CN103438586A - 太阳能光热采集器、光热电采集板和太阳能采暖热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能领域，特别涉及太阳能光热采集器、光热电采集板和太阳能采暖热水系统。其中，太阳能光热采集器，包括：壳体，壳体的上壳体为凸透镜聚光板，凸透镜聚光板的下方设有铜质采热柱，铜质采热柱置于壳体的内部，铜质采热柱内部的空腔设有纳米金属导热油。太阳能光热电采集板，包括上述太阳能光热采集器和太阳能光电采集器。太阳能采暖热水系统，包括：上述太阳能光热电采集板、热水装置、采暖储热装置、储电装置。本发明提供的太阳能光热采集器、光热电采集板和太阳能采暖热水系统，能够成功实现太阳能中高温区热量的采集，进而能够由纳米金属导热油进行充分利用和导热。

Description

太阳能光热采集器、光热电采集板和太阳能采暖热水系统

技术领域

本发明涉及太阳能领域，具体而言，涉及太阳能光热采集器、光热电采集板和太阳能采暖热水系统。 

背景技术

目前太阳能应用比较普遍，各种产品已普遍使用，其中家用热水器应用最多，其中的光热采集器普遍为：真空管集热器、U型管集热器、平板集热器等。但是，这种集热器也存在一定的缺点，其仅能对低温区10-100℃的太阳能光热能进行吸收，只能应用于热水洗浴，无法吸收太阳光热中的中高温区100-260℃的热能量，因此无法对太阳能进行更加充分的获取和更加广泛的应用。 

发明内容

本发明的目的在于提供太阳能光热采集器、光热电采集板和太阳能采暖热水系统，以解决上述的问题。 

在本发明一个实施例提供了一种太阳能光热采集器，包括：壳体，所述壳体的上壳体为凸透镜聚光板，所述凸透镜聚光板的下方设有铜质采热柱，所述铜质采热柱置于所述壳体的内部，所述铜质采热柱内部的空腔设有纳米金属导热油。 

本发明一个实施例提供了一种太阳能光热电采集板，包括：上述太阳能光热采集器和太阳能光电采集器； 

所述太阳能光电采集器包括：多个依次相连构成点阵的倒棱台式漏斗形吸光阵，所述倒棱台式漏斗形吸光阵的表面设有薄膜式光伏采集板。 

本发明实施例还提供了一种太阳能采暖热水系统，包括：上述太阳能光热电采集板、热水装置、采暖储热装置、储电装置； 

所述热水装置包括：用于盛水的第一壳体，所述第一壳体内设置换热器，所述换热器与所述铜质采热柱的空腔相连通，以构成所述纳米金属导热油的第一循环通路； 

所述采暖储热装置包括：第二壳体，所述第二壳体与所述铜质采热柱的空腔相连通，以构成所述纳米金属导热油的第二循环通路； 

所述储电装置与所述太阳能光电采集器相连通，以构成电的通路。 

本发明上述实施例提供的太阳能光热采集器、光热电采集板和太阳能采暖热水系统，能够达到如下的有益效果： 

在太阳能光热采集器中，凸透镜聚光板对太阳能的光进行聚焦，凸透镜聚光板下方的铜质采热柱的上表面能够直接接收到聚焦的光，进而采集中高温区的聚焦热量，并将采集的热量传递到纳米金属导热油中，纳米金属导热油升温快及导温性能高，在夏季能够达到200℃，冬季也能够达到100℃以上。通过该结构成功实现太阳能中高温区热量的采集，进而能够将纳米金属导热油进行充分利用和导热。 

附图说明

图1示出了本发明一个实施例中太阳能光热采集器的主示意图； 

图2示出了本发明一个实施例中太阳能光热电采集板的主示意图； 

图3示出了图2中太阳能光热电采集板A-A方向的剖面示意图； 

图4示出了本发明一个实施例中太阳能采暖热水系统的结构连接示意图； 

图5示出了本发明一个实施例中无机保温储热块的平面结构示意图； 

图6示出了本发明图5中B-B方向的剖面示意图。 

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。 

本发明一个实施例提供了一种太阳能光热采集器，包括：壳体，壳体的上壳体为凸透镜聚光板，凸透镜聚光板的下方设有铜质采热柱，铜质采热柱置于壳体的内部，铜质采热柱内部的空腔设有纳米金属导热油。 

本发明一个实施例还提供了一种太阳能光热电采集板，包括：上述的太阳能光热采集器和太阳能光电采集器； 

太阳能光电采集器包括：多个依次相连的倒棱台式漏斗形吸光阵，倒棱台式漏斗形吸光阵的表面设有薄膜式光伏采集板。 

本发明实施例还提供了一种太阳能采暖热水系统，包括：上述太阳能光热电采集板、热水装置、采暖储热装置、储电装置； 

热水装置包括：用于盛水的第一壳体，第一壳体内设置换热器，换热器与铜质采热柱的空腔相连通，以构成纳米金属导热油的第一循环通路； 

采暖储热装置包括：第二壳体，第二壳体与铜质采热柱的空腔相连通，以构成纳米金属导热油的第二循环通路； 

储电装置与太阳能光电采集器相连通，以构成电的通路。 

在太阳能光热采集器中，凸透镜聚光板对太阳能的光进行聚焦，凸透镜聚光板下方的铜质采热柱的上表面能够直接接收到聚焦的光，进而采集中高温区的聚焦热量，并将采集的热量传递到纳米金属导热油中，纳米金属导热油升温快及导温性能高，在夏季能够达到200℃，冬季也能够达到100℃以上。通过该结构成功实现太阳能中高温区热量的采集，进而能够由纳米金属导热油进行充分利用和导热。 

接下来，本发明将通过一些具体实施例来详细描述该太阳能光热采集器、太阳能光热电采集板和太阳能采暖热水系统： 

一种太阳能光热采集器，如图1所示，包括：壳体，壳体的上壳体为凸透镜聚光板，该凸透镜聚光板包括并行排列并相连的多个条形凸透镜3，该凸透镜为真空环境下生产，从而内部不含任何气泡，聚光效果好。该条形凸透镜3采用高温亚克力树脂制成，将太阳能辐射中高温热能即光照聚焦到下面的铜质采热柱6，凸透镜聚 光板的下方设有铜质采热柱6，铜质采热柱置于所述壳体的内部，铜质采热柱内部的空腔设有纳米金属导热油，该铜质采热柱6能够采集太阳能中高温的热量，铜质采热柱6为整体模压焊接形成，为了能够多角度、大面积采热，铜质采热柱的上表面设有多个平行排列的梯形状凸起，铜质采热柱6焊接后形成多个梯形空心柱。梯形表面可以适应不同角度的光照射。所有梯形空心柱的内部空间构成铜质采热柱6内部的空腔，纳米金属导热油填充于每一个梯形空心柱内部，纳米金属导热油7具备较好的导热系数，铜质采热柱6将热传给纳米金属导热油7后能够迅速升温，夏季能够达到150℃，冬季也能够达到100℃以上。同时，该铜质采热柱的上表面涂覆纳米钛粉黑铬吸热层5，其能够吸收太阳能低温区的热量。 

中午10点-14点时间段能够利用太阳光辐射聚光采热的方法采集热量，上午7点-10点及下午14点-18点时间段，利用被动式纳米钛粉黑铬吸热层5吸热的方法采集热量，两种方法共同保证全天侯的热量采集。 

需要说明的是，为了提高保温效果，壳体除上壳体8外均包括有保温材料，该保温材料可以选用聚氨酯保温材料，下壳体10为镀锌底板，壳体其他部分9设有氧化铝合金支撑边框。 

通过上述结构构成的太阳能光热采集器1能够采集太阳能低、中、高温区的太阳热能，提高了太阳能的利用率，近而扩大了太阳能的应用空间和应用场所。 

本发明的一些实施例还提供了一种太阳能光热电采集板，如图2，图3所示，包括上述太阳能光热采集器1和太阳能光电采集器4； 

太阳能光热采集器1的具体结构与上述各实施例中太阳能光热采集器1的结构均相同。 

太阳能光电采集器4包括：多个依次相连构成点阵的倒棱台式漏斗形吸光阵，倒棱台式漏斗形吸光阵即形成了多棱凹形结构，倒棱台式漏斗形吸光阵的表面设有薄膜式光伏采集板。该薄膜式光伏采集板能够吸收太阳光并转化为电能，倒棱台式漏斗形吸光阵的侧面与倒棱台式漏斗形吸光阵的底面形成一定的夹角，从而扩大了对太阳光的吸收面积，并且漏斗形吸光阵的侧面可以应对不同角度下的太阳光，从而自动适应太阳光辐射照射角度的不同，大于普通太阳能电池板几倍的发电量，保证全天候正常的电量采集，提高了太阳光的吸收效果。 

由于通过太阳能光电采集器4采用倒棱台式漏斗形吸光阵，提高了光吸收面积，因此，在整个太阳能光热电采集板上，为了整体平衡对光热和光电的吸收面积，太阳能光热采集器1所占用的面积：太阳能光电采集器4所占用的面积为3:1-4:1。 

通过该太阳能光热电采集板的结构设计提高了太阳能光热、光电的吸收，采集了更多的太阳能能源，将其应用于人们的生产、生活中。 

该太阳能光热电采集板安装在中高底层建筑的朝阳立面及建筑物楼顶屋面，安装角度约20-25度。 

本发明还在一些具体实施例中将该太阳能光热电采集板进行应用，构成太阳能采暖热水系统，全称为：太阳能聚光直热光电采暖热水系统（即能够聚光、直接发热、可以应用于采暖和生活热水的系统），该系统可以应用到热水洗浴、房屋供暖、照明、电器用电等方面。 

该太阳能采暖热水系统，如图4所示，包括了上述各实施例中的太阳能光热电采集板，还包括热水装置、采暖储热装置、储电装置31；其中， 

热水装置、采暖储热装置、储电装置31可以放到一个主机箱中，方便管理，节省占地面积；采暖储热装置通常应用于室内的采暖。 

太阳能光热电采集板的具体结构与上述各实施例中的太阳能光热电采集板的结构相同； 

热水装置，包括第一壳体13，该第一壳体13内储备水，第一壳体13的内部设置换热器25，该换热器25选用铜管翅片热交换器，该换热器25与太阳能光热采集器1中铜质采热柱的空腔相连通，构成纳米金属导热油7的第一循环通路，纳米金属导热油7自空腔进入铜管翅片热交换器，将热能通过铜管翅片热交换器与第一壳体13内的水进行热交换，提高第一壳体13内的水的温度。在该第一循环通路向换热器25流入纳米金属导热油7的方向上设有第一控制阀23，以控制纳米金属导热油7在第一循环通路中循环，实现热水装置中水的加热。该热水装置可以向生活用水提供热水，生活用水领域包括：热水洗浴喷洒28，向生活用水领域输送的管道上会设置自来水控制阀24。 

采暖储热装置，包括第二壳体12，该第二壳体在有些实施例中可以采用采暖储热箱，第二壳体12与太阳能光热采集器1中铜质采热柱的空腔相连通，以构成纳米金属导热油7的第二循环通路，纳米金属导热油7能够进入第二壳体12内，将热量进行存储，第二壳体12内设有液面自动控制器20，以控制第二壳体12内的纳米金属导热油7的液面到达第二壳体12的3/4位置，留有1/4的空腔，能够给纳米金属导热油7过热膨胀留有膨胀空间，第二壳体12与纳米金属导热油补给通道相连通，构成补给通路，当没有到达3/4位置 时，通过补给使达到该位置，补给通路设有补给控制阀19，以控制是否补给。第二壳体12的上部设有防爆膨胀阀22，即在采暖储热装置内的温度达到设定上限时，该防爆膨胀阀22开启，放气，防止胀体。 

第一壳体13（比如：水箱）及第二壳体12（比如：采暖储热箱）为不锈钢密压焊接而成。 

储电装置31与太阳能光电采集器4相连通，以构成电的通路，能够电能进行存储。 

采暖储热装置，包括安装于室内地板的若干个散热管18及若干个无机保温储热块17，如图5和6所示，所有无机保温储热块17与散热管18相连均与第二壳体12相连通，以构成纳米金属导热油7的第三循环通路，纳米金属导热油7能够在第三循环通路中流动，进而进入室内的散热管及无机保温储热块17。无机保温储热块中真空气泡腔，用于储热，该真空气泡腔在图6中呈现为椭圆形状。无机保温储热块17储备热量，以进行长时间的热量释放，比如晚间逐步长时间释放热量。无机保温储热块17由无机树脂原料、生物纤维、真空气泡腔组成，使其具备集聚高热量，逐步长时间释放优良特性。第三循环通路设有第三控制阀15，以控制纳米金属导热油7在第三循环回路中的流动。图5中的无机保温储热快的中间留有供散热管通过的通道。 

需要说明的是，在一些实施例中，纳米金属导热油7自铜质采热柱的空腔进入第一壳体13、第二壳体12均采用热虹吸的原理；纳米金属导热油7自第二壳体12进入采暖储热装置配有循环泵14，以提供循环动力，由于向多个房间进行热能供应，因此，在循环泵14的出口可以配有分配组件（比如分配器16），已达到纳米金属导热油7在各房间的均匀分配。 

需要说明的是，在一些实施例中，储电装置31主要向循环泵14提供动力，间接对照明等用电设施提供电能，储电装置31（高容量蓄电池）的电能由光电逆变器30转换成220V电能驱动循环泵14， 

需要说明的是，在一些实施例中，当天气不好，太阳能光热无法采集吸收时，可以启动城市电网供应方式，即：第一壳体13内设有第一不锈钢电加热管26，第一不锈钢电加热管26通过第一切换控制阀分别与外接电源或储电装置31相连接；第二壳体12内设有第二不锈钢电加热管21，第二不锈钢电加热管21通过第二切换控制阀分别与外接电源或储电装置31相连接；通过该结构，能够应急恶劣天气，还能够充分的利用储电装置31；循环泵通过第三切换控制阀分别与外接电源或储电装置相连接。。 

需要说明的是，该太阳能聚光直热光电采暖热水系统配有自动控制器29，以实现自动控制，该自动控制器29分别与第一控制阀23、第三控制阀15、第一切换控制阀、第二切换控制阀、液面自动控制器20、补给控制阀19、防爆膨胀阀22相连接。自动控制器29的工作电源也可来自于储电装置31，由储电装置31通过光电逆变器30转换成220V电能提供电源。自动化程度高，能够自动合理的安排优良的运行模式， 

需要说明的是，在一些实施例中，可以根据建筑采暖面积选择平板太阳能光热采集器的数目，采暖面积越大，需要的平板太阳能光热采集器的数目就越多。 

以下详细叙述整个太阳能采暖热水系统（即太阳能聚光直热光电采暖热水系统）的工作原理： 

当太阳能聚光直热光电采暖热水系统进入生活热水模式时，自动控制器29自动启动生活热水控制系统（包括：太阳能光热采集器、 热水装置）。温度控制低点设置60℃高点80℃，低于60℃时开启第一控制阀23（也可称为采热管电磁阀），传导介质纳米金属导热油7将太阳能热量持续的循环传至热水装置的第一壳体（也可称为生活热水箱）的铜管翅片热交换器进行热量交换，温度高于80℃时自动关闭第一控制阀23（也可称为采热管电磁阀）保证热水不沸腾。自城市管网自来水控制阀24打开，生活热水箱内换热器25（可采用铜管翅片热交换器）将自来水加热，并将热水储存，热水洗浴时管网自然水压将热水顶出，供给热水洗浴喷洒28生活热水洗浴。当室外天气持续阴雨无法采集热量时，辅助热源第一不锈钢电加热管26启动，保证热水装置的第一壳体（也可称为生活热水箱）洗浴温度到达使用设定要求。 

当太阳能聚光直热光电采暖热水系统进入采暖模式时，自动控制器29自动启动采暖控制系统（包括太阳能光热采集器、采暖储热装置、采暖储热装置）。采暖储热装置（亦称采暖储热箱）内传导介质纳米金属导热油7的液面位置容量为四分之三，由内置液位自动控制器20控制，不足时启动补给控制阀19（补给控制阀可采用电磁阀）进行补液。太阳能光热采集器1直接加热的介质纳米金属导热油7通过闭式自然循环温差热虹吸技术，将热量持续循环传至采暖储热箱，采暖储热箱温度高于150℃时开启采暖储热箱的防爆膨胀阀22进行泄压排气，保证采暖储热箱温度压力安全平衡。当室外天气持续阴雨无法采集热量时，采暖储热箱内的辅助热源第二不锈钢电加热管21启动，保证采暖储热箱温度控制要求。 

采暖储热装置，由室内安装的自动温度液晶控制传感器控制，设置温度上限26℃下限温度18℃，采暖时室内温度低于18℃，自动温度液晶控制传感器传输信号至自动控制器29，自动启动循环泵14及开启第三控制阀（可采用电磁阀）15，纳米金属导热油7由分配器16进入每个房间的中高温PE-RT地暖管，及散热管18，其进行循环地暖辐射，地暖管上的无机保温储热块17块开始蓄热，当室 内温度到达26℃以上时，循环泵14及第三控制阀15自动关闭，无机保温储热块17开始逐步长时间释放热能。 

通过上述结构和工作原理可知，该太阳能聚光直热光电采暖热水系统，是辐射光热及太阳能发电合为一体，利用太阳辐射中高温热能区采集为主要热源，再以无机保温储热快储存热能、城市电力与光伏发电储存电能供热为辅助热源的工作运行系统。解决满足建筑冬季采暖、热水洗浴和照明的需求，逐步取代传统的供热方式。 

太阳能是取之不尽、用之不竭的无污染新能源。太阳能聚光直热光电采暖热水系统是一项环保项目，是以太阳能源为主要供热方式，系统中采暖、热水及采暖循环动力、照明，全部采用太阳能源。其设计合理、结构简单、采暖与发电效率高，并且自动化程度高、生产成本低等特点。在建筑上应用更加利于推广，还能与建筑物完美结合，真正实现建筑一体化。在减少化石生物能源的消耗、节能减排、提高环保效能上其经济效益显著，是应对能源危机的最佳解决方案。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种太阳能光热采集器，其特征在于，包括：壳体，所述壳体的上壳体为凸透镜聚光板，所述凸透镜聚光板的下方设有铜质采热柱，所述铜质采热柱置于所述壳体的内部，所述铜质采热柱内部的空腔设有纳米金属导热油。

2.根据权利要求1所述的太阳能光热采集器，其特征在于，所述凸透镜聚光板包括并行排列并相连的多个条形凸透镜。

3.根据权利要求1所述的太阳能光热采集器，其特征在于，所述铜质采热柱的上表面设有多个平行排列的梯形状凸起。

4.根据权利要求1-3任一项所述的太阳能光热采集器，其特征在于，所述铜质采热柱的上表面涂覆纳米钛粉黑铬吸热层。

5.一种太阳能光热电采集板，其特征在于，包括：权利要求1-4任一项所述的太阳能光热采集器和太阳能光电采集器；

所述太阳能光电采集器包括：多个依次相连构成点阵的倒棱台式漏斗形吸光阵，所述倒棱台式漏斗形吸光阵的表面设有薄膜式光伏采集板。

6.根据权利要求5所述的太阳能光热电采集板，其特征在于，所述太阳能光热采集器所占用的面积：所述太阳能光电采集器所占用的面积为3:1—4:1。

7.一种太阳能采暖热水系统，其特征在于，包括：权利要求5或6的所述太阳能光热电采集板、热水装置、采暖储热装置、储电装置；

所述热水装置包括：用于盛水的第一壳体，所述第一壳体内设置换热器，所述换热器与所述铜质采热柱的空腔相连通，以构成所述纳米金属导热油的第一循环通路；

所述采暖储热装置包括：第二壳体，所述第二壳体与所述铜质采热柱的空腔相连通，以构成所述纳米金属导热油的第二循环通路；

所述储电装置与所述太阳能光电采集器相连通，以构成电的通路。

8.根据权利要求7所述的太阳能采暖热水系统，其特征在于，还包括：采暖储热装置；

所述采暖储热装置包括若干个散热管，所有所述散热管均与所述第二壳体相连通，以构成所述纳米金属导热油的第三循环通路；

所述第三循环通路设有循环泵，所述循环泵通过第三切换控制阀分别与外接电源或所述储电装置相连接。

9.根据权利要求8所述的太阳能采暖热水系统，其特征在于，每个所述散热管均与若干个无机保温储热块相连通；和/或，所述第一壳体内设有第一不锈钢电加热管，所述第一不锈钢电加热管通过第一切换控制阀分别与外接电源或所述储电装置相连接；所述第二壳体内设有第二不锈钢电加热管，所述第二不锈钢电加热管通过第二切换控制阀分别与外接电源或所述储电装置相连接；和/或，

所述第二壳体内设有液面自动控制器，所述第二壳体与纳米金属导热油补给通道相连通，构成补给通路，所述第二壳体的上部设有防爆膨胀阀。

10.根据权利要求9所述的太阳能采暖热水系统，其特征在于，还包括自动控制器；

所述第一循环通路设有第一控制阀，所述第三循环通路设有第三控制阀，所述补给通路设有补给控制阀；

所述自动控制器分别与所述第一控制阀、所述第三控制阀、所述第一切换控制阀、所述第二切换控制阀、所述液面自动控制器、所述补给控制阀、所述防爆膨胀阀相连接。

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