CN104034052A - 一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置,其特征在于:在同一种系统装置中能够同时实现风能发电、光能发电、光热热水、水能喷淋洁净、光能催化净化的多种绿色能源复合集成利用形式;既能为分布式小型装置,也能以对应的模块结构及模块构件,经排列组合、串联并联、放大集成来构成为中型大型装置,能够广泛适合于城乡工业农业产业军事应用或者陆地、水面、海上舰船浮体平台设施应用,乃至成为阵列式工场式装置系统,能够形成风光热电储输及环境空气净化的集成一体化的绿色能源基地。在提高绿色能源的利用效率和保障效率同时,还能减少碳排放程度和环境空气污染程度,提高设备材料的时间和空间利用效率。

Description

一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置
技术领域
本发明涉及太阳能热水器制造技术领域,具体为一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置。
背景技术
太阳能热水器作为绿色能源之一,近些年得以大力普及,方便群众同时,更是节约了大量化石能源。但是太阳能热水器也有很大的局限性,例如利用绿色能源只是光热热水的单一形式,遇到天气阳光不好或者昼夜变化,就大大影响了热水的水温温度和使用条件,特别是北纬北方冬季,旧有太阳能热水器的水温条件往往不能满足日常使用或洗浴温度,有的还需外电加热等来补充增温,尤其是近年雾霾和沙尘天气较多,在太阳能热水器真空集热管或板表面附着杂质沙尘较多,由于没有自洁净措施,因而往往影响了阳光热水的集热效果。尽管目前的技术进步已使太阳能热水器由低温热水时代发展到了中温热能利用时代,但如何改进太阳能热水器的现有局限和技术不足,特别是提高绿色能源的综合利用方式、集成利用水平和高效利用效率,是涉及太阳能热水器技术领域的重大攻关课题。
发明内容
本发明是对太阳能热水器现有技术的重大改进,涉及到一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置,针对太阳能热水器利用太阳能光热热水的单一能源方式,本发明采取了在同一种系统装置中同时实现风能发电、光能发电、光热热水、水能喷淋洁净、光能催化净化等的多种绿色能源复合集成利用形式,提高了绿色能源的利用效率和保障效率,在较高程度利用绿色能源同时,还能进一步减少碳排放程度和环境空气污染程度,提高设备材料的时间和空间利用效率。
在利用风能发电的技术方案中,本发明是在现有太阳能热水器的三角型空间框架模块结构上,附加了安装有横卧式垂直轴风力发电模块化设备结构或者直立式垂直轴风力发电模块化设备结构,并且采用了横卧式垂直轴风力发电模块化设备结构时左右相互逆转、直立式垂直轴风力发电模块化设备结构时上下相互逆转的垂直轴顺时针转向风轮同垂直轴逆时针转向风轮及互逆转垂直轴发电主机的双组风轮或者多组合双组风轮的风能利用型式,横卧式垂直轴风电利用形式更适合系统装置坐北朝南安装方向时东南季风或西北季风气候特点突出的地区及风力条件,而直立式垂直轴风电利用形式则能够不受南北安装方向及季风风向限制,能够适应各纬度各地区各种风向风力条件。相互逆转双风轮方式能够在较低风速下达到较高额定风速的额定风电电压指标。而风轮翼型能够采用阻力型、升力型、升阻复合型等各种垂直轴风力翼型,其中包括C型、H型、S型、Φ型、螺旋型、椎体斜桨型、涡轮涡翅型等。
在利用光能发电的技术方案中,本发明是将现有太阳能热水器的对地面纵向排布的真空集热管或板的排列框架模块结构,改进为对地面横向或者斜向排布,以使储水保温罐模块构件与真空集热管或板横向或斜向对接,斜向对接均取储水保温罐模块构件中间接口位置偏高,两侧真空集热管或板边框接口位置偏低的方式,以利集热对流的加强。或者使储水保温罐模块构件与两侧面真空集热管或板的对接形成一个朝向太阳的等边三角形斜面,在真空集热管或板的排列框架模块结构的真空集热管管同管(或板同板)间距的空隙间隔管的直径或板的厚度中间位置上,安置有条矩形太阳能电池板框架模块构件,这样真空集热管或板排列的横向或斜向排布,以及太阳能电池的横向斜向条矩形排布,特别是储水保温罐模块构件与两侧面的真空集热管或板以及太阳能电池板的对接形成的朝向太阳的等边三角形斜面,能够让太阳能电池在日照移动过程中始终同太阳的移动方向和辐射方向相对均衡相对同步,从而得到较高的太阳辐射程度,能够实现较高的光电转换效率;而同时由于太阳能电池的条矩形排布遮盖住了每列真空集热管或板的下半部,也有利于改进真空集热管或板的集热对流状况。
或者在真空集热管或板的排列框架模块结构的真空集热管或板的背后底部适当间隔空间位置上,安置有平面形太阳能电池板框架模块构件,并在真空集热管或板排列的空隙间隔之间增设效果等同无影灯或多透镜的透明光学模块构件,该透明光学模块构件选自透明玻璃珠复合型材构件或透明多透镜多气泡复合型材构件,这样排布对比太阳能电池的条矩形排布,能够有利太阳能电池板的铺设面积增大和铺设方式改进,并让太阳光穿过真空集热管或板排列的空隙间隔的透明光学模块构件,利用散射折射漫射多透镜多聚焦无影化光学效果,辐射到增大了面积的平面形太阳能电池板框架模块构件上,同样让太阳能电池在日照移动过程中能够得到较高的太阳辐射程度,减少真空集热管或板的遮挡阴影并同时提高了光电产出能量。
或者在储水保温罐模块构件的上部半圆形表面上,安置曲面柔性太阳能光电池框架模块构件或者平板硬性太阳能光电池框架模块构件;或者将储水保温罐模块构件的圆形外形,改进为内圆外方形式,以利平板硬性太阳能光电池框架模块构件的固定安装,都能够提高系统装置的光电发电能力;
在所述的风能发电、光能发电技术方案中,本发明是将风能发电的三相交流电或直流电以及光能发电的直流电都通过风光互补逆变器来实现输入输出调变,并通过输入输入蓄电池、电容器等储能系统来进行风电光电的储能和负载输出,能够供给本系统装置的储水保温罐模块构件中的电加热器模块构件用电负载及其他各种民用及工业用途的用电负载,包括补充电网。
在水能喷淋洁净的技术方案中,本发明是在现有太阳能热水器的储水保温罐模块构件的自来水等水源入水管处另外接出主要由喷淋水管及喷淋水阀喷淋活动喷头组成的喷淋模块结构,安置于高于真空集热管或板的排列框架模块结构及太阳能电池板框架模块构件的储水保温罐模块构件的顶部,依靠手动控制或电磁控制来开闭喷淋,以实现利用水能喷淋洁净真空集热管或板的排列框架模块结构及太阳能电池板框架模块构件的目的,或者在喷淋模块结构内增加加压类水泵类器件,以实现增压喷淋喷雾效果,这样在洁净真空集热管或板的排列框架模块结构及太阳能电池板框架模块构件的目的之外,还能够具有净化环境空气、降低雾霾沙尘附着、降低太阳能电池工作温度与屋顶楼顶及场地环境温度、以及冬季系统装置除雪化冰的附加效果。
在光能催化净化的技术方案中,本发明是在本系统装置的向阳面结构器件的表面,特别是在真空集热管或板的排列框架模块结构、太阳能电池板框架模块构件及储水保温罐模块构件的向阳面表面,喷涂上一层复合氧化物透明自洁净光催化涂层,主要由纳米级氧化钛透明粉体、有机水性无色胶粘剂和锆铝双金属偶联剂组成,能够形成同基体固着强、不易附着粉尘和有机颗粒物的自洁净涂层,在维护真空集热管或板、太阳能电池板表面洁净及改进集热性能和光电性能同时,并对碳氮硫氧等空气有机物污染物具有光催化分解的长期净化效果。
在其他的技术改进方案中,还涉及对于典型的太阳能热水器边框及三角支撑结构的改进,如将相对固定的45度或75度的边框及三角支撑结构,改进为可调变角度的边框及三角支撑结构,通过安装的角度调变定位轴及多个可伸长收缩可调节定位螺栓栓口的套接支撑横梁模块构件来实现角度及高度的变化,以适应不同纬度地区不同季节气候的太阳辐射角度调变要求。这样调变的结果,还能够形成多台套本系统装置同时安装时在纵向高度上的高低错落、互不阻挡的有序排列组合,能够形成屋顶和楼顶乃至平地和场地风能光能效能的提高利用。
对于本发明的中型或大型系统装置而言,由于涉及现有真空集热管的加工尺寸(现有最大规格三高真空管,长度仅2.1米,直径为70毫米)等限制,因此涉及到本发明系统装置的中型或大型设备,其光热光电利用形式中规模化程度的提高往往依赖本发明小型系统装置所对应的模块结构及模块构件如真空集热管或板的排列框架模块结构及太阳能电池板框架模块构件和储水保温罐模块构件等经排列组合串联并联或放大集成等步骤来构成,需要横纵向多数量的组合衔接来实现,特别是中型系统装置的光热热水系统除了需要将小型系统装置的储水保温罐模块构件组合串接以外,还需要设置适合中型系统装置热水容量和风光储输电量规模的储水保温集中和控制容箱以及蓄电电容储能集中和控制系统,以便平衡水温温度和供水容量以及平衡输入输出电力容量。因此对于本发明的中大型系统装置,更推荐采用金属或非金属集热板模块构件的光热利用形式以及在集热板之间间隔取同等或不等面积来布置太阳能电池板模块构件的光电利用形式,以及配套设置集中和控制系统的储水储电形式,以有利实现本发明系统装置的中型到大型的规模化集成化实施目的。
本发明系统装置既能够成为民居民用的自助式分布式小型系统装置,也能够通过小型系统装置所对应的模块结构及模块构件,经排列组合、串联并联、放大集成等来构成为中型大型系统装置,能够广泛适合于城乡工业农业等产业军事应用;或者陆地、水面、海上舰船浮体平台等设施应用,乃至成为阵列式工场式装置系统,能够形成风光热电储输及环境空气净化的集成一体化的绿色能源基地。
本发明为一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置,其特征在于:在同一种系统装置中能够同时实现风能发电、光能发电、光热热水、水能喷淋洁净、光能催化净化的多种绿色能源复合集成利用形式;提高了绿色能源的利用效率和保障效率,在较高程度利用绿色能源同时,还能进一步减少碳排放程度和环境空气污染程度,提高设备材料的时间和空间利用效率;
所述的风能发电利用形式,是在系统装置边框及三角型空间支撑框架模块结构5顶部,安装有横卧式或者直立式垂直轴风力发电模块化设备结构,并且采用了横卧式时左右相互逆转、直立式时上下相互逆转的垂直轴顺时针转向风轮1同垂直轴逆时针转向风轮3及互逆转垂直轴发电主机2的双组风轮或者多组合双组风轮的风能利用型式,能够在较低风速下达到较高额定风速的额定风电电压指标;风轮翼型采用阻力型、升力型、升阻复合型各种垂直轴风力翼型;其中包括C型、H型、S型、Φ型、螺旋型、椎体斜桨型、涡轮涡翅型等;
所述的光能发电利用形式,是将光能热水的真空集热管或板的排列框架模块结构6,形成为对地面横向或者斜向排布;储水保温罐模块构件7形成为对地面纵向排布,以使储水保温罐模块构件与真空集热管或板横向或斜向对接,斜向对接均取储水保温罐模块构件中间接口位置偏高,两侧真空集热管或板边框接口位置偏低的方式,以利集热对流的加强,或者使储水保温罐模块构件与两侧面真空集热管或板的对接形成一个朝向太阳的等边三角形,在真空集热管或板的排列框架模块结构6的真空集热管或板的管同管或板同板的间距空隙间隔位置上,特别是在真空集热管的直径或真空集热板的厚度中间位置上,安置有条矩形太阳能电池板框架模块构件8,真空集热管或板的横向或斜向排布,太阳能电池的横向斜向条矩形排布,以及储水保温罐模块构件与两侧面的真空集热管或板、太阳能电池板的对接形成的朝向太阳的等边三角形斜面,能够让太阳能电池在日照移动过程中得到较高的太阳辐射程度,从而保证光电转换效率;同时由于太阳能电池的条矩形排布遮盖住了每列真空集热管或板的下半部,也有利于改进真空集热管或板的集热对流状况;
或者在真空集热管或板的排列框架模块结构6的真空集热管或板排列的背后底部适当间隔距离空间位置上,安置有平面形太阳能电池板框架模块构件8,并在真空集热管或板排列的空隙间隔之间增设效果等同无影灯或多透镜的透明光学模块构件,该透明光学模块构件选自透明玻璃珠复合型材构件或透明多透镜多气泡复合型材构件,这样排布对比太阳能电池的条矩形排布,能够有利太阳能电池板的铺设面积增大和铺设方式改进,并让太阳光穿过真空集热管或板排列的空隙间隔的透明光学模块构件,利用散射折射漫射多透镜多聚焦无影化等光学效果,辐射到增大了面积的平面形太阳能电池板框架模块构件8上,同样让太阳能电池在日照移动过程中能够得到较高的太阳辐射程度,减少真空集热管或板对太阳能电池的遮挡阴影并同时提高了光电产出能量;
或者在储水保温罐模块构件7的上部半圆形表面上,安置曲面柔性太阳能光电池框架模块构件8或者平板硬性太阳能光电池框架模块构件8;或者将储水保温罐模块构件7的圆形外形,改进为内圆外方形式,以利平板硬性太阳能光电池框架模块构件8的固定安装,以提高系统装置的光电发电能力;
所述的风能发电、光能发电利用形式中,是将风能发电的三相交流电或直流电以及光能发电的直流电都通过风光互补逆变器来实现输入输出调变,并通过输入蓄电池、电容器等储能系统来进行风电光电的储能和负载输出,能够供给本系统装置的储水保温罐模块构件中的电加热器模块构件用电负载及其他各种民用及工业用途的用电负载,包括补充电网;
所述的水能喷淋洁净利用形式,是在储水保温罐模块构件7的自来水及水源入水管处另外接出主要由喷淋水管及喷淋水阀喷淋活动喷头组成的喷淋模块结构4,安置于高于真空集热管或板的排列框架模块结构6及太阳能电池板框架模块构件8的储水保温罐模块构件7的顶部,依靠手动控制或电磁控制来开闭喷淋,实现水能喷淋洁净真空集热管或板的排列框架模块结构6及太阳能电池板框架模块构件8的目的,或者在喷淋模块结构4内增加加压类水泵类器件,实现增压喷淋喷雾效果,还能够具有净化环境空气、降低雾霾沙尘附着、降低太阳能电池工作温度与屋顶楼顶及场地环境温度、以及冬季系统装置除雪化冰的附加效果;
所述光能催化净化的利用形式,是在本系统装置的向阳面结构器件的表面,特别是在真空集热管或板的排列框架模块结构6、太阳能电池板框架模块构件8及储水保温罐模块构件7的向阳面表面,喷涂上一层复合氧化物透明自洁净光催化涂层,该涂层主要由纳米级氧化钛透明粉体、有机水性无色胶粘剂和锆铝双金属偶联剂组成,能够形成同基体固着强、不易附着粉尘和有机颗粒物的自洁净涂层,在维护真空集热管或板、太阳能电池板表面洁净及改进集热性能和光电性能同时,并对碳氮硫氧空气有机物污染物具有光催化分解的长期净化效果;
所述利用形式还涉及将系统装置边框及三角型空间支撑框架模块结构,形成为可调变角度的边框及三角型空间支撑框架模块结构5,通过安装的角度调变定位轴及多个可伸长收缩可调节定位螺栓栓口的套接支撑横梁模块构件来实现角度及高度的变化,以适应不同纬度地区不同季节气候的太阳辐射角度调变要求;能够形成多台套本系统装置同时安装时在纵向高度上的高低错落、互不阻挡的有序排列组合,能够形成屋顶和楼顶乃至平地和场地风能光能效能的提高利用;
本系统装置既能够成为民居民用的自助式分布式小型系统装置,也能够通过小型系统装置所对应的模块结构及模块构件,经排列组合、串联并联、放大集成等来构成为中型大型系统装置,能够广泛适合于城乡工业农业等产业军事应用;或者陆地、水面、海上舰船浮体平台等设施应用,乃至成为阵列式工场式装置系统,能够形成风光热电储输及环境空气净化的集成一体化的绿色能源基地。
附图说明
图1、为本发明一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置的主体结构示意图,其中:
1-垂直轴顺时针转向风轮;2-互逆转垂直轴发电主机;3-垂直轴逆时针转向风轮;4-喷淋模块结构;5-边框及三角型空间支撑框架模块结构;6-真空集热管或板的排列框架模块结构;7-储水保温罐模块构件(内置电能加热器模块构件);8-太阳能电池板框架模块构件(其上或有效果等同无影灯或多透镜的透明光学模块构件)。
具体实施方式
实施例1、
如图1所示:为本发明一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置的实施例之一主体结构示意图,其中系统装置主体结构包括:
1-垂直轴顺时针转向风轮;2-互逆转垂直轴发电主机;3-垂直轴逆时针转向风轮;4-喷淋模块结构;5-边框及三角型空间支撑框架模块结构;6-真空集热管或板的排列框架模块结构;7-储水保温罐模块构件(内置电能加热器模块构件);8-太阳能电池板框架模块构件。
本实施例是安装于北方都市城市居民楼顶阳台的小型系统装置,实施应用表明在同一种系统装置中能够同时实现风能发电、光能发电、光热热水、水能喷淋洁净、光能催化净化的多种绿色能源复合集成利用形式;
所述的风能发电利用形式,是在系统装置边框及三角型空间支撑框架模块结构5顶部,安装有横卧式垂直轴风力发电模块化设备结构(额定功率1000瓦),并且采用了横卧式左右相互逆转的垂直轴顺时针转向风轮1同垂直轴逆时针转向风轮3及互逆转垂直轴发电主机2的双组风轮的风能利用型式,双组风轮风轮直径均为1.6米,每组风轮各长1.3米,双组风轮总长度2.6米,每组风轮8扇桨翼,双组风轮共计16扇桨翼,总计掠风面积为8平米;垂直轴发电主机选为无铁芯盘式可逆转永磁发电主机,能够在较低风速下7-8米/秒达到较高额定风速13-15米/秒的额定电压指标;风轮翼型采用了升阻复合型的H型变异垂直轴风力翼型NACA0012;即在翼型尾部内侧纵向上,开留有阻风型风斗,使翼型在恒定逆风向旋转时,逆风旋转位置产生为风力升力力矩,顺风旋转位置产生为风力阻力力矩,互逆转升阻复合翼型双组风轮保证了风力发电的较高绿色能源利用效率。采用横卧式风电利用形式较为适合本系统装置坐北朝南安装方向时东南季风或西北季风风力条件突出的北方地区及风力条件,应该是北方地区尤其是北方城市高层建筑楼顶阳台实施本发明的优选方式。
所述的光能发电利用形式,是将光能热水的真空集热管排列框架模块结构6,对地面形成横向排布;储水保温罐模块构件7为对地面纵向排布,使储水保温罐模块构件与真空集热管横向对接,并使储水保温罐模块构件与两侧面真空集热管的对接形成一个朝向太阳的等边三角形,在真空集热管排列框架模块结构6的真空集热管管同管间距的空隙间隔管的直径位置上,安置有条矩形太阳能电池板框架模块构件8(光电总体工作功率500瓦),真空集热管的横向排布,太阳能电池的横向条矩形排布,以及储水保温罐模块构件与两侧面的真空集热管、太阳能电池板的对接形成的朝向太阳的等边三角形斜面,能够让太阳能电池在日照移动过程中始终得到较高的太阳辐射程度,从而保证了较高的光电转换效率;同时由于太阳能电池的条矩形排布遮盖住了每列真空集热管的下半部,有利改进真空集热管的集热对流状况。
在储水保温罐模块构件7的上部半圆形表面上,安置有曲面柔性太阳能光电池框架模块构件8(图1中未画出);能够明显增加系统装置的光电发电面积(光电工作功率60瓦),提高了系统装置的光电发电能力;
所述的风能发电、光能发电利用形式中,是将风能发电的三相交流电以及光能发电的直流电都通过风光互补逆变器来实现输入输出(输出交流220V)调变,并通过输入胶体蓄电池组块来进行风电光电的储能和负载输出,通过居民在楼顶阳台安装本系统装置3-5台套,通过单台套或多台套系统装置的不同使用,能够供给本系统装置的储水保温罐模块构件中的电加热器模块构件增温用电(每台套电加热功率峰值2000瓦)及冬季供热用水(取暖面积200平米)补充用电,及本户居民的四季照明(日常照明等功率280瓦,日峰值功率2500瓦)等用电负载,余量电量可随时补充电网,以获得卖电收益。
所述的水能喷淋洁净利用形式,是在储水保温罐模块构件7的自来水及水源入水管处另外接出主要由喷淋水管及喷淋水阀喷淋活动喷头组成的喷淋模块结构4,安置于高于真空集热管排列框架模块结构6及太阳能电池板框架模块构件8的储水保温罐模块构件7的顶部,依靠电磁控制来开闭喷淋,实现水能喷淋洁净真空集热管排列框架模块结构6及太阳能电池板框架模块构件8的目的,还能够具有净化环境空气、降低雾霾沙尘附着、降低太阳能电池工作温度及楼顶环境温度、以及冬季系统装置除雪化冰的附加效果。
所述光能催化净化的利用形式,是在本系统装置的向阳面结构器件的表面,特别是在真空集热管排列框架模块结构6、太阳能电池板框架模块构件8及储水保温罐模块构件7的太阳能电池面板的向阳面表面,喷涂上一层复合氧化物透明自洁净光催化涂层,该涂层由60份重量纳米级氧化钛透明粉体、38份重量有机丙烯酸酯水性无色胶粘剂(固含量58%重量)和2份重量锆铝双金属偶联剂(甲基丙烯酸基锆铝酸酯)组成,喷涂2次,室温自然固化,从而形成同基体固着强、不易附着粉尘和有机颗粒物的自洁净涂层,在维护真空集热管或板列管、太阳能电池板表面洁净及改进集热性能和光电性能同时,并对碳氮硫氧空气有机物污染物具有光催化分解长期净化效果。
本系统装置的边框及三角型空间支撑框架模块结构,采用为可调变角度的边框及三角型空间支撑框架模块结构5,依据角度调变定位轴及多个可伸长收缩可调节定位螺栓栓口的套接支撑横梁模块构件来实现角度及高度的变化。如春节冬季调变为对应太阳45度角度,夏季秋季可调变为75度角度,或者随时调变角度和高度,以适应不同季节气候的太阳辐射角度调变要求及季风风力变化情况;并有利多台套系统装置楼顶设置时高低有序互不阻挡的风能光能效能的提高利用。
本实施例系统装置作为民居民用的自助式分布式小型装置,形成了风光热电储输及环境空气净化的集成一体化的绿色能源利用新模式,提高了绿色能源的利用效率和保障效率,在较高程度利用绿色能源同时,还能进一步减少碳排放程度和空气污染程度,提高设备装置的时间和空间利用效率。
实施例2、
仍如图1所示:为本发明一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置的本实施例中实施方式之一的横卧式垂直轴风力发电模块化设备结构形式的系统装置主体结构示意图,其中系统装置主体结构包括:
1-垂直轴顺时针转向风轮;2-互逆转垂直轴发电主机;3-垂直轴逆时针转向风轮;4-喷淋模块结构;5-边框及三角型空间支撑框架模块结构;6-真空集热管或板的排列框架模块结构;7-储水保温罐模块构件(内置电能加热器模块构件);8-太阳能电池板框架模块构件(其上或有透明光学模块构件)。
本实施例为本发明一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置的中型系统装置及阵列应用实施例,本发明的中型系统装置由实施例1中涉及的小型系统装置对应的各个模块结构及模块构件经排列组合串联并联或放大集成来构成,本中型系统装置及阵列布置系统在中国河北省坝上地区某新能源基地的一块南低北高的缓坡坡地上实施,水源采用多个深井高压水塔地下水,光热热水目的主要用于附近煤炭电化联合项目的汽轮机及煤化工的用水预热及本能源基地光热发电项目的热水应用,以降低煤炭燃放消耗和有利减排效果,其中部分经处理后的回水,由深井加压塔补水后再经本系统装置阵列加热后循环。应用实施过程表明,在本发明的中型系统装置和阵列式应用中,仍能实现同时利用风能发电、光能发电、光热热水、水能喷淋洁净、光能催化净化的多种绿色能源复合集成利用形式;
所述的风能发电利用形式,是在系统装置的边框及三角型空间支撑框架模块结构5顶部,安装有横卧式或者直立式垂直轴风力发电模块化设备结构,并且采用了横卧式垂直轴风力发电模块化设备结构时左右相互逆转、直立式垂直轴风力发电模块化设备结构时上下相互逆转的垂直轴顺时针转向风轮1同垂直轴逆时针转向风轮3及互逆转垂直轴发电主机2的双组风轮或者多组合双组风轮的风能利用型式,实现中型系统装置的阵列布置时,采用的是单数阵列以横卧式垂直轴风力发电模块化设备结构型式,双数阵列以直立式垂直轴风力发电模块化设备结构型式的阵列变换模式,横卧式垂直轴风力发电模块化设备结构风电利用形式更适合系统装置坐北朝南安装方向时东南季风或西北季风风力条件突出的地区及风力条件,而直立式垂直轴风力发电模块化设备结构风电利用形式则能够不受南北安装方向及季风风向限制,能够适应本地区各种风力条件。垂直轴发电主机都仍选为无铁芯盘式可逆转永磁发电主机,横卧式风轮翼型采用了螺旋型或涡轮涡翅型(涡轮涡翅翼型如同常用通风机轮扇,如图1形式);垂直轴风力翼型(横卧式风轮直径6米,双组风轮或多组合双组风轮总长30米,总计掠风面积为150平米,额定功率总计风电30千瓦),直立式风轮翼型采用了同实施例1相同的升阻复合型的H型变异垂直轴风力翼型及桨翼数量(直立式风电机上下双层风轮,风轮直径6米,风轮双层上下总高度9米,每组风轮8扇桨翼,双层两组风轮16扇桨翼,单台架直立式垂直轴风力发电模块化设备结构总计掠风面积为64平米,发电机额定功率8千瓦,每台系统装置安装4台架直立式垂直轴风力发电模块化设备结构,每台套系统装置风电功率总计30千瓦);单体中型系统装置都按坐北朝南朝阳方向设置固定,依序组成阵列布置系统,菱形阵列依南低北高缓坡地形方向按每列1、2、3、4、5、6、5、4、3、2、1总计36台套系统装置数量排列,每列空间前后间隔距离在60米至100米范围,每台套系统装置左右间距在10米至20米范围,均能够在较低风速下7-8米/秒达到较高额定风速13-15米/秒的额定发电电压指标;
所述的光能发电利用形式,是将光能热水的真空集热管或板的排列框架模块结构6,对地面为横向或者斜向排布;储水保温罐模块构件7为对地面纵向排布,以使储水保温罐模块构件与真空集热管或板横向或斜向对接,斜向对接均取储水保温罐模块构件中间接口位置偏高,两侧真空集热管或板边框接口位置偏低的方式,以利集热对流的加强。并使储水保温罐模块构件与两侧面真空集热管或板的对接形成一个朝向太阳的等边三角形斜面;
对于单数阵列的系统装置,在真空集热管或板的排列框架模块结构6的真空集热管或板间距的空隙间隔,真空集热管在直径位置上,真空集热板在厚度中间位置上,安置有条矩形太阳能电池板框架模块构件8,真空集热管或板列管的横向或斜向排布,太阳能电池的横向斜向条矩形排布,以及储水保温罐模块构件与两侧面的真空集热管或板、太阳能电池板的对接形成的朝向太阳的等边三角形斜面,能够让太阳能电池在日照移动过程中得到较高的太阳辐射程度,从而保证光电转换效率;同时由于太阳能电池的条矩形排布遮盖住了每列真空集热管或板的下半部,有利改进了真空集热管或板的集热对流状况;
对于双数阵列的系统装置,在真空集热管或板的排列框架模块结构6的真空集热管或板的背后底部适当间隔空间位置上,安置有平面形太阳能电池板框架模块构件8,并在真空集热管或板排列的空隙间隔之间增设效果等同无影灯或多透镜的透明光学模块构件,该透明光学模块构件选自透明玻璃珠复合型材构件或透明多透镜多气泡复合型材构件,这样排布对比太阳能电池的条矩形排布,能够有利太阳能电池板的铺设面积增大和铺设方式改进,并让太阳光穿过真空集热管或板排列的空隙间隔的透明光学模块构件,利用散射折射漫射多透镜多聚焦无影化光学效果,辐射到增大了面积的平面形太阳能电池板框架模块构件8上,同样让太阳能电池在日照移动过程中能够得到较高的太阳辐射程度,减少真空集热管或板对太阳能电池的遮挡阴影并同时提高了光电产出能量。
对于单数列系统装置,在储水保温罐模块构件7的上部半圆形表面上,安置有曲面柔性太阳能光电池框架模块构件8或者平板硬性太阳能光电池框架模块构件8;
对于双数列系统装置,将储水保温罐模块构件7的圆形外形,改进为内圆外方形式,固定安装了平板硬性太阳能光电池框架模块构件8,阵列应用表明都能够提高系统装置的光电发电能力。
所述的风能发电、光能发电利用形式中,是将风能发电的三相交流电以及光能发电的直流电都通过中型装置的风光互补逆变器系统装置来实现输入输出调变(输出功率220V交流),并通过中型装置的蓄电电容储能集中和控制系统,最终经输入蓄电池电容器新能源基地储能装置系统来进行风电光电的统一化智能化储能和负载输出,坝上地区一般白天日照条件强,夜晚风力大的风光能源条件更为突出,因而本发明系统装置的实施,更适应更充分利用了坝上地区的昼夜差别和风光互补条件,以至本发明的风光能源复合型的综合利用集成利用实施效果更为突出,能够实现供给本阵列系统装置能源基地项目光热发电所需热水的储水保温罐模块构件中的电加热器模块构件冬季增温用电,以及煤炭电化联合项目的用水用电负载及其四季余量供给附近地区各种民用及工业用途的用电负载,包括补充区域电网,实现绿色收益。
所述的水能喷淋洁净利用形式,是在储水保温罐模块构件7的深井水水源入水管处另外接出主要由喷淋水管及喷淋水阀喷淋活动喷头组成的喷淋模块结构4,安置于高于真空集热管或板的排列框架模块结构6及太阳能电池板框架模块构件8的储水保温罐模块构件7的顶部,依靠电磁自控控制来开闭喷淋,实现水能喷淋洁净真空集热管或板的排列框架模块结构6及太阳能电池板框架模块构件8的目的。
而在临近煤炭电化联合项目的阵列系统装置中喷淋模块结构4内增加加压水泵类器件,实现了增压喷淋喷雾效果,能够具有净化环境空气、降低雾霾沙尘煤尘附着、降低太阳能电池工作温度及场地环境温度、以及冬季系统装置的除雪化冰的附加效果。
所述光能催化净化的技术形式,是在本系统装置的向阳面结构器件的表面,特别是在真空集热管或板的排列框架模块结构6、太阳能电池板框架模块构件8及储水保温罐模块构件(太阳能电池表面)的向阳面表面,喷涂上一层复合氧化物透明自洁净光催化涂层,该涂层由纳米级氧化钛透明粉体65份重量、有机水性丙烯酸酯无色胶粘剂30份重量(固含量60%重量)和锆铝双金属偶联剂5份重量(甲基丙烯基锆铝酸酯)组成,喷涂三次,室外常温固化,能够形成同基体固着强、不易附着粉尘煤尘和有机颗粒物的自洁净涂层,在维护真空集热管或板、太阳能电池板表面洁净及改进集热性能和光电性能同时,并对煤炭电化联合项目排出物碳氮硫氧空气有机物污染物具有光催化分解的长期净化效果。
本中型系统装置的边框及三角型空间支撑框架模块结构,为可调变角度的边框及三角型空间支撑框架模块结构5,依据角度调变定位轴及多个可伸长收缩可调节定位螺栓栓口的套接支撑横梁模块构件来实现不同系统装置之间角度及高度的变化。以适应不同季节气候的太阳辐射角度调变要求;阵列系统布置在南低北高缓坡地形下,依然能够形成36台套本系统装置同时阵列安装时,在纵向高度上的相互相对高低错落有致,有利风力气流的起伏变化和系统装置风电设备结构的阵列变换运转,能够形成系统装置阵列设置时高低有序互不阻挡的现场场地的风能光能效能提高利用。
涉及到本发明系统装置的中型或大型设备,其光热光电利用形式中规模化程度的提高往往依赖本发明小型系统装置所对应的模块结构及模块构件如真空集热管或板的排列框架模块结构6,及太阳能电池板框架模块构件8和储水保温罐模块构件7等,经排列组合串联并联或放大集成等步骤来构成,需要横纵向多数量的组合衔接来实现;例如本实施例1之中的小型系统装置3米长2米高的6平米左右面积的光热光电结构对应模块部分,在实施例2之中中型系统装置长30米高20米的600平米面积的光热光电规模结构部分中,如若继续采用真空集热管的现有技术,就需要10台小型系统装置对应模块结构及模块构件部分来横向组合形成30米长度规模,以及10台小型系统装置对应模块结构及模块构件部分来纵向组合以形成20米高度规模,这样一台中型系统装置就需要上百台实施例1的小型系统装置对应模块结构及模块构件部分来实现纵横组合,以串联或并联衔接、逐级温度升温、逐层尺寸升高、放大集成控制等步骤来达到要求的规模,特别是中型系统装置的光热热水系统除了需要将小型系统装置的储水保温罐模块构件组合串接以外,还需要设置适合中型系统装置热水容量和风电光电储输电量规模的储水保温集中和控制容箱以及蓄电电容储能集中和控制系统,以便平衡水温温度和供水容量以及平衡输入输出电力容量。因此对于本发明的中大型系统装置,实施中采用金属或非金属集热板模块构件的光热利用形式以及在集热板之间间隔取同等或不等面积来布置太阳能电池板模块构件的光电利用形式,以及配套设置集中和控制系统的储水储电形式,更有利于实现本发明系统装置的大型化规模化集成化的实施目的。
本系统装置的小型系统装置实施和中型系统装置阵列实施的应用,充分表明本发明既能够成为民居民用的自助式分布式小型系统装置,也能够通过小型系统装置所对应的模块结构及模块构件,经排列组合、串联并联、放大集成等来构成为中型大型系统装置,能够广泛适合于城乡工业农业产业应用或者陆地、水面、海上舰船浮体平台设施应用,乃至成为阵列式工场式装置系统,能够形成风光热电储输及环境空气净化的集成一体化的绿色能源基地。在提高绿色能源的利用效率和保障效率上,具有可行性和可靠性。在较高程度利用绿色能源同时,确实能够进一步减少碳排放程度和环境空气污染程度,提高设备材料的时间和空间利用效率。

Claims (1)

1.一种风光能源集成型发电热水洁净模块化系统装置,其特征在于:在同一种系统装置中能够同时实现风能发电、光能发电、光热热水、水能喷淋洁净、光能催化净化的多种绿色能源复合集成利用形式;提高绿色能源的利用效率和保障效率,在利用绿色能源同时,还能减少碳排放程度和环境空气污染程度,提高设备材料的时间和空间利用效率;
所述的风能发电利用形式,是在系统装置边框及三角型空间支撑框架模块结构(5)顶部,安装有横卧式垂直轴风力发电模块化设备结构或者直立式垂直轴风力发电模块化设备结构,并且采用了横卧式垂直轴风力发电模块化设备结构时左右相互逆转、直立式垂直轴风力发电模块化设备结构时上下相互逆转的垂直轴顺时针转向风轮(1)同垂直轴逆时针转向风轮(3)及互逆转垂直轴发电主机(2)的双组风轮或者多组合双组风轮的风能利用型式,能够在较低风速下达到较高额定风速的额定风电电压指标;风轮翼型采用阻力型、升力型、升阻复合型各种垂直轴风力翼型;其中包括C型、H型、S型、Φ型、螺旋型、椎体斜桨型、涡轮涡翅型;
所述的光能发电利用形式,是将光能热水的真空集热管或板的排列框架模块结构(6),形成为对地面横向或者斜向排布;储水保温罐模块构件(7)形成为对地面纵向排布,以使储水保温罐模块构件与真空集热管或板横向或斜向对接,斜向对接均取储水保温罐模块构件中间接口位置偏高,两侧真空集热管或板边框接口位置偏低的方式,以利集热对流的加强;或者使储水保温罐模块构件与两侧面真空集热管或板的对接形成一个朝向太阳的等边三角形,在真空集热管或板的排列框架模块结构(6)的真空集热管或板的管同管或板同板的间距空隙间隔位置上,特别是在真空集热管的直径或真空集热板的厚度中间位置上,安置有条矩形太阳能电池板框架模块构件(8),真空集热管或板的横向或斜向排布,太阳能电池的横向斜向条矩形排布,以及储水保温罐模块构件与两侧面的真空集热管或板、太阳能电池板的对接形成的朝向太阳的等边三角形斜面,能够让太阳能电池在日照移动过程中得到较高的太阳辐射程度,从而保证光电转换效率;同时由于太阳能电池的条矩形排布遮盖住了每列真空集热管或板的下半部,也有利于改进真空集热管或板的集热对流状况;
或者在真空集热管或板的排列框架模块结构(6)的真空集热管或板排列的背后底部适当间隔距离空间位置上,安置有平面形太阳能电池板框架模块构件(8),并在真空集热管或板排列的空隙间隔之间增设效果等同无影灯或多透镜的透明光学模块构件,该透明光学模块构件选自透明玻璃珠复合型材构件或透明多透镜多气泡复合型材构件,这样排布对比太阳能电池的条矩形排布,能够有利太阳能电池板的铺设面积增大和铺设方式改进,并让太阳光穿过真空集热管或板排列的空隙间隔的透明光学模块构件,利用散射折射漫射多透镜多聚焦无影化光学效果,辐射到增大了面积的平面形太阳能电池板框架模块构件(8)上,同样让太阳能电池在日照移动过程中能够得到较高的太阳辐射程度,减少真空集热管或板对太阳能电池的遮挡阴影并同时提高光电产出能量;
或者在储水保温罐模块构件(7)的上部半圆形表面上,安置曲面柔性太阳能光电池框架模块构件(8)或者平板硬性太阳能光电池框架模块构件(8);或者将储水保温罐模块构件(7)的圆形外形,改进为内圆外方形式,以利平板硬性太阳能光电池框架模块构件(8)的固定安装,以提高系统装置的光电发电能力;
所述的风能发电、光能发电利用形式中,是将风能发电的三相交流电或直流电以及光能发电的直流电都通过风光互补逆变器系统来实现输入输出调变,并通过输入蓄电池、电容器储能系统来进行风电光电的储能和负载输出,能够供给本系统装置的储水保温罐模块构件中的电加热器模块构件用电负载及其他各种民用及工业用途的用电负载,包括补充电网;
所述的水能喷淋洁净利用形式,是在储水保温罐模块构件(7)的自来水及水源入水管处另外接出主要由喷淋水管及喷淋水阀喷淋活动喷头组成的喷淋模块结构(4),安置于高于真空集热管或板的排列框架模块结构(6)及太阳能电池板框架模块构件(8)的储水保温罐模块构件(7)的顶部,依靠手动控制或电磁控制来开闭喷淋,实现水能喷淋洁净真空集热管或板的排列框架模块结构(6)及太阳能电池板框架模块构件(8)的目的,或者在喷淋模块结构(4)内增加加压类水泵类器件,实现增压喷淋喷雾效果,还能够具有净化环境空气、降低雾霾沙尘附着、降低太阳能电池工作温度与屋顶楼顶及场地环境温度、以及冬季除雪化冰的附加效果;
所述光能催化净化的利用形式,是在本系统装置的向阳面结构器件的表面,特别是在真空集热管或板的排列框架模块结构(6)、太阳能电池板框架模块构件(8)及储水保温罐模块构件(7)的向阳面表面,喷涂上一层复合氧化物透明自洁净光催化涂层,该涂层主要由纳米级氧化钛透明粉体、有机水性无色胶粘剂和锆铝双金属偶联剂组成,能够形成同基体固着强、不易附着粉尘和有机颗粒物的自洁净涂层,在维护真空集热管或板、太阳能电池板表面洁净及改进集热性能和光电性能同时,并对碳氮硫氧空气有机物污染物具有光催化分解长期净化效果;
所述利用形式还涉及将系统装置边框及三角型空间支撑框架模块结构,形成为可调变角度的边框及三角型空间支撑框架模块结构(5),通过安装的角度调变定位轴及多个可伸长收缩可调节定位螺栓栓口的套接支撑横梁模块构件模块构件来实现角度及高度的变化,以适应不同纬度地区不同季节气候的太阳辐射角度调变要求;能够形成多台套本系统装置同时安装时在纵向高度上的高低错落、互不阻挡的有序排列组合,能够形成屋顶和楼顶乃至平地和场地风能光能效能的提高利用;
本系统装置既能够成为民居民用的自助式分布式小型装置,也能够通过小型系统装置所对应的模块结构及模块构件,经排列组合、串联并联、放大集成来构成为中型大型系统装置,能够广泛适合于城乡工业农业产业军事应用或者陆地、水面、海上舰船浮体平台设施应用,乃至成为阵列式工场式装置系统,能够形成风光热电储输及环境空气净化的集成一体化的绿色能源基地。
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