CN105823230A - 太阳能聚热发电自动跟踪控制超导热水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能聚热发电自动跟踪控制超导热水系统，共包括四个系统：光电跟踪控制系统、光伏发电离并网控制系统、热交换系统和温度控制系统。本发明利用自动跟踪太阳控制系统，把太阳光聚热、太阳能发电相结合，发明了一种太阳光聚热、光伏发电加热产生热水的系统，同时光伏发电的余电可以并入国家电网，提高太阳能利用率，并且在阴雨天无阳光的情况下热水系统可以从家用电源取电加热水箱中的水。本发明是由超导液将聚热的热量直接带走，超导液零下40℃不会结冰，没有设备冻结的隐患。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能综合利用领域，具体为一种通过自动跟踪太阳聚热，光伏发电加热，超导换热为一体产生热水的自动控制系统。
背景技术
太阳是天然的核反应堆，作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而由于太阳光直射角度与光照强度会随着时间而变化，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。目前很多太阳能热水产品基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，效率低下，也无法把多余太阳能转换为电能储存，阴雨天时，传统太阳能热水器不热，冬天零下十几度，普通的太阳能热水器无法正常使用或使用中水管容易发生结冰冻裂的情况等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种太阳能聚热发电自动跟踪控制超导热水系统，共包括四个系统：光电跟踪控制系统、光伏发电离并网控制系统、热交换系统和温度控制系统。本发明需在各个控制系统的配合下才能正常运行。
光电跟踪控制系统包括，光电传感器，太阳能聚热发电器，太阳能聚热发电器阵列，支架平台，支架，步进电机B，支撑轮，支撑轮轨道，底座，驱动齿轮A，步进电机A，驱动齿轮B，支撑轴，微电脑控制箱和箱体。光电传感器固定在支架平台表面，太阳能聚热发电器平铺在光伏板支架平台上形成太阳能聚热发电器阵列，支架支撑支架平台，驱动齿轮A固定于支架上，支撑轴固定在底座上且与驱动齿轮B相连，支撑轮与箱体连接并固定在圆形支撑轮轨道上，微电脑控制箱与支撑轮轨道固定在底座上，底座用混凝土固定于地面。光电传感器感受光线，反馈信息到微电脑控制箱，使电脑控制程序进入光电检测跟踪模式，光电检测跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离支架平台法线，当太阳光线偏离法线时，光电传感器发出偏差信号，使跟踪装置重新对准太阳，光电检测跟踪能让太阳能聚热发电器阵列随时正对太阳。太阳能聚热发电器阵列调整位置正对太阳是在微电脑控制箱的控制下通过步进电机A带动驱动齿轮A调节支架上的太阳能聚热发电器阵列实现纵向跟踪太阳，通过步进电机B带动驱动齿轮B调节箱体上连接的支撑轮在支撑轮轨道上实现横向跟踪太阳，通过横向跟踪和纵向跟踪的结合，可使太阳光垂直照射在太阳能聚热发电器阵列上。
组成太阳能聚热发电器阵列的太阳能聚热发电器包括，光伏板，集热器，凹聚光镜，聚焦点，光伏板接线盒，铝合金外壳，超导液太阳能聚热发电器出口，超导液温度传感器和超导液太阳能聚热发电器入口。光伏板是正方形板，光伏板中空部分为空心圆，光伏板吸收太阳光将太阳能转化为直流电从光伏板接线盒接线，线路连接到温度控制系统的直流加热棒上，光伏板与锅型的铝合金外壳无缝密闭连接，铝合金外壳包裹的“锅内层”为凹聚光镜，凹聚光镜能把太阳光聚焦在集热器上部的聚焦点上，加热聚焦点，使聚焦点的温度急剧升高，集热器为柱形，内部有超导液，集热器下端通有超导液太阳能聚热发电器入口与超导液太阳能聚热发电器出口，超导液由超导液太阳能聚热发电器入口进入从超导液太阳能聚热发电器出口流出带走聚焦点上的热量。集热器底部中心装有超导液温度传感器，超导液温度传感器可以测出集热器中的超导液温度，超导液有一定的启动温度，只需35℃即可开始传温，它的热量传递速度是水的数倍以上，大大提高了传热效率。
光伏发电离并网发电控制系统的功能主要是，把太阳能光伏发的电充入蓄电池中，蓄电池充满后，在微电脑控制箱的控制下蓄电池自动停止充电。当外界电网短时间停电时，蓄电池可以为整个系统供电，确保各个系统正常运行。当外界电网来电时，微电脑控制箱自动转换变为由电网供电，余电通过交流逆变器并入国家电网。
热交换系统包括超导液循环和水循环，当超导液温度传感器测出的超导液温度达到50℃时，微电脑控制箱才会启动超导液循环和水循环，低于50℃时超导液循环泵和水循环泵都不运转。超导液循环通过超导液循环泵提供动力，从集热器流出的超导液被加热后由超导液换热器入口进入换热器，从超导液换热器出口流出换热器再流向聚焦点，形成超导液循环。水循环通过水循环泵提供动力，从保温水箱流出的水由入水口进入换热器，从出水口流出换热器，交换热量后，热水重新回到保温水箱形成水循环。
温度控制系统中通过水箱温度传感器检测保温水箱的温度，并显示在微电脑控制箱的屏幕上，通过微电脑控制箱可以设定温度，当保温水箱实际温度小于设定温度，光电传感器检测是晴天时，光电跟踪控制系统正常运行，自动跟踪太阳，同时热交换系统正常运行加热保温水箱，光伏板通过光伏板接线盒连接直流加热棒直接加热保温水箱，直到保温水箱实际温度达到设定温度后，微电脑控制箱会控制光电跟踪控制系统停止跟踪太阳，微电脑控制箱控制继电器A停止直流加热棒加热，光伏板发的余电通过交流逆变器并入国家电网；当光电传感器检测是阴天时，光电跟踪控制系统不工作，微电脑控制箱控制继电器B启动交流加热棒从国家电网取电加热保温水箱内的水。光伏板接线盒通过电缆与微电脑控制箱、继电器A、直流加热棒连接；交流加热棒通过电缆与微电脑控制箱、继电器B连接家用电源。
图1为光电跟踪控制装置的结构示意图
图2为太阳能聚热发电器的正视图
图3为太阳能聚热发电器的俯视图
图4为太阳能聚热发电自动跟踪控制超导热水系统运行时的流程图
图5为换热器和保温水箱的结构示意图
1、光电传感器，2、太阳能聚热发电器，3、支架平台，4、支架，5、步进电机B，6、支撑轮，7、支撑轮轨道，8、底座，9、驱动齿轮A，10、步进电机A，11、驱动齿轮B，12、支撑轴，13、微电脑控制箱，14、箱体，15、光伏板，16、集热器，17、凹聚光镜，18、聚焦点，19、光伏板接线盒，20、铝合金外壳，21、超导液太阳能聚热发电器出口，22、超导液温度传感器，23、超导液太阳能聚热发电器入口，24、超导液循环泵，25、超导液换热器出口，26、入水口，27、水循环泵，28、保温水箱，29、超导液换热器入口，30、换热器，31、出水口，32、水箱温度传感器，33、交流加热棒，34、继电器B，35、直流加热棒，36、继电器A37、蓄电池，38、太阳能聚热发电器阵列
具体实施方式为，一种太阳能聚热发电自动跟踪控制超导热水系统，通过微电脑控制箱13控制光电跟踪控制系统、光伏发电离并网控制系统、热交换系统和温度控制系统的运行。太阳能聚热发电器2由光伏板15和集热器16组成，多个太阳能聚热发电器2组成太阳能聚热发电器阵列38，安装在支架平台3上，通过太阳自动跟踪系统自动定位跟踪太阳，使集热器16的聚焦点18始终保持不变。光伏板15是边长为2m的正方形，光伏板15中空部分为直径为1m的空心圆，光伏板15下端连接光伏板接线盒19，光伏板15吸收太阳光将太阳能转化为直流电从光伏板接线盒19接线，铝合金外壳20为锅型，上方边缘直径为1m，光伏板15与铝合金外壳20无缝密闭连接，铝合金外壳20包裹的“锅内层”为凹聚光镜17，凹聚光镜17能把太阳光聚焦在集热器16上部的聚焦点18上，加热聚焦点18，使聚焦点18的温度急剧升高，集热器16为柱形，固定在铝合金外壳20下端，内部有超导液，超导液由超导液太阳能聚热发电器入口23进入从超导液太阳能聚热发电器出口21流出带走聚焦点18上的热量。
光伏发电离并网发电控制系统的功能主要是，把光伏板15发的电充入蓄电池37中，蓄电池37充满后，在微电脑控制箱13的控制下蓄电池37自动停止充电。当外界电网短时间停电时，蓄电池37可以为整个系统供电，确保各个系统正常运行。当外界电网来电时，微电脑控制箱13自动转换变为由电网供电，余电通过交流逆变器并入国家电网。
热交换系统包括超导液循环和水循环，超导液循环通过超导液循环泵24提供动力，从集热器16流出的超导液被加热后由超导液换热器入口29进入换热器30，从超导液换热器出口25流出换热器30再流向聚焦点18，形成超导液循环。水循环通过水循环泵27提供动力，从保温水箱28流出的水由入水口26进入换热器30，从出水口31流出换热器30，交换热量后，热水重新回到保温水箱28形成水循环。光伏板接线盒19通过电缆与微电脑控制箱13、继电器A36、直流加热棒35连接；交流加热棒33通过电缆与微电脑控制箱13、继电器B34连接家用电源。
微电脑控制箱13可以设定温度，当保温水箱实际温度小于设定温度，光电传感器检测是晴天时，光电跟踪控制系统正常运行，太阳能聚热发电器阵列38自动跟踪太阳，同时热交换系统正常运行加热保温水箱28，光伏板15通过光伏板接线盒19连接直流加热棒35直接加热保温水箱28，直到保温水箱28实际温度达到设定温度后，微电脑控制箱13会控制光电跟踪控制系统停止跟踪太阳，微电脑控制箱13控制继电器A36停止直流加热棒35加热，光伏板15发的余电通过交流逆变器并入国家电网；当光电传感器1检测是阴天时，光电跟踪控制系统不工作，微电脑控制箱13控制继电器B34启动交流加热棒33从国家电网取电加热保温水箱28内的水。
本发明利用自动跟踪太阳控制系统，把太阳光聚热和太阳能发电合二为一，发明了一种太阳光聚热与光伏发电聚热同时加热产生热水的系统，同时光伏发电的余电可以并入国家电网，提高太阳能利用率，并且在阴雨天无阳光的情况下热水系统可以从家用电源取电加热保温水箱28的水。本发明是由超导液将聚热的热量直接带走，超导液零下40℃不会结冰，排除设备冻结的隐患。
Claims (2)
1.一种太阳能聚热发电自动跟踪控制超导热水系统，其特征在于，通过微电脑控制箱控制光电跟踪控制系统、光伏发电离并网控制系统、热交换系统和温度控制系统的运行，太阳能聚热发电器组成太阳能聚热发电器阵列，通过太阳自动跟踪系统自动定位跟踪太阳，使集热器的聚焦点始终保持不变，集热器为柱形，内部有超导液，超导液温度传感器可测出超导液温度，当超导液温度传感器测出的超导液温度达到50℃时，微电脑控制箱才会启动超导液循环和水循环，低于50℃时超导液循环泵和水循环泵都不运转，超导液由超导液太阳能聚热发电器入口进入集热器，从超导液太阳能聚热发电器出口流出带走聚焦点上的热量，光伏板吸收太阳光将太阳能转化为直流电能从光伏板接线盒接线，超导液循环通过超导液循环泵提供动力，从集热器流出的超导液被加热后由超导液换热器入口进入换热器，从超导液换热器出口流出换热器再流向聚焦点，形成超导液循环，水循环通过水循环泵提供动力，从保温水箱流出的水由入水口进入换热器，从出水口流出换热器，交换热量后，热水重新回到保温水箱形成水循环，微电脑控制箱可以设定温度，当保温水箱实际温度小于设定温度时，光电传感器检测是晴天时，光电跟踪控制系统正常运行，太阳能聚热发电器阵列自动跟踪太阳，同时热交换系统正常运行加热保温水箱，光伏板通过光伏板接线盒连接直流加热棒直接加热保温水箱，直到保温水箱实际温度达到设定温度后，微电脑控制箱会控制光电跟踪控制系统停止跟踪太阳，微电脑控制箱控制继电器A停止直流加热棒加热，光伏板发的余电通过交流逆变器并入国家电网；当光电传感器检测是阴天时，光电跟踪控制系统不工作，微电脑控制箱控制继电器B启动交流加热棒从国家电网取电加热保温水箱内的水，直至到达设定温度。
2.根据权利要求1所述的太阳能聚热发电自动跟踪控制超导热水系统，其特征在于，所述太阳能聚热发电器安装在太阳自动跟踪控制支架平台上，所述太阳能聚热发电器包括边长为2m的正方形的光伏板，光伏板下端连接光伏板光伏板接线盒，光伏板中空部分为直径为1m的空心圆，铝合金外壳为锅型，上方边缘直径为1m，光伏板与铝合金外壳无缝密闭连接，铝合金外壳包裹的为凹聚光镜，集热器为柱形，固定在铝合金外壳下端，集热器内部有超导液，集热器下端通有超导液太阳能聚热发电器入口与超导液太阳能聚热发电器出口，集热器底部中心装有超导液温度传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160803 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |