CN107024010B - 一种温室发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温室发电系统，其是利用现有温室大棚结构，将单层或多层塑料膜阳光温室大棚内的内部顶端形成一隔膜式蓄热装置，通过与此配套制作的热泵发电装置进行发电用于民用住宅，或通过与此配套制作的热泵聚集热供暖装置来获得高值介质热量进行制暖用于民用住宅，从而克服了由于重新投资建设所需成本较大，投资建设周期长，且温室大棚利用时需结合温室结构具体情况进行设计施工，部分地区很难快速推广的技术难题。

Description

一种温室发电系统
技术领域
本发明公开的一种利用太阳能的温室发电系统，属于热泵发电或供暖设施加工技术领域。
背景技术
现有技术中，利用太阳能热源进行热泵发电或取暖供暖等技术，已得到普遍的推广。不过，在广大农村地区，由于重新投资建设所需成本较大，投资建设周期长，且温室大棚利用时需结合温室结构具体情况进行设计施工，农村地区很难快速推广，而在现有设施基础上进行改造又相当困难。尤其是在热泵发电和住宅供暖方面，现有的热泵发电或取暖供暖技术，热效比低、能耗高，用户接受起来较为困难。
专利CN20121018752.0公开一种日光温室太阳能光伏发电利用装置及方法，多个与温室后立墙垂直面相平行的太阳能光伏发电玻璃或薄膜通过定位夹具间隔排列固定连接固定框架，确定温室的前后跨度、温室后立墙垂直面的高度、温室的左右开间总宽度、后立墙的平均吸热系数、太阳能光伏发电玻璃或薄膜与温室后立墙垂直面的距离；再选取太阳能光伏发电玻璃或薄膜，确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜距离温室左右两侧墙的距离和距离温室地面的高度；最后根据公式确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜的安装个数和每两个之间的间距；将照射到日光温室后立墙垂直面的部分太阳能转化为电能，提高了温室单位面积内太阳光的利用率，保证了种植作物能够正常获取光照，然而其需要新建框架结构进行建设，且能源利用率受光照影响较大，改造成本较高，结构复杂且利用率低。
专利CN20151036377.1公开了一种可调透光率的光伏发电温室，包括东山墙、西山墙、一对侧面墙以及安装在东山墙、西山墙和侧面墙顶部的采光面骨架，所述的采光面骨架底部设置有采光覆盖薄膜，采光面骨架顶部平行设置有活动光伏组件和固定光伏组件，活动光伏组件可以相对于固定光伏组件移动或固定，以调整活动光伏组件与活动光伏组件之间的透光间隙大小。该光伏温室可以根据外界光照条件的不同和植物生长的不同要求而主动地改变采光面光伏组件的覆盖率，从而实现光伏温室主动控制采光率，同时也提高了光伏温室对不同作物和同一作物在不同生长期的适应性。然而其需要时刻对光伏组件进行调节，需要考虑因素较多，且其也需进行重新设计，改造成本较高，空间利用不足。
发明内容
为解决上述问题，本申请公开了一种利用太阳能的温室发电系统，在技术方面利用现有温室大棚闲置的有限空间(包括温室内部、温室外部、温室周边等空间)来实现利用阳光辐射热能作为热泵提取热量的热源进行发电或供暖，仅在现有温室大棚的基础上进行改造，投资成本低，利用效益相比现有技术有了很大提高。
本发明的安装到温室内部顶端的隔膜式太阳能温室发电系统，其是利用现有温室大棚结构，将单层或多层塑料膜阳光温室大棚内的内部顶端形成一隔膜式蓄热装置，用吊绳或吊具在阳光温室大棚内的内部顶端吊装一层或两层导流塑料隔膜，在导流塑料隔膜与铺设在温室大棚骨架上面的一层或两层大棚塑料膜之间，则通过骨架加强钢筋固定的支撑杆上面安装热泵用板式或管式吸热器，由此利用温室大棚所制作的隔膜式蓄热装置来获得太阳能光伏辐射热，通过与此配套制作的热泵发电装置进行发电用于民用住宅，或通过与此配套制作的热泵聚集热供暖装置来获得高值介质热量进行制暖用于民用住宅。
本发明的安装到温室外部的太阳能温室发电系统，其包括设置在温室承重墙的顶部空间上的粉末蓄热装置，其结构由外壳包裹绝热材料和真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜制成截面为梯形的箱体，箱体的底部抵靠在温室承重墙上，另一斜面抵靠在温室后坡面上形成稳定结构，在箱体内的内部下方设置有热泵用板式或管式吸热器，当使用板式吸热器时，在板式吸热器的上面架设隔板，在隔板与真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜之间放入粉末蓄热材料，用密封胶使真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜与绝热材料粘牢及密封。当使用管式吸热器时，可使粉末蓄热材料直接包裹吸热管，其内部不采用粉末蓄热材料时，可以采用吸热涂层，由此利用温室大棚承重墙上面闲置的空间配合起来所形成的粉末蓄热装置，进而利用太阳能光伏辐射热进行发电或供暖。
本发明的安装到温室周边的太阳能温室发电系统，其包括设置到温室周边地面上用的蓄热装置，其结构由外壳包裹绝热材料和真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜制成截面为梯形的箱体，箱体的大部分可埋于地下部分，仅留真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜露出地表上方，在箱体内的下方设置热泵用板式或管式吸热器，当使用板式吸热器时，在板式吸热器的上面架设隔板，在隔板与真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜之间放入粉末蓄热材料，用密封胶使真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜与绝热材料粘牢及密封。当使用管式吸热器时，使粉末蓄热材料直接包裹吸热管，其内部不采用粉末蓄热材料时，可以采用吸热涂层。由此利用温室大棚周边闲置的空地或荒山荒地配合起来所制作的地面用粉末蓄热装置，进而利用太阳能光伏辐射热进行发电或供暖。
与泵热交换器储蓄罐和泵热交换器底座联通的全包裹高效率换热管由外管、内管和在外管与内管两者之间装入的V型导热片所组成，使用时，通过泵热交换器储蓄罐以及泵热交换器底座的联通，在内管内通入冷介质，在外管和V型导热片之间通入热介质，或在内管内通入热介质，在外管和V型导热片之间通入冷介质。
上述热泵发电装置包括热泵用板式或管式吸热器，其能够与蓄热装置或粉末蓄热装置或地面用粉末蓄热装置形成整体发电系统，其还包括发电机，气动马达，泵热交换器储蓄罐，压缩机，全包裹高效率换热管，集流罐，制冷液储蓄罐，尾气热交换器，冷凝器，暖气管，通过压缩机输送制冷液依次通过第四管道、泵热交换器储蓄罐、第五管道、制冷液储蓄罐、控制阀、尾气热交换器，进入到热泵用板式或管式吸热器内，从而进行压缩与膨胀，使制冷液在热泵用板式或管式吸热器内吸取太阳能辐射热蓄热装置内以空气或粉末蓄热材料所积蓄的辐射热，从而将热量向泵热交换器内聚集，聚集起来的介质热量通过全包裹高效率换热管的内管外部的外管与V型导热片的间隙，与经过泵和逆止阀注入到内管内的低于水沸点的低温液体进行热交换，气化产生的介质压力向泵热交换器储蓄罐内积蓄，积蓄的介质压力经由第二管道和压力流量控制器的控制来推动气动马达带动发电机运转进行发电，发出的电直接用于民用住宅，也可以储蓄后用于民用住宅。
对于热泵聚集热供暖装置，通过压缩机输送制冷液依次通过第四管道、泵热交换器储蓄罐、第五管道、制冷液储蓄罐、控制阀，进入到热泵用板式或管式吸热器内，从而进行压缩与膨胀，使制冷液在热泵用板式或管式吸热器内吸取太阳能辐射热蓄热装置内以空气或粉末蓄热材料所积蓄的辐射热，从而将热量向泵热交换器内聚集，聚集起来的介质热量通过全包裹高效率换热管的内管外部的外管与V型导热片的间隙，与经过泵和逆止阀注入到内管内的低于水沸点的低温液体进行热交换，将所换取的热量通过暖气管的散热直接用于民用住宅供暖。
采用上述技术方案后，本发明取得了如下技术效果：
1)利用现有温室大棚结构进行改造，无需进行重新规划设计，充分利用现有空间(包括温室内部、温室外部、温室周边等区域)进行合理布局设计，提高了温室大棚占地面积的有价值土地利用率，减少了投资成本，加快了建设周期；
2)通过对太阳能光伏蓄热装置进行合理设计，提高了其热能收集效率提高了热泵提取热量的热效比，突出解决了利用热泵技术进行发电；
3)通过对发电装置和聚集热供暖装置进行设计，丰富了太阳能光伏热量利用方式，大大提高了热能利用效率，为广大农村利用温室大棚闲置的空间或荒山荒地的阳光辐射热建立发电及供暖站提供了技术保障。
附图说明
图1为本发明的安装到温室内部顶端的隔膜式太阳能温室发电系统的实施例示意图；
图2为图1中蓄热装置的横断面示意图；
图3为本发明的安装到温室外部和温室周边的太阳能温室发电系统的实施例示意图；
图4为本发明的安装到温室外部的太阳能温室发电系统的实施例示意图，其显示出设置在温室大棚承重墙上面的粉末蓄热装置横断面示意图；
图5为本发明的安装到温室外部的太阳能温室发电系统的实施例示意图，其显示出设置在温室大棚承重墙上面的内涂吸热涂层的蓄热装置横断面示意图；
图6为本发明的安装到温室周边的太阳能温室发电系统的实施例示意图，其显示出设置温室周边闲置地面或荒山荒地地面上的粉末蓄热装置横断面示意图；
图7为本发明的安装到温室周边的太阳能温室发电系统的实施例示意图，其显示出设置温室前面闲置地面或荒山荒地上面的内涂吸热涂层的蓄热装置横断面示意图；
图8为本发明公开的太阳能温室发电系统的热泵发电装置系统示意图；
图9为本发明公开的太阳能温室发电系统的热泵聚集热供暖装置示意图；
图10为本发明公开的太阳能温室发电系统的全包裹高效率换热管横断面示意图；
图11为本发明公开的太阳能温室发电系统的全包裹高效率换热管内装配的V型导热片横断面示意图；
图12为本发明公开的太阳能温室发电系统的带有翅片的全包裹高效率换热管横断面示意图。
附图标记：A为隔膜式蓄热装置；A1为骨架；A2为导流塑料隔膜；A3为支撑杆；A4为大棚塑料膜；A5为骨架加强钢筋；A6为吊绳或吊具；B为温室大棚；C为随墙用粉末蓄热装置；C1外壳、C2为真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜；C3粉末蓄热材料；C4为密封胶；C5为绝热材料；C6为隔板；C7为吸热涂层；D为地面用粉末蓄热装置；E为热泵发电装置；E1为发电机；E2为气动马达；E3为第一管道；E4为第二管道；E5第三管道；E6为泵热交换器储蓄罐；E7为流量控制感应器；E8为压力流量控制器；E9为压缩机；E10为第四管道；E11为热泵用板式或管式吸热器；E12为全包裹高效率换热管；E12-1为内管；E12-2为外管；E12-3为V型导热片；E12-4为翅片；E13为泵热交换器底座；E14为泵；E15为第五管道；E16为逆止阀；E17为集流罐；E18为控制阀；E19为制冷液储蓄罐；E20为尾气热交换器；E21为冷凝器，E22为暖气管；F为热泵聚集热供暖装置。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明的安装到温室内部顶端的隔膜式太阳能温室发电系统的实施例示意图，可以看出，其具体是利用现有温室大棚结构，将单层或多层塑料膜阳光温室大棚B内的内部顶端形成一隔膜式蓄热装置A，具体用吊绳或吊具A6在阳光温室大棚B内的内部顶端吊装一层或两层导流塑料隔膜A2，在导流塑料隔膜A2与铺设在温室大棚A骨架A1上面的一层或两层大棚塑料膜A4之间，则通过骨架加强钢筋A5固定的支撑杆A3上面安装热泵用板式或管式吸热器E11，由此利用温室大棚B所制作的隔膜式蓄热装置A来获得太阳能光伏辐射热，通过与此配套制作的热泵发电装置E进行发电用于民用住宅，或通过与此配套制作的热泵聚集热供暖装置F来获得高值介质热量进行制暖用于民用住宅，由此所实现的在广大农村利用现有温室大棚内部顶端的空间利用太阳能光伏辐射热进行发电或供暖。
如图3-7所示，在利用现有温室大棚可利用空间时，发现有的温室是依墙而建且相互之间存在可利用的空地，由此可借助温室承重墙的顶部空间和温室周边空地进行利用太阳能光伏辐射热进行发电或供暖。
参见图3-4，所涉及到的设置在温室承重墙的顶部空间上的粉末蓄热装置C，其结构由外壳C1包裹绝热材料C5和真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜C2制成截面为梯形的箱体，箱体的底部抵靠在温室承重墙上，另一斜面抵靠在温室后坡面上形成稳定结构，在箱体内的内部下方设置有热泵用板式或管式吸热器E11，当使用板式吸热器时，在板式吸热器的上面架设隔板C6，在隔板C6与真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜C2之间放入粉末蓄热材料C3，用密封胶C4使真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜C2与绝热材料C5粘牢及密封。当使用管式吸热器时，可使粉末蓄热材料C3直接包裹吸热管，其内部不采用粉末蓄热材料C3时，可以采用吸热涂层C7，参见图5。由此利用温室大棚B承重墙上面闲置的空间配合起来所形成的粉末蓄热装置C，进而利用太阳能光伏辐射热进行发电或供暖。
参见图6-7，所涉及到的设置到温室周边地面上用的蓄热装置D，其结构同样由外壳C1包裹绝热材料C5和真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜C2制成截面为梯形的箱体，箱体的大部分可埋于地下部分，仅留真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜C2露出地表上方，在箱体内的下方设置热泵用板式或管式吸热器E11，当使用板式吸热器时，在板式吸热器的上面架设隔板C6，在隔板C6与真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜C2之间放入粉末蓄热材料C3，用密封胶C4使真空玻璃或中空透明塑料板或多层塑料膜C2与绝热材料C5粘牢及密封。当使用管式吸热器时，使粉末蓄热材料C3直接包裹吸热管，其内部不采用粉末蓄热材料C3时，可以采用吸热涂层C7，参见图7。由此利用温室大棚B周边闲置的空地或荒山荒地配合起来所制作的地面用粉末蓄热装置D，进而利用太阳能光伏辐射热进行发电或供暖。
参见图8，其显示出本发明的太阳能温室发电系统的热泵发电装置系统示意图。从图1和3可以看出，该热泵发电装置E包括热泵用板式或管式吸热器E11，其能够与蓄热装置A或粉末蓄热装置C或地面用粉末蓄热装置D形成整体发电系统，其还包括发电机E1，气动马达E2，泵热交换器储蓄罐E6，压缩机E9，全包裹高效率换热管E12，集流罐E17，制冷液储蓄罐E19，尾气热交换器E20，冷凝器E21，暖气管E22，其中热泵用板式或管式吸热器E11上端连接到压缩机E9的入口端，压缩机E9的出口端通过第四管道E10连接到泵热交换器储蓄罐E6上，在第四管道E10末端还设置有流量控制传感器E7，全包裹高效率换热管E12分别与泵热交换器储蓄罐E6和泵热交换器底座E13联通，泵热交换器储蓄罐E6上端通过第三管道E5连接到与气功马达E2连通的第一管道E3上，第二管道E4将泵热交换器储蓄罐E6连接到气动马达E2上，并在第二管道E4上设置压力流量控制器E8，第一管道E3下游端连接到尾气热交换器E20上，尾气热交换器E20与暖气管E22连通以将换热后的热量进行再次利用，暖气管E22的下游端与冷凝器E21连通以进行冷凝冷却。
工作时，通过压缩机E9输送制冷液依次通过第四管道E10、泵热交换器储蓄罐E6、第五管道E15、制冷液储蓄罐E19、控制阀E18、尾气热交换器E20，进入到热泵用板式或管式吸热器E11内，从而进行压缩与膨胀，使制冷液在热泵用板式或管式吸热器E11内吸取太阳能辐射热蓄热装置内以空气或粉末蓄热材料C3所积蓄的辐射热，从而将热量向泵热交换器内聚集，聚集起来的介质热量通过全包裹高效率换热管E12的内管E12-1外部的外管E12-2与V型导热片E12-3的间隙，与经过泵E14和逆止阀E16注入到内管E12-1内的低于水沸点的低温液体进行热交换。
此处需要说明的是，与泵热交换器储蓄罐E6和泵热交换器底座E13联通的全包裹高效率换热管E12由外管E12-2、内管E12-1和在外管E12-2与内管E12-1两者之间装入的V型导热片E12-3所组成，使用时，通过泵热交换器储蓄罐E6以及泵热交换器底座E13的联通，在内管E12-1内通入冷介质，在外管E12-2和V型导热片E12-3之间通入热介质，或在内管E12-1内通入热介质，在外管E12-2和V型导热片E12-3之间通入冷介质，可参见图10-12。
气化产生的介质压力向泵热交换器储蓄罐E6内积蓄，积蓄的介质压力经由第二管道E4和压力流量控制器E8的控制来推动气动马达E2带动发电机E1运转进行发电，发出的电直接用于民用住宅，也可以储蓄后用于民用住宅。
当向泵热交换器储蓄罐E6内积蓄的压力超出额定压力时，泵热交换器储蓄罐E6内的介质在压力释放阀的控制下经由第三管道E5进入到与气动马达E2联通的第一管道E3内，随之气动马达尾气一起进入尾气热交换器E20，随后进入设置在温室大棚B内的暖气管E22，或通过溴化锂热泵装置与此再次进行热交换，以获得的高值介质热用于住宅，需要排放的尾气介质在此进行排放，需要回收的尾气介质，使之经过暖气管E22之后进入冷凝器E21冷凝后回收，回收的介质经过管道的疏通进入集流罐E17内在泵E14作用下继续使用，其中经过压缩机E9压缩的制冷液经由流量控制感应器E7和控制阀E18的控制经由尾气热交换器E20和热泵用板式或管式吸热器E11循环使用，或不采用压缩机E7和制冷液，采用水或防冻液这类介质来形成受热自然循环使用。
参见图9，显示出本发明公开的太阳能温室发电系统的热泵聚集热供暖装置示意图。对于热泵聚集热供暖装置F，可将热泵发电装置E中的发电部分省去，例如省略掉气动马达E2、发电机E1、冷凝器E21、制冷液储蓄罐E19和尾气热交换器E20以及与此配套使用的管道，通过压缩机E9输送制冷液依次通过第四管道E10、泵热交换器储蓄罐E6、第五管道E15、制冷液储蓄罐E19、控制阀E18，进入到热泵用板式或管式吸热器E11内，从而进行压缩与膨胀，使制冷液在热泵用板式或管式吸热器E11内吸取太阳能辐射热蓄热装置内以空气或粉末蓄热材料C3所积蓄的辐射热，从而将热量向泵热交换器内聚集，聚集起来的介质热量通过全包裹高效率换热管E12的内管E12-1外部的外管E12-2与V型导热片E12-3的间隙，与经过泵E14和逆止阀E16注入到内管E12-1内的低于水沸点的低温液体进行热交换，将所换取的热量通过暖气管E22的散热直接用于民用住宅供暖。
需要说明的是，以上三种设计方案(包括温室内部、温室外部、温室周边等区域)可以任意组合或单独使用，例如一种太阳能发电系统，包括安装到温室内部顶端的隔膜式太阳能温室发电系统、安装到温室外部的太阳能温室发电系统以及安装到温室周边的太阳能温室发电系统。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种安装到温室内部顶端的隔膜式太阳能温室发电系统，其是利用现有温室大棚结构，将单层或多层塑料膜阳光温室大棚(B)内的内部顶端形成一隔膜式蓄热装置(A)，用吊具(A6)在阳光温室大棚(B)内的内部顶端吊装一层或两层导流塑料隔膜(A2)，在导流塑料隔膜(A2)与铺设在温室大棚(B)骨架(A1)上面的一层或两层大棚塑料膜(A4)之间，则通过骨架加强钢筋(A5)固定的支撑杆(A3)上面安装热泵用板式或管式吸热器(E11)，由此利用温室大棚(B)所制作的隔膜式蓄热装置(A)来获得太阳能光伏辐射热，通过与此配套制作的热泵发电装置(E)进行发电用于民用住宅，或通过与此配套制作的热泵聚集热供暖装置(F)来获得高值介质热量进行制暖用于民用住宅；所述热泵发电装置(E)包括热泵用板式或管式吸热器(E11)，其能够与蓄热装置(A)形成整体发电系统，其还包括发电机(E1)，气动马达(E2)，泵热交换器储蓄罐(E6)，压缩机(E9)，全包裹换热管(E12)，集流罐(E17)，制冷液储蓄罐(E19)，尾气热交换器(E20)，冷凝器(E21)，暖气管(E22)，通过压缩机(E9)输送制冷液依次通过第四管道(E10)、泵热交换器储蓄罐(E6)、第五管道(E15)、制冷液储蓄罐(E19)、控制阀(E18)、尾气热交换器(E20)，进入到热泵用板式或管式吸热器(E11)内，从而进行压缩与膨胀，使制冷液在热泵用板式或管式吸热器(E11)内吸取来自太阳能辐射热蓄热装置内以空气或粉末蓄热材料(C3)所积蓄的辐射热，从而将热量向泵热交换器内聚集，聚集起来的介质热量通过外管(E12-2)与V型导热片(E12-3)的间隙，与经过泵(E14)和逆止阀(E16)注入到内管(E12-1)内的低于水沸点的低温液体进行热交换，气化产生的介质压力向泵热交换器储蓄罐(E6)内积蓄，积蓄的介质压力经由第二管道(E4)和压力流量控制器(E8)的控制来推动气动马达(E2)带动发电机(E1)运转进行发电。
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