CN104792030A - 一种新型高效太阳能光伏热水器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型高效太阳能光伏热水器，包括支架、保温水箱、太阳能电池组件、框架、蓄电池，所述的保温水箱安装在支架的顶部，框架斜设在支架上，太阳能电池组件安装在框架上，所述的框架的内部设有蓄电池，所述的保温水箱的热水进水口与框架的上端一侧面开设的热水出水口通过水循环管道连通，所述的保温水箱的冷水出水口与框架的下端一侧面开设的冷水进水口通过水循环管道连通；本发明克服了单纯太阳能电池和太阳能热水器的不足，提高了太阳能的综合利用效率，延长光伏器件的使用寿命，增加了器件使用的性价比，提高太阳能发电效率和发电量；利用水的热胀冷缩自然原理进行结构优化、回收高温热量，能够提供生活用热水。

Description

一种新型高效太阳能光伏热水器
技术领域
本发明涉及太阳能光伏与光热综合利用的技术领域，具体的说涉及一种新型高效太阳能光伏热水器。
背景技术
随着科学技术的发展，传统的电力、煤炭、石油等不可再生能源的频频告急，能源问题已日益成为制约当今社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，希望可再生能源改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展，近10年来，全球太阳能光伏电池年产量增长约10倍，年均增长50％以上，目前全球太阳能光伏电池年产量1600万千瓦，其中我国年产量1000万千瓦，传统的硅系太阳能电池的实验室光电转换效率已达到40.7％，规模生产的单晶硅太阳能电池也有近15％的效率，太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供给的主体，2012年10月24日，中国国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，讨论通过了《太阳能发电发展“十二·五”规划》，敲定了中国十二·五时期太阳能发电装机容量目标在21GW以上，太阳能集热面积达到4亿平方米的宏伟计划，阐述了太阳能发电发展的指导思想和基本原则，明确了太阳能发电的发展目标、开发利用布局和建设重点，是“十二五”时期我国太阳能发电发展的基本依据，未来5-10年，太阳能光伏产业将进入快速成长期。
尽管如此，传统的太阳能光伏产品的结构比较单一，性能受外界环境影响较大，转化效率较低，比如：在25℃、辐射强度为1000W/m2的标准工作环境下，太阳能光伏电池所吸收的太阳能，只有不到20％被转换为电能，其中80％以上转换成热量被电池组件吸收，最后散失在空气中。不仅造成极大的太阳能资源浪费，光伏组件所吸收的热量还会使电池板温度大大升高，太阳能电池组件的原有发电效率会因此降低、电池组件的使用寿命进一步缩短，器件使用的性价比不高。
因此，开发设计新型太阳能光伏设备，在能够保持或提高单位面积上太阳能吸收与转化效率的基础上，将热效应产生的热量快速地转移并进一步利用，提高太阳能转化效率、延长使用寿命、增加太阳能光伏器件使用的性价比，是目前太阳能光伏领域亟需解决的课题，也是光伏能源领域一项富有挑战性的研究工作，具有重要的理论及实践意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型高效太阳能光伏热水器，在提高单位面积上太阳能吸收与转化效率的基础上，它可以将太阳能光伏、光热综合利用，将光伏效应产生的热量快速地单向转移给循环水并进一步利用，克服了单纯太阳能电池和太阳能热水器的不足，提高了太阳能的综合利用效率，延长光伏器件的使用寿命，增加了器件使用的性价比。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：
一种新型高效太阳能光伏热水器，包括支架、保温水箱、太阳能电池组件、框架、蓄电池，所述的保温水箱安装在支架的顶部，框架斜设在支架上，太阳能电池组件安装在框架上，所述的框架的内部设有蓄电池，所述的保温水箱的热水进水口与框架的上端一侧面开设的的热水出水口通过水循环管道连通，所述的保温水箱的冷水出水口与框架的下端一侧面开设的冷水进水口通过水循环管道连通。
所述的框架是由上层为透明玻璃、侧面及底部为金属外壳构成的箱体，框架的底部由下而上依次设有保温材料、铜质水管、金属导热板、太阳能电池组件。
所述的太阳能电池组件包括太阳能电池板，所述的太阳能电池板按一定角度串联组成折扇面结构，所述的太阳能电池板的背面通过导热胶连接在金属导热板上，金属导热板的另一面为光滑的平面，做成光亮的金属膜，反射水管的红外热辐射线，防止热能重新被电池组件吸收，所述的金属导热板为V型板，金属导热板的下方设有铜质水管，金属导热板与铜质水管之间为空气层，空气层可以使金属导热板上的热量对流传给铜质水管，在降低太阳能电池组件的温度同时，给铜质水管中的水加热，使光伏效应产生的热能得以回收利用，所述的铜质水管的外表面为粗糙表面，以增加对辐射热的吸收效率；内表面光滑，减少液体在管道中流动的阻力，同时减少水的热辐射能量散失，铜质水管下粘接A级防火保温材料，起到保温效果。
优选地，所述的太阳能电池板及金属导热板与保温材料之间的夹角范围为15-60度。
优选地，所述的太阳能电池板及金属导热板与保温材料之间的最佳角度为30度。
分别用软管将铜质水管的上端热水出水口并联，并通过水循环导管与保温水箱的热水进水口连接；分别用软管将铜质水管的下端并联，并通过水循环导管与保温水箱的冷水出水口连接，确保水循环管道及保温水箱中的冷热水能够利用密度效应充分对流传递。
金属导热板连接接线盒，接线盒引出正负极接线端子，正负极接线端子连接蓄电池，输出的电能进入蓄电池储存，所述的接线盒、蓄电池均设在框架的内部。
保温水箱与太阳能电池组件连体连体设计，保温水箱所处空间位置高于铜质水管上端并联的热水出水口，确保冷热水更好的对流。
优选地，保温水箱与太阳能电池组件分体设计，保温水箱所处空间位置高于铜质水管上端并联的热水出水口，确保冷热水更好的对流。
所述的保温水箱的顶部一端设有热水进水口，所述的保温水箱的底部中端设有冷水出水口，所述的保温水箱底部一端设有双向进水口，双向进水口能够用于保温水箱热水出口及冷水进口作用。
本发明有益效果：本发明充分利用几何学、光谱学和热传递原理，在提高单位面积上太阳能吸收与转化效率的基础上，对传统的太阳能器件的表面结构进行合理改性，它可以将太阳能光伏、光热综合利用，将光伏效应产生的热量快速地单向转移给循环水并进一步利用，克服了单纯太阳能电池和太阳能热水器的不足，提高了太阳能的综合利用效率，延长光伏器件的使用寿命，增加了器件使用的性价比，提高太阳能发电效率和发电量；利用水的热胀冷缩自然原理进行结构优化、回收高温热量，能够提供生活用热水。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明部分结构示意图。
具体实施方式
参见附图，一种新型高效太阳能光伏热水器，包括支架1、保温水箱2、太阳能电池组件3、框架4、蓄电池，所述的保温水箱2安装在支架1的顶部，框架4斜设在支架1上，太阳能电池组件3安装在框架4上，所述的框架4的内部设有蓄电池，所述的保温水箱2的热水进水口21与框架4的上端一侧面开设的的热水出水口41通过水循环管道连通，所述的保温水箱的冷水出水口22与框架的下端一侧面开设的冷水进水口42通过水循环管道连通。
所述的框架4是由上层为透明玻璃、侧面及底部为金属外壳构成的箱体，框架4的底部由下而上依次设有保温材料5、铜质水管6、金属导热板7、太阳能电池组件8。
所述的太阳能电池组件8包括太阳能电池板9，所述的太阳能电池板9按一定角度串联组成折扇面结构，所述的太阳能电池板9的背面通过导热胶连接在金属导热板7上，金属导热板7的另一面为光滑的平面，做成光亮的金属膜，反射水管的红外热辐射线，防止热能重新被电池组件吸收，所述的金属导热板7为V型板，金属导热板7的下方设有铜质水管6，金属导热板7与铜质水管6之间为空气层，空气层可以使金属导热板7上的热量对流传给铜质水管6，在降低太阳能电池组件8的温度同时，给铜质水管6中的水加热，使光伏效应产生的热能得以回收利用，所述的铜质水管6的外表面为粗糙表面，以增加对辐射热的吸收效率；内表面光滑，减少液体在管道中流动的阻力，同时减少水的热辐射能量散失，铜质水管6下粘接A级防火保温材料5，起到保温效果。
优选地，所述的太阳能电池板9及金属导热板7与保温材料5之间的夹角范围为15-60度。
优选地，所述的太阳能电池板9及金属导热板7与保温材料5之间的最佳角度为30度。
分别用软管将铜质水管6的上端热水出水口并联，并通过水循环导管与保温水箱2的热水进水口21连接；分别用软管将铜质水管6的下端并联，并通过水循环导管与保温水箱2的冷水出水口22连接，确保水循环管道及保温水箱2中的冷热水能够利用密度效应充分对流传递。
金属导热板7连接接线盒，接线盒引出正负极接线端子，正负极接线端子连接蓄电池，输出的电能进入蓄电池储存，所述的接线盒、蓄电池均设在框架4的内部。
保温水箱2与太阳能电池组件8连体连体设计，保温水箱2所处空间位置高于铜质水管6上端并联的热水出水口41，确保冷热水更好的对流。
优选地，保温水箱2与太阳能电池组8件分体设计，保温水箱2所处空间位置高于铜质水管6上端并联的热水出水口41，确保冷热水更好的对流。
所述的保温水箱2的顶部一端设有热水进水口21，所述的保温水箱2的底部中端设有冷水出水口22，所述的保温水箱2底部一端设有双向进水口23，双向进水口23能够用于保温水箱热水出口及冷水进口作用。
将本发明与市场上常见热水器进行集热功能对比，二者保温水箱2进水量一致，进水水温一致，均为20℃，将二者置于同等光照条件下进行集热，经6小时后，测量二者保温水箱2内水温温度，本发明水温温度为86℃，对比热水器水箱内水温温度为72℃；且本发明内装置的蓄电池更是持续进行蓄电，由以上可见，本发明更能提高太阳能的综合利用效率。

Claims (10)

1.一种新型高效太阳能光伏热水器，包包括支架、保温水箱、太阳能电池组件、框架、蓄电池，所述的保温水箱安装在支架的顶部，框架斜设在支架上，太阳能电池组件安装在框架上，其特征在于：所述的框架的内部设有蓄电池，所述的保温水箱的热水进水口与框架的上端一侧面开设的的热水出水口通过水循环管道连通，所述的保温水箱的冷水出水口与框架的下端一侧面开设的冷水进水口通过水循环管道连通。
2.根据权利要求1所述的一种新型高效太阳能光伏热水器，其特征在于：所述的框架是由上层为透明玻璃、侧面及底部为金属外壳构成的箱体，框架的底部由下而上依次设有保温材料、铜质水管、金属导热板、太阳能电池组件。
3.根据权利要求1所述的一种新型高效太阳能光伏热水器，其特征在于：所述的太阳能电池组件包括太阳能电池板，所述的太阳能电池板按一定角度串联组成折扇面结构，所述的太阳能电池板的背面通过导热胶连接在金属导热板上，金属导热板的另一面为光滑的平面，所述的金属导热板为V型板，金属导热板的下方设有铜质水管，金属导热板与铜质水管之间为空气层，所述的铜质水管的外表面为粗糙表面，内表面光滑，铜质水管下粘接A级防火保温材料。
4.根据权利要求1所述的一种新型高效太阳能光伏热水器，其特征在于：优选地，所述的太阳能电池板及金属导热板与保温材料之间的夹角范围为15-60度。
5.根据权利要求1所述的一种新型高效太阳能光伏热水器，其特征在于：优选地，所述的太阳能电池板及金属导热板与保温材料之间的最佳角度为30度。
6.根据权利要求1所述的一种新型高效太阳能光伏热水器，其特征在于：软管将铜质水管的上端热水出水口并联，并通过水循环导管与保温水箱的上水口连接；软管将铜质水管的下端并联，并通过水循环导管与保温水箱的下水口连接。
7.根据权利要求1所述的一种新型高效太阳能光伏热水器，其特征在于：金属导热板连接接线盒，接线盒引出正负极接线端子，正负极接线端子连接蓄电池或电容器。
8.根据权利要求1所述的一种新型高效太阳能光伏热水器，其特征在于：所述的保温水箱的顶部一端设有热水进水口，所述的保温水箱的底部中端设有冷水出水口，所述的保温水箱底部一端设有双向进水口。
9.根据权利要求1所述的一种新型高效太阳能光伏热水器，其特征在于：保温水箱与太阳能电池组件连体连体设计，保温水箱所处空间位置高于铜质水管上端并联的热水出水口。
10.根据权利要求1所述的一种新型高效太阳能光伏热水器，其特征在于：保温水箱与太阳能电池组件分体设计，保温水箱所处空间位置高于铜质水管上端并联的热水出水口。
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