)、第二扁形管(82)位于第一回转头(85)的一侧,且相互平行,上述的第一扁形管(81)、第二扁形管(82)之间通过第一固紧杆(141)固定;所述的第三回转头(87)的两端分别与第三扁形管(83)、第四扁形管(84)相连通,该第三扁形管(83)、第四扁形管(84)位于第三回转头(87)的一侦牝且相互平行,上述的第三扁形管(83)、第四扁形管(84)之间通过第二固紧杆(142)固定;所述的第二扁形管(82)、第三扁形管(83)通过第二回转头(86)相连通,该第二扁形管(82)、第三扁形管(83)之间通过第三固紧杆(143)固定;所述的第一扁形管(81)和第四扁形管(84)的长度为112cm,所述的第二扁形管(82)和第三扁形管(83)的长度为90cm,所述的第一回转头(85)、第二回转头(86)、第三回转头(87)的长度为15cm;所述的第一扁形管(81)、第四扁形管(84)的开口端均通过连接管(11)与外接水管(12)相连通,该连接管(11)为方形管,该外接水管(12)为圆形管,上述连接管(11)的边长大于外接水管(12)的直径; 所述的光热保温桶组件包括第一水泵(161)、第二水泵(162)、第一级保温桶(17)、水位兼温度传感器(18)、温控装置(19)、电磁阀(20)、第二级保温桶(21)和辅助加热装置(22),其中:所述的第一扁形管(81)开口端连接的外接水管(12)连接至第一级保温桶(17)的顶部,所述的第四扁形管(84)开口端连接的外接水管(12)通过第一水泵(161)连接至第一级保温桶(17)的底部,该第一级保温桶(17)的顶部通过电磁阀(20)连接至自来水管道,该第一级保温桶(17)侧壁设置有水位兼温度传感器(18),该第一级保温桶(17)底部的出水口通过第二水泵(162)连接至第二级保温桶(21)的顶部,上述的电磁阀(20)、水位兼温度传感器(18)、第二水泵(162)分别与温控装置(19)相连;所述的第二级保温桶(21)内部设置有辅助加热装置(22),且底部设置有出水阀门; 所述的光伏热电控制电路包括第一控制器(231)、第一蓄电池(241)、第一逆变器(251)和第一负载(261),其中:所述的第一太阳能电池片(401)与热电芯片(7)并联后连接至第一控制器(231),所述的第一控制器(231)分别与第一蓄电池(241)、第一逆变器(251)相连接,该第一逆变器(251)与第一负载(261)相连,上述的第一蓄电池(241)通过第一控制器(231)对第一逆变器(251)放电,第一逆变器(251)对第一负载(261)供电。
3.根据权利要求2所述的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其特征在于:所述的空气流质型光伏光热换热实验系统还包括空气流质型换热组件和光伏光电控制电路;其中, 所述的光伏光热集热器(152)包括第二铝合金边框(102)、第二玻璃盖板(202)、第二 EVA填充层(302)、第二太阳能电池片(402)、第二背板(502)、空腔(63)、第二绝热材料层(92)和第二背封板(132),所述的第二玻璃盖板(202)的下方铺设有第二 EVA填充层(302),该第二EVA填充层(302)内设置有第二太阳能电池片(402),上述的第二太阳能电池片(402)与光伏光电控制电路相连接,所述的第二背板(502)位于第二 EVA填充层(302)的下方,上述的第二玻璃盖板(202)、第二 EVA填充层(302)、第二背板(502)通过第二铝合金边框(102)固定;所述的第二背封板(132)上部铺设有第二绝热材料层(92),第二背板(502)与第二绝热材料层(92)围成一空腔¢3);所述的光伏光热集热器(152)对应长条形空腔¢3)的两端部开设有风管连接孔; 所述的空气流质型换热组件包括第一进风管道(271)、第二进风管道(272)、第一出风管道(281)、第二出风管道(282)、第一通风软管(291)、第二通风软管(292)、PVC大小头转换管道(30)、第一风泵(311)、第二风泵(312)、空气-水换热器(32)、换热器进水管(33)、换热器出水管(34)、第一堵头(351)、第二堵头(352)、保温桶进水管(36)、保温桶出水管(37)、水泵(38)、保温桶(39)和排风管(40);所述的第一进风管道(271)、第二进风管道(272)分别与上述光伏光热集热器(152) —端的风管连接孔相连,所述的第一出风管道(281)、第二出风管道(282)分别与光伏光热集热器(152)另一端的风管连接孔相连;所述的第一出风管道(281)与第一通风软管(291)、第一风泵(311)串联,所述的第二出风管道(282)与第二通风软管(292)、第二风泵(312)串联;所述的第一风泵(311)、第二风泵(312)和空气-水换热器(32)通过PVC大小头转换管道(30)相连通,该空气-水换热器(32)的另一端设置有排风管(40);所述的空气-水换热器(32)与PVC大小头转换管道(30)相连的一端固接有换热器进水管(33)和换热器出水管(34),所述的换热器进水管(33)通过第二堵头(352)与保温桶出水管(37)相连,该保温桶出水管(37)通过水泵(38)连接至保温桶(39)的底部,所述的换热器出水管(34)通过第一堵头(351)与保温桶进水管(36)相连,该保温桶进水管(36)连接至保温桶(39)的顶部; 所述的空气-水换热器(32)包括塑料外壳(321)、绝热层(322)、PVC管(323)、进风P (324)、出风口(325)、外圈紫铜管道(326)和内圈紫铜管道(327);所述的PVC管(323)外部包裹有绝热层(322)和塑料外壳(321),且PVC管(323)两端用绝热层(322)密封,且该PVC管(323)两端绝热层(322)上开设有进风口(324)和出风口(325),所述的进风口(324)与PVC大小头转换管道(30)的一端相连,所述的出风口(325)与排风管(40)相连;所述的PVC管(323)内部设置有外圈紫铜管道(326)和内圈紫铜管道(327),所述的外圈紫铜管道(326)、内圈紫铜管道(327)、换热器进水管(33)和换热器出水管(34)由一根紫铜管绕制而成; 所述的光伏光电控制电路包括第二控制器(232)、第二蓄电池(242)、第二逆变器(252)和第二负载(262),其中:所述的第二太阳能电池片(402)与第二控制器(232)相连,所述的第二控制器(232)分别与第二蓄电池(242)、第二逆变器(252)相连接,该第二逆变器(252)与第二负载(262)相连,上述的第二蓄电池(242)通过第二控制器(232)对第二逆变器(252)放电,第二逆变器(252)对第二负载(262)供电。
4.根据权利要求3所述的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其特征在于:所述的光伏研宄工作台与房屋一体化模型各连接部所用铰链均为分体铰链。
5.根据权利要求3所述的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其特征在于:所述的光伏热电控制电路中的第一控制器(231)、第一蓄电池(241)和第一逆变器(251)安装于上述楔形体(42)的楔形空腔内,所述的光伏光电控制电路中的第二控制器(232)、第二蓄电池(242)和第二逆变器(252)也安装于上述楔形体(42)的楔形空腔内;所述的第一负载(261)和第二负载(262)为白炽灯,该第一负载(261)和第二负载(262)安装于上述房屋模型内部。
6.根据权利要求4所述的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其特征在于:所述的第一扁形管(81)、第二扁形管(82)、第三扁形管(83)、第四扁形管(84)的截面尺寸为L2CmX2.4Cm,所述的连接管(11)的截面尺寸为2.4cmX2.4cm,所述的外接水管(12)的直径为2cm。
7.根据权利要求5或6所述的一种光伏研宄工作台与房屋模型一体化实验系统,其特征在于:所述的第一出风管道(281)、第二出风管道(282)、第一通风软管(291)和第二通风软管(292)均用绝热材料包裹。
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