CN105910155A - 全天候的太阳能供热系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全天候的太阳能供热系统及使用方法，其中，聚光集热器(1)的传热介质出口分别通过第一调节阀(5)、第二调节阀(6)经管道连接至储能系统(2)、供热系统(3)。储能系统(2)包括储能罐(201)，储能罐(201)上设置有储能罐进口(202)、储能罐出口(203)；储能罐(201)内填充有能量球(203)；其中，所述能量球(203)包括钢制球体外壳，钢制球体外壳内填充有熔融盐。本发明在白天吸收太阳能升温，多余的太阳热能可以储存于储能系统中，从而达到以太阳能利用为主、加热系统为辅的全天候供热模式。

Description

全天候的太阳能供热系统及使用方法

技术领域

本发明涉及新能源综合利用领域，具体地，涉及全天候的太阳能供热系统及使用方法。

背景技术

随着全球变暖和化石能源枯竭等环境问题的加重，提高能源利用效率、改变能源结构对我国而言非常重要。国家在“十三五”发展规划纲要中明确指出：加快发展风能、太阳能、生物质能、水能、地热能，安全高效发展核电；加强储能和智能电网建设，发展分布式能源，推行节能低碳电力调度。

目前对太阳热能的利用可以产生热水、蒸汽、冷量或电，但由于受到太阳光照强度及光照时间的限制，大部分系统装置无法实现全天候的能源供应，如何解决这一技术瓶颈，将是如何更好地利用太阳能的关键。

经检索，发现如下相关检索结果。

申请(专利)号：CN201320325560.5名称：太阳光热水循环系统

摘要：该专利文献公开了一种太阳光热水循环系统，包括：一外框，包括上、下端敞口；聚光透镜，组设定位于上端敞口处；一可分拆式导水板组，组设定位于下端敞口处，包括：一下板，其二间隔位置处设有进、出水口；一上板，为具有导热性的金属板片体，上板呈组合于下板上方且与聚光透镜呈上下间隔配置关系；一导水空间，位于下、上板之间，且与进、出水口相连通；组合定位件，系藉以令上、下板的迭置组合状态定位；一隔热空间，设于外框内部，隔热空间为封闭状态而能阻隔空气流动；一底部封板，组设于可分拆式导水板组的下板底部。

技术要点比较：

该专利文献主要阐述一种平板集热设备，只是在有光照时才能工作。而本发明不仅有集热系统，还有储能系统和热媒油发生装置，可实现供热的孤岛运行。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种全天候的太阳能供热系统及使用方法。

根据本发明提供的一种全天候的太阳能供热系统，包括聚光集热器、储能系统、供热系统；

聚光集热器的传热介质出口分别通过第一调节阀、第二调节阀经管道连接至储能系统、供热系统。

优选地，聚光集热器包括反射镜、集热管以及集热器支架；

反射镜、集热管安装于集热器支架上；

反射镜的镜面为弧面。

优选地，集热管沿着反射镜的镜面所在圆柱面的圆柱中心线延伸。

优选地，还包括定日跟踪系统，聚光集热器的反射镜安装在定日跟踪系统上；反射镜的镜面是对应圆心角为120度的弧面。

优选地，储能系统包括储能罐，储能罐上设置有储能罐进口、储能罐出口；储能罐内填充有能量球；其中，所述能量球包括钢制球体外壳，钢制球体外壳内填充有熔融盐。

优选地，聚光集热器的传热介质出口通过第一循环泵经管道连接至聚光集热器的传热介质回流入口；

第一调节阀的出口经管道连接至储能系统的储能罐进口；

第二调节阀的出口经管道连接至供热系统的换热器的热流路通道入口；

储能系统的储能罐出口、供热系统的换热器的热流路通道出口分别通过第二循环泵经管道连接至聚光集热器的传热介质回流入口。

优选地，还包括第一切断阀、第二切断阀、第三切断阀；

第一切断阀连接在储能系统的储能罐出口与供热系统的换热器的热流路通道出口之间；

第二切断阀连接在储能系统的储能罐出口与第二循环泵的出口之间；

第三切断阀连接在第二循环泵的出口与聚光集热器的传热介质回流入口之间。

优选地，还包括加热系统、第四切断阀；

加热系统的传热介质出口分别通过第一调节阀、第二调节阀经管道连接至储能系统的储能罐入口、供热系统的换热器的热流路通道入口；

第二循环泵的出口通过第四切断阀经管道连接至加热系统的传热介质回流入口。

根据本发明提供的一种上述的全天候的太阳能供热系统的使用方法，包括：

-令第一调节阀、第二调节阀、第一切断阀、第二切断阀、第三切断阀、第二循环泵关闭；开启第一循环泵，使传热介质通过聚光集热器吸收太阳能升温至第一阈值；

-令第一循环泵、第一调节阀、第一切断阀、第二切断阀关闭；打开第二调节阀、第二循环泵、第三切断阀；

-令第一循环泵、第二调节阀、第二切断阀关闭；打开第一调节阀、第一切断阀、第二循环泵、第三切断阀；从而进行储能系统的储能；

-令第一循环泵、第二调节阀、第二切断阀关闭；打开第一调节阀、第一切断阀、第二循环泵、第三切断阀；从而进行储能系统的放热。

优选地，包括：

令第一循环泵、第一调节阀、第一切断阀、第二切断阀、第三切断阀关闭；打开第二调节阀、第二循环泵、第四切断阀、加热系统。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明在白天可开启第一循环泵，使传热介质通过聚光集热器吸收太阳能升温。

2、本发明在满足供热系统能量的同时，多余的太阳热能可以储存于储能系统中。

3、本发明在夜间，优先利用储能系统中所储存的热量，在储能系统所存储热能不足的情况下，可以启动加热系统(利用电、燃气或燃油加热)加热传热介质(例如媒油)，从而达到以太阳能利用为主、加热系统为辅的全天候供热模式。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中太阳聚光集热器的结构示意图。

图3为本发明中储能系统的结构示意图。

图中：

1-聚光集热器

2-储能系统

201-储能罐

202-储能罐入口

203-储能罐出口

204-能量球

205-整流板

3-供热系统

4-第三切断阀

5-第一调节阀

6-第二调节阀

7-第一切断阀

8-反射镜

9-集热管

10-集热器支架

11-第一循环泵

12-第二循环泵

13-第二切断阀

14-第四切断阀

15-加热系统

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种全天候的太阳能供热系统，包括聚光集热器1、储能系统2、供热系统3、第一切断阀7、第二切断阀13、第三切断阀4、加热系统15、第四切断阀14；聚光集热器1的传热介质出口分别通过第一调节阀5、第二调节阀6经管道连接至储能系统2、供热系统3。供热系统3包括暖气系统或者暖水系统。

聚光集热器1的传热介质出口通过第一循环泵11经管道连接至聚光集热器1的传热介质回流入口；第一调节阀5的出口经管道连接至储能系统2的储能罐进口202；第二调节阀6的出口经管道连接至供热系统3的换热器的热流路通道入口；储能系统2的储能罐出口203、供热系统3的换热器的热流路通道出口分别通过第二循环泵12经管道连接至聚光集热器1的传热介质回流入口。

第一切断阀7连接在储能系统2的储能罐出口203与供热系统3的换热器的热流路通道出口之间；第二切断阀13连接在储能系统2的储能罐出口203与第二循环泵12的出口之间；第三切断阀4连接在第二循环泵12的出口与聚光集热器1的传热介质回流入口之间。

加热系统15的传热介质出口分别通过第一调节阀5、第二调节阀6经管道连接至储能系统2的储能罐入口202、供热系统3的换热器的热流路通道入口；第二循环泵12的出口通过第四切断阀14经管道连接至加热系统15的传热介质回流入口。具体地，

根据用户所在地域供能的条件，选择合适的能源品种，天然气、燃油或电均可以作为加热系统15的热源，在聚光集热器1无法工作及储能系统2储能耗尽时，及时启动加热系统15，给用户提供源源不断的热能。

如图2所示，聚光集热器1包括反射镜8、集热管9、集热器支架10；反射镜8、集热管9安装于集热器支架10；反射镜8的镜面为弧面。集热管9沿着反射镜8的镜面所在圆柱面的圆柱中心线延伸。反射镜8的镜面是对应圆心角为120度的弧面。还包括定日跟踪系统，聚光集热器1的反射镜8安装在定日跟踪系统上。其中，本领域技术人员理解，柱面是直线沿着一条定曲线平行移动所形成的曲面，圆柱面是直线沿着圆平行移动所形成的曲面，弧面是直线沿着一条弧平行移动所形成的曲面。

具体地，聚光集热器1中的传热介质为介质媒油，利用聚光集热器1能够将介质媒油加热至200℃～300℃。反射镜8的镜面采用弧面形状，相比采用抛物面镜面的槽式和平板式集热系统，光照强度可提升70～80％，整体集热效率提高20％以上；聚光率可达27倍，聚热温度高达300℃以上；其特点是体积小、成本低廉、安装简便；在相同集热功率情况下，价格比槽式至少低30％以上。本发明的应用中可自动判断阴晴天，通过检测太阳辐照值如果大于设定值，定日跟踪系统起动，通过进行轴向和径向的转动，使聚光集热器1始终对着太阳。当太阳辐照值如果小于设定值时或检测聚光集热器1中的介质媒油温度大于设定温度时，反射镜偏转，聚光集热器1停止工作。

如图3所示，储能系统2包括储能罐201，储能罐201上设置有储能罐进口202、储能罐出口203；储能罐201内填充有能量球204；其中，所述能量球204包括钢制球体外壳，钢制球体外壳内填充有熔融盐。储能系统2为中低温熔融盐储热系统，可满足无光照条件下供暖16小时的需求，其特点主要有：200～300℃低温储热，安全性高；储热、放热在同一储能罐中进行，系统简化；熔融盐在吸、放热过程中，无需高温熔熔盐泵，也无需外部加热系统；该储能系统的平均储能温度为250℃，利用相变热，储热密度大；储能核心部件方便更换，存储的热量分布均匀。

根据本发明提供的一种上述的全天候的太阳能供热系统的使用方法，包括：

-令第一调节阀5、第二调节阀6、第一切断阀7、第二切断阀13、第三切断阀4、第二循环泵12关闭；开启第一循环泵11，使传热介质通过聚光集热器1吸收太阳能升温至第一阈值；

-令第一循环泵11、第一调节阀5、第一切断阀7、第二切断阀13关闭；打开第二调节阀6、第二循环泵12、第三切断阀4；从而对供热系统3提供热能；

-令第一循环泵11、第二调节阀6、第二切断阀13关闭；打开第一调节阀5、第一切断阀7、第二循环泵12、第三切断阀4；从而进行储能系统2的储能；

-令第一循环泵11、第二调节阀6、第二切断阀13关闭；打开第一调节阀5、第一切断阀7、第二循环泵12、第三切断阀4；从而进行储能系统2的放热；

令第一循环泵11、第一调节阀5、第一切断阀7、第二切断阀13、第三切断阀4关闭；打开第二调节阀6、第二循环泵12、第四切断阀14、加热系统15；从而对供热系统提供热能。

在应用中，本发明运行模式为：白天聚光集热器1吸收太阳热量，将介质媒油加热至200℃～300℃。热媒油通过并联管道系统进入供热系统3进行集中供热；多余的热媒油通过储能系统2将热量存储起来，经过汇总后的低温媒油经第二循环泵12打回聚光集热器1继续吸热，依此流程实现闭路循环。晚上或无光照时，通过管道上阀门的切换，将储能系统2中的热量释放出来，在不足的情况下，起动加热系统15，给用户提供源源为断的热能。本发明可代替燃煤锅炉集中供热，减少SO₂、NO_X及粉尘的排放，为减轻雾霾现象做出贡献

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种全天候的太阳能供热系统，其特征在于，包括聚光集热器(1)、储能系统(2)、供热系统(3)；

聚光集热器(1)的传热介质出口分别通过第一调节阀(5)、第二调节阀(6)经管道连接至储能系统(2)、供热系统(3)。

2.根据权利要求1所述的全天候的太阳能供热系统，其特征在于，聚光集热器(1)包括反射镜(8)、集热管(9)以及集热器支架(10)；

反射镜(8)、集热管(9)安装于集热器支架(10)上；

反射镜(8)的镜面为弧面。

3.根据权利要求2所述的全天候的太阳能供热系统，其特征在于，集热管(9)沿着反射镜(8)的镜面所在圆柱面的圆柱中心线延伸。

4.根据权利要求2所述的全天候的太阳能供热系统，其特征在于，还包括定日跟踪系统，聚光集热器(1)的反射镜(8)安装在定日跟踪系统上；反射镜(8)的镜面是对应圆心角为120度的弧面。

5.根据权利要求1所述的全天候的太阳能供热系统，其特征在于，储能系统(2)包括储能罐(201)，储能罐(201)上设置有储能罐进口(202)、储能罐出口(203)；储能罐(201)内填充有能量球(204)；其中，所述能量球(204)包括钢制球体外壳，钢制球体外壳内填充有熔融盐。

6.根据权利要求5所述的全天候的太阳能供热系统，其特征在于，聚光集热器(1)的传热介质出口通过第一循环泵(11)经管道连接至聚光集热器(1)的传热介质回流入口；

第一调节阀(5)的出口经管道连接至储能系统(2)的储能罐进口(202)；

第二调节阀(6)的出口经管道连接至供热系统(3)的换热器的热流路通道入口；

储能系统(2)的储能罐出口(203)、供热系统(3)的换热器的热流路通道出口分别通过第二循环泵(12)经管道连接至聚光集热器(1)的传热介质回流入口。

7.根据权利要求6所述的全天候的太阳能供热系统，其特征在于，还包括第一切断阀(7)、第二切断阀(13)、第三切断阀(4)；

第一切断阀(7)连接在储能系统(2)的储能罐出口(203)与供热系统(3)的换热器的热流路通道出口之间；

第二切断阀(13)连接在储能系统(2)的储能罐出口(203)与第二循环泵(12)的出口之间；

第三切断阀(4)连接在第二循环泵(12)的出口与聚光集热器(1)的传热介质回流入口之间。

8.根据权利要求7所述的全天候的太阳能供热系统，其特征在于，还包括加热系统(15)、第四切断阀(14)；

加热系统(15)的传热介质出口分别通过第一调节阀(5)、第二调节阀(6)经管道连接至储能系统(2)的储能罐入口(202)、供热系统(3)的换热器的热流路通道入口；

第二循环泵(12)的出口通过第四切断阀(14)经管道连接至加热系统(15)的传热介质回流入口。

9.一种权利要求7或8所述的全天候的太阳能供热系统的使用方法，其特征在于，包括：

-令第一调节阀(5)、第二调节阀(6)、第一切断阀(7)、第二切断阀(13)、第三切断阀(4)、第二循环泵(12)关闭；开启第一循环泵(11)，使传热介质通过聚光集热器(1)吸收太阳能升温至第一阈值；

-令第一循环泵(11)、第一调节阀(5)、第一切断阀(7)、第二切断阀(13)关闭；打开第二调节阀(6)、第二循环泵(12)、第三切断阀(4)；

-令第一循环泵(11)、第二调节阀(6)、第二切断阀(13)关闭；打开第一调节阀(5)、第一切断阀(7)、第二循环泵(12)、第三切断阀(4)；从而进行储能系统(2)的储能；

-令第一循环泵(11)、第二调节阀(6)、第二切断阀(13)关闭；打开第一调节阀(5)、第一切断阀(7)、第二循环泵(12)、第三切断阀(4)；从而进行储能系统(2)的放热。

10.根据权利要求9所述的全天候的太阳能供热系统的使用方法，其特征在于，包括：

令第一循环泵(11)、第一调节阀(5)、第一切断阀(7)、第二切断阀(13)、第三切断阀(4)关闭；打开第二调节阀(6)、第二循环泵(12)、第四切断阀(14)、加热系统(15)。