CN106091439A - 一种集成化家用太阳能系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成化家用太阳能系统及方法，其技术方案为，包括房屋主体，及设置在房顶的太阳能热水器与太阳能发电系统，所述太阳能发电系统包括依次连接的太阳能光伏板、太阳能充放电控制器、蓄电池组、逆变器、直流负载和交流负载，其特征在于，还包括用于支撑所述太阳能光伏板的支架与光伏板牵引机构。本发明的有益效果为：设计合理，结构简单，通过可调节位置的太阳能光伏板，对太阳能进行更为合理的分配和利用，使太阳能发电系统和太阳能热水器位于同一空间而不影响二者的原有功能；此外避免了太阳能热水器因为水温过高造成的内部设备老化加速的问题。

Description

一种集成化家用太阳能系统与方法
技术领域
本发明属于新能源应用技术领域，具体涉及一种集成化家用太阳能系统与方法。
背景技术
随着新能源技术的兴起，尤其是对太阳能的运用越来越广泛，特别是农村建筑，因为光照充足，所以太阳能热水器及太阳能发电等技术得到了很好的推广，太阳能光伏板作为太阳能发电的必备部件是不可缺少的，可是传统的太阳能光伏板占据面积较大，而因为农村生活及生产习惯问题，经常需要在房顶上晾晒收割的农作物，此外，太阳能热水器本身也给生活带来很大的便利条件，可是太阳能发电及太阳能热水器使得本身就不宽阔的屋顶空间变的非常紧张。然而因为农村光照极为充足，太阳能热水器内的水温往往接近或者达到沸点，但是因为热水器本身管路等问题，热水器内的水是不能饮用的，通常只能用来做清洁用水，而清洁用水实际上46度的温度已经足够一般人们使用，也是一种能量的变相浪费。
发明内容
为解决上述已有技术的不足，本发明的目的是提供一种集成化家用太阳能系统与方法。
本发明的发明思路表现为：通过主控制器掌握太阳能热水器的温度，通过光伏板牵引机构控制太阳能光伏板的位置，使太阳能充电系统和太阳能热水器共用同一空间。
一种集成化家用太阳能系统，包括房屋主体，及设置在房顶的太阳能热水器与太阳能发电系统，所述太阳能发电系统包括依次连接的太阳能光伏板、太阳能充放电控制器、蓄电池组、逆变器、直流负载和交流负载，还包括用于支撑所述太阳能光伏板的支架与光伏板牵引机构；其中太阳能热水器与太阳能发电系统其具体的连接和工作方式为现有技术，不在此赘述。
所述支架包括与房顶固定连接的若干竖直杆，所述竖直杆的底端与房屋顶部固定连接，所述竖直杆顶端设置水平杆作为支撑框架，所述支架还包括与所述水平杆相连，与所述太阳能光伏板平行的若干斜向支撑杆，所述支撑杆外侧设置有供所述太阳能光伏板上下移动的滑轨；
所述太阳能光伏板上端与所述光伏板牵引机构固定连接；
所述太阳能热水器、太阳能发电系统、光伏板牵引机构均与主控制器连接，构成控制回路。
优选为，所述太阳能光伏板底部与所述支撑杆对应设置有支杆，所述支杆底部上端设置有滚轮，所述滑轨为在所述支撑杆上开设的“凸”字形滑槽，所述滚轮包括滚轮本体与滚轮支架，所述滚轮本体与所述“凸”字形滑槽下部较宽的部分贴合，所述滚轮支架与所述“凸”字形滑槽上部较窄的部分贴合。
优选为，所述光伏板牵引机构包括气囊与气泵，所述气囊为若干条状气囊组合而成，包括与所述横杆固定连接的横向气囊，及设置在所述支撑杆上侧的牵引气囊，所述牵引气囊一端与所述横向气囊固定连接且二者内部连通，另一端与所述太阳能光伏板固定连接且此端为封闭端，所述横向气囊两端封闭，中部一侧通过连接管与所述气泵连接，所述气泵采用具有充气、保压及抽气功能气泵，所述连接管上设置电磁阀。采用气囊作为牵引机构，比传统方式使用钢丝绳和卷扬机的好处在于气囊结构本身很简单，不需要滑轮等装置，比之钢丝绳和卷扬机配合的方式更不容易出现设备磨损，另外因为装置是露天设置的，外加农村房顶经常晾晒各种鼓舞，所以经常会有枯叶、枯枝、飘飞的谷物外皮等杂物掉落，使用气囊作为牵引机构，不会因这些杂物而导致工作状态不良。
优选为，所述光伏板牵引机构还包括电动收线器，所述太阳能光伏板的电线缠绕在所述电动收线器上。
优选为，所述支杆上端设置有滚轮，下端设置有定位装置，所述定位装置由两个侧板与中间的横板组成 “H”型，上部凹槽的内表面与所述支杆的外表面固定连接，下部凹槽分为两部分，上部为定位部分，下部为开口部分，所述定位部分的内表面与所述支撑杆的外表面相贴合，下部的开口部分，其纵切面为等腰梯形，该梯形底边略大于所述支撑杆两侧边的间距，顶边等于所述支撑杆两侧边的间距。
优选为，所述定位装置的两个所述侧板底部为弧型。
优选为，所述支杆除所述滚轮与所述定位装置之外的中间部分设置若干滚轴。
优选为，所述支撑杆分为两部分，上部分为与所述太阳能光伏板平行的倾斜部分，所述倾斜部分一端与所述水平杆连接，另一端延伸至所述房顶的边缘处，所述支撑杆的下部为竖直部分，所述竖直部分为一段竖直杆，竖直杆与墙面平行且固定连接，所述竖直部分下端封闭，上端与所述倾斜部分的端部连接。
优选为，所述气囊包括外层与内胆，所述外层的内部为空腔，所述内胆与所述连接管连通，所述内胆为弹性材料制成，所述外层为纤维织物，所述牵引气囊的外层中设置有软金属丝的骨架。
优选为，所述太阳能热水器内设置有温度传感器，所述温度传感器与所述主控制器数据连接，将所述太阳能热水器内的水温数据传输给所述主控制器，所述主控制器与所述气泵、电磁阀、电动收线器连接，构成控制回路，所述主控制器还与外部温度传感器。所述主控制器内设有时钟模块。
所述光伏板牵引机构使用市电作为供电来源。
一种集成化家用太阳能方法，太阳能热水器与太阳能发电系统安装在同一屋顶空间，首先由主控制器每天早上点对当前太阳能热水器内的水温进行判定，当水温低于等于预设温度时，主控制器控制气泵开启充气环节，向光伏板牵引机构的气囊中充气，气囊膨胀的过程中，光伏板被气囊推至房屋侧面；当太阳能热水器内的水温大于预设温度时，主控制器控制气泵开启抽气环节，将光伏板牵引机构的气囊中的空气抽走，气囊收缩，带动太阳能光伏板沿支架上移，太阳能光伏板回位到屋顶上方。
当外界温度传感器感应温度为零下时，主控制器对太阳能热水器内的水温判定提高5摄氏度。
太阳能热水器内的水温预设温度为47度。
本发明使用时，太阳能热水器内的温度传感器将温度数据传递给主控制器，主控制器判定水温低于等于预设值后，启动光伏板牵引机构的气泵的充气功能，气泵向气囊中开始充气，气囊膨胀的力量推动光伏板，光伏板沿着滑轨向下移动至房屋侧面，脱离屋顶区域使太阳能热水器完全暴露在阳光下；当主控制器判定水温高于预设值后，启动光伏板牵引机构的气泵的抽气功能，气泵开始由气囊中向外抽气，气囊收缩的力量带动光伏板上移至屋顶区域，则太阳能发电机构处于比较良好的光照环境中。
通过试验，本发明的有益效果是，设计合理，结构简单，通过可调节位置的太阳能光伏板，对太阳能进行更为合理的分配和利用，使太阳能发电系统和太阳能热水器位于同一空间而不影响二者的原有功能；此外避免了太阳能热水器因为水温过高造成的内部设备老化加速的问题。
附图说明
图1 为本发明实施例的太阳能光伏板位于屋顶状态示意图。
图2为本发明实施例的太阳能光伏板位于屋顶一侧状态示意图。
图3为本发明实施例的太阳能光伏板轴侧图。
图4为本发明实施例的太阳能光伏板主视图。
图5为本发明实施例的太阳能光伏板后视图。
图6为本发明实施例的太阳能光伏板仰视图。
图7为本发明实施例的原理模块图。
图8为为本发明实施例的定位装置主视图。
图9为为本发明实施例的定位装置侧视图。
其中，附图标记为：1、太阳能光伏板；2、支架；3、支撑杆；4、滑轨；5、横向气囊；6、牵引气囊；11、支杆；12、滚轮；13、定位装置；14、滚轴；20、太阳能热水器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参见图1至图9，本发明是一种集成化家用太阳能系统，包括房屋主体，及设置在房顶的太阳能热水器20与太阳能发电系统，太阳能发电系统包括依次连接的太阳能光伏板1、太阳能充放电控制器、蓄电池组、逆变器、直流负载和交流负载，还包括用于支撑太阳能光伏板1的支架2与光伏板牵引机构；
支架2包括与房顶固定连接的若干竖直杆，竖直杆的底端与房屋顶部固定连接，竖直杆顶端设置水平杆作为支撑框架，支架2还包括与水平杆相连，与太阳能光伏板1平行的若干斜向支撑杆3，支撑杆3外侧设置有供太阳能光伏板1上下移动的滑轨4；
太阳能光伏板1上端与光伏板牵引机构固定连接；
太阳能热水器20、太阳能发电系统、光伏板牵引机构均与主控制器连接，构成控制回路。
太阳能光伏板1底部与支撑杆3对应设置有支杆11，支杆11底部上端设置有滚轮12，滑轨4为在支撑杆3上开设的“凸”字形滑槽，滚轮12包括滚轮本体与滚轮支架，滚轮本体与“凸”字形滑槽下部较宽的部分贴合，滚轮支架与“凸”字形滑槽上部较窄的部分贴合。
光伏板牵引机构包括气囊与气泵，气囊包括与横杆固定连接的横向气囊5，及设置在支撑杆3上侧牵引气囊6，牵引气囊6一端与横向气囊5固定连接且二者内部连通，另一端与太阳能光伏板1固定连接且此端为封闭端，横向气囊5两端封闭，中部一侧通过连接管与气泵连接，气泵采用具有充气、保压及抽气功能气泵，连接管上设置电磁阀。
光伏板牵引机构还包括电动收线器，太阳能光伏板1的电线缠绕在电动收线器上。
支杆11上端设置有滚轮12，下端设置有定位装置13，定位装置13由两个侧板与中间的横板组成 “H”型，上部凹槽的内表面与支杆11的外表面固定连接，下部凹槽分为两部分，上部为定位部分，下部为开口部分，定位部分的内表面与支撑杆3的外表面相贴合，下部的开口部分，其纵切面为等腰梯形，该梯形底边略大于支撑杆3两侧边的间距，顶边等于支撑杆3两侧边的间距。
定位装置13的两个侧板底部为弧型。
支杆11除滚轮12与定位装置13之外的中间部分设置若干滚轴14。
支撑杆3分为两部分，上部分为与太阳能光伏板1平行的倾斜部分，倾斜部分一端与水平杆连接，另一端延伸至房顶的边缘处，支撑杆3的下部为竖直部分，竖直部分为一段竖直杆，竖直杆与墙面平行且固定连接，竖直部分下端封闭，上端与倾斜部分的端部连接。当太阳能光伏板1沿着支撑杆3的斜面向下移动时，其下端到达支撑杆3的拐角部分后，定位装置13脱离滑轨，当滚轮12通过拐角部分时，太阳能光伏板1在重力的作用下变为竖直状态，此时定位装置13会重新卡如到支撑杆3上，因为定位装置13的结构中底部的开口部分，所以可以更为容易的卡到支撑杆3的外侧。定位装置13弧形的底部与滚轴14使太阳能光伏板1更容易通过支撑杆3的拐角部分。
支撑杆3的拐角部分为圆角。
气囊包括外层与内胆，外层的内部为空腔，内胆与连接管连通，内胆为弹性材料制成，外层为纤维织物，牵引气囊6的外层中设置有软金属丝的骨架。软金属丝的骨架贯穿在外层中间，软金属丝可选用细铁丝，增强气囊整体可承受的力量。
太阳能热水器20内设置有温度传感器，温度传感器与主控制器数据连接，将太阳能热水器20内的水温数据传输给主控制器，主控制器与气泵、电磁阀、电动收线器连接，构成控制回路，主控制器还与外部温度传感器。主控制器内设有时钟模块。
光伏板牵引机构使用市电作为供电来源。
一种集成化家用太阳能方法，首先由主控制器每天早上8点对当前太阳能热水器内的水温进行判定，当水温低于等于预设温度时，主控制器控制气泵开启充气环节，向光伏板牵引机构的气囊中充气，气囊膨胀的过程中，光伏板被气囊推至房屋侧面；当太阳能热水器内的水温大于预设温度时，主控制器控制气泵开启抽气环节，将光伏板牵引机构的气囊中的空气抽走，气囊收缩，带动太阳能光伏板沿支架上移，太阳能光伏板回位到屋顶上方。当外界温度传感器感应温度为零下时，主控制器对太阳能热水器内的水温判定提高5摄氏度。太阳能热水器内的水温预设温度设定为47摄氏度，47度的水温是太阳能热水器比较容易到达的水温，而且作为人体感受来说，一般人对于超过42度的水温就已经感觉较热，小孩洗澡的温度通常来说掌握在38度至40度即可；到达47度之后，太阳能光伏板1复位至屋顶上方，太阳能热水器自身的保温效果仍然可以保证其内部的水温满足人们的使用需求。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成化家用太阳能系统，包括房屋主体，及设置在房顶的太阳能热水器（20）与太阳能发电系统，所述太阳能发电系统包括依次连接的太阳能光伏板（1）、太阳能充放电控制器、蓄电池组、逆变器、直流负载和交流负载，其特征在于，还包括用于支撑所述太阳能光伏板（1）的支架（2）与光伏板牵引机构；
所述支架（2）包括与房顶固定连接的若干竖直杆，所述竖直杆的底端与房屋顶部固定连接，所述竖直杆顶端设置水平杆作为支撑框架，所述支架（2）还包括与所述水平杆相连，与所述太阳能光伏板（1）平行的若干斜向支撑杆（3），所述支撑杆（3）外侧设置有供所述太阳能光伏板（1）上下移动的滑轨（4）；
所述太阳能光伏板（1）上端与所述光伏板牵引机构固定连接；
所述太阳能热水器（20）、太阳能发电系统、光伏板牵引机构均与主控制器连接，构成控制回路。
2.根据权利要求1所述的集成化家用太阳能系统，其特征在于，所述太阳能光伏板（1）底部与所述支撑杆（3）对应设置有支杆（11），所述支杆（11）底部上端设置有滚轮（12），所述滑轨（4）为在所述支撑杆（3）上开设的“凸”字形滑槽，所述滚轮（12）包括滚轮本体与滚轮支架，所述滚轮本体与所述“凸”字形滑槽下部较宽的部分贴合，所述滚轮支架与所述“凸”字形滑槽上部较窄的部分贴合。
3.根据权利要求1所述的集成化家用太阳能系统，其特征在于，所述光伏板牵引机构包括气囊与气泵，所述气囊包括与所述横杆固定连接的横向气囊（5），及设置在所述支撑杆（3）上侧的牵引气囊（6），所述牵引气囊（6）一端与所述横向气囊（5）固定连接且二者内部连通，另一端与所述太阳能光伏板（1）固定连接且此端为封闭端，所述横向气囊（5）两端封闭，中部一侧通过连接管与所述气泵连接，所述气泵采用具有充气、保压及抽气功能气泵，所述连接管上设置电磁阀。
4.根据权利要求1所述的集成化家用太阳能系统，其特征在于，所述光伏板牵引机构还包括电动收线器，所述太阳能光伏板（1）的电线缠绕在所述电动收线器上。
5.根据权利要求2所述的集成化家用太阳能系统，其特征在于，所述支杆（11）上端设置有滚轮（12），下端设置有定位装置（13），所述定位装置（13）由两个侧板与中间的横板组成“H”型，上部凹槽的内表面与所述支杆（11）的外表面固定连接，下部凹槽分为两部分，上部为定位部分，下部为开口部分，所述定位部分的内表面与所述支撑杆（3）的外表面相贴合，下部的开口部分，其纵切面为等腰梯形，该梯形底边略大于所述支撑杆（3）两侧边的间距，顶边等于所述支撑杆（3）两侧边的间距。
6.根据权利要求5所述的集成化家用太阳能系统，其特征在于，所述定位装置（13）的两个所述侧板底部为弧型。
7.根据权利要求1-6所述的集成化家用太阳能系统，其特征在于，所述支撑杆（3）分为两部分，上部分为与所述太阳能光伏板（1）平行的倾斜部分，所述倾斜部分一端与所述水平杆连接，另一端延伸至所述房顶的边缘处，所述支撑杆（3）的下部为竖直部分，所述竖直部分为一段竖直杆，竖直杆与墙面平行且固定连接，所述竖直部分下端封闭，上端与所述倾斜部分的端部连接。
8.根据权利要求1-7任一所述的集成化家用太阳能系统，其特征在于，所述太阳能热水器（20）内设置有温度传感器，所述温度传感器与所述主控制器数据连接，将所述太阳能热水器（20）内的水温数据传输给所述主控制器，所述主控制器与所述气泵、电磁阀、电动收线器连接，构成控制回路，所述主控制器还与外部温度传感器。
9.一种集成化家用太阳能方法，其特征在于，太阳能热水器与太阳能发电系统安装在同一屋顶空间，首先由主控制器每天早上点对当前太阳能热水器内的水温进行判定，当水温低于等于预设温度时，开启充气环节，向光伏板牵引机构的气囊中充气，气囊膨胀的过程中，光伏板被气囊推至房屋侧面；当太阳能热水器内的水温大于预设温度时，开启抽气环节，将光伏板牵引机构的气囊中的空气抽走，气囊收缩，带动太阳能光伏板沿支架上移，太阳能光伏板回位到屋顶上方。
10.根据权利要求9所述的一种集成化家用太阳能方法，当外界温度传感器感应温度为零下时，主控制器对太阳能热水器内的水温判定提高5摄氏度。
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