CN107763863B - 一种多功能太阳能储能装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能太阳能储能装置及其使用方法，该装置结构简单，包括太阳灶模块和可置于太阳灶模块的支架上的太阳能储能箱；采用了反射面和扩展吸收涂层的设计，可以反射和收集稍微偏离的太阳光，对系统的跟踪精度要求低，提高了太阳能的利用率；同时储能箱的设计提高了储能和使用时的效率；且使用方便，节能环保，用途广泛，用作做饭、烧水、取暖、干燥、发电等用途，解决了现有太阳灶存在的问题。

Description

一种多功能太阳能储能装置及其使用方法

技术领域：

本发明涉及太阳能应用技术领域，具体涉及一种多功能太阳能储能装置及其使用方法。

背景技术：

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源正在迅速发展。目前对太阳能的利用主要有光热、光电、光生物等形式，其中以光热和光电的应用最为普遍。太阳灶作为光热利用方式中的一种，它利用太阳能辐射，通过聚光获取热量，进行炊事烹饪食物，应用较为广泛。

然而目前的太阳灶存在一些缺点，限制了其进一步的应用；太阳灶主要作为炊事烹饪食物应用，应用范围较为狭窄，且其使用受太阳光照条件限制严重；太阳灶的时间利用不充分，其使用时间主要集中在做饭的时间，浪费掉了其他大部分时间；太阳灶的使用主要集中在室外，人们在烹饪食物时不得不在太阳下暴晒，使用条件较为恶劣。另外，太阳灶对跟踪精度要求相对较高，需要实时跟踪太阳光，当太阳光偏离到一定程度时，则不能聚焦到焦点上，因此不能够充分地利用太阳光。

发明内容：

本发明的目的是提供一种多功能太阳能储能装置及其使用方法，该装置结构简单，采用了反射面和扩展吸收涂层的设计，可以反射和收集稍微偏离的太阳光，对系统的跟踪精度要求低，提高了太阳能的利用率；同时储能箱的设计提高了储能和使用时的效率；且使用方便，节能环保，用途广泛，用作做饭、烧水、取暖、干燥、发电等用途，解决了现有太阳灶存在的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种多功能太阳能储能装置，该装置包括太阳灶模块和可置于太阳灶模块的支架上的太阳能储能箱；所述的太阳灶模块包括聚光镜、支架和跟踪运动模块，所述太阳能储能箱包括储能模块、保温模块、吸收涂层、位于吸收涂层的外周围的扩展吸收涂层、反射面、吸收涂层上方的可以移除的用于吸收涂层面的密封的透明保温玻璃或真空盖，使用时，所述吸收涂层上方也可放置炊具或温差发电模块；所述的储能模块包括容器、容器内间隔一定距离竖直设置的热管和填充并密封在容器中的相变材料，所述的热管包括热管顶段和热管底段；所述的容器和热管为金属材质，且其熔点高于相变材料的熔点；所述的吸收涂层涂覆在储能模块容器顶部的外表面；所述的保温模块包括储能模块容器的周围和底层设有的隔热层、隔热层外面设有的真空层，所述真空层两端顶端高出或逐渐高出容器顶部，形成保温模块的敞口；所述的反射面紧贴在保温模块的敞口位置。

特别地，储能模块的容器的底部和顶部设置有卡槽结构，热管通过卡槽结构固定在容器中。

所述储能模块填充并密封在容器中的相变材料为合金材料或熔盐材料。

所述储能模块容器顶部的外表面为水平面或内凹面。

所述的吸收涂层和扩展吸收涂层为耐高温的深色系涂料层或中高温太阳能选择性吸收涂层，可为光滑的表面，也可为粗糙表面，其既为吸收面也为辐射面，同时，其可为水平面、弧面或锥面。

所述的反射面优选为内凹形曲面反射面，包括锥面反射面、椭球面。

所述保温模块的敞口形成曲面侧面，所述曲面优选为圆柱面、圆锥面、椭球面。

特别地，所述的保温模块的真空层的外壳的侧面为圆柱面或圆台面等曲面。

所述的热管在太阳能储能箱在太阳光下吸热时，其热端顶段为吸热段，热管底段为放热段，而当太阳能储能箱在使用的放热过程中，其热端底段为吸热段，热管顶段为放热段。

所述的隔热层为一层或多层，一层时隔热层材料为气凝胶、真空板、玻璃纤维、岩棉，多层时，隔热层材料包括反射屏和间隔物。

所述的反射屏为高反射率的单面或双面金属薄膜；所述的间隔物为热导率低的玻璃、尼龙网、玻璃纤维纸。

特别地，温差发电模块包括热端、冷端、电极的输出端，温差发电模块的热端与吸收涂层紧密接触，冷端连接有散热装置，电极的输出端连接有电力输出装置。

所述电力输出装置包括风扇、照明设备、USB接口等。

优选地，所述太阳能储能箱真空层顶端两端设有提手，真空层外壳的下端两端设有把手，方便提取。

本发明还保护上述多功能太阳能储能装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

(1)：储能时，去除太阳能储能箱的真空盖，在吸收涂层上加上透明保温玻璃，将太阳能储能箱置于太阳灶模块的支架上，使得太阳能储能箱的吸收涂层作为吸收面置于聚光镜的焦点位置；太阳灶模块通过跟踪运动模块实时跟踪太阳，太阳光经过聚光镜聚焦之后，将能量聚焦到焦点，位于焦点处的吸收涂层吸收太阳能，热管的顶段为吸热段，并把能量传递给相变材料；另外，反射面可以将稍微偏离的太阳光反射到吸收涂层和扩展吸收涂层上，到达到扩展吸收涂层上的太阳能则可通过热传导的方式传递到吸收涂层，进而将能量传递给相变材料；

(2)：使用时，将太阳能储能箱在太阳灶模块的支架上取下，并移出透明保温玻璃，热管的顶段作为放热段，吸收涂层和扩展吸收涂层作为辐射面向外辐射能量，用作做饭、烧水、取暖、干燥、温差发电等用途。

(3)：不使用时，将太阳能储能箱的真空盖盖上，有效减少能量的损失。

用作温差发电时，温差发电模块的热端与吸收涂层紧密接触，冷端连接有散热装置，温差发电模块的电极的输出端连接有电力输出装置；

所述的电力输出装置包括风扇、照明、USB接口等。

本发明的有益效果如下：

1、采用了反射面和扩展吸收涂层的设计，可以反射和收集稍微偏离的太阳光，对系统的跟踪精度要求低，提高了太阳能的利用率；

2、太阳能储能箱中引入了热管，在储能时可以将吸收涂层吸收的能量尽快地传递到相变储能材料的内部，在使用时可以将内部的能量传递到吸收涂层，并向外辐射能量；热管的引入，增加了其导热性能，使得相变储能材料的温度分布更加均匀，在一定程度上提高了储能和使用时的效率；

3、采用合金材料或熔盐材料作为相变储能材料，储能的温度可调节，适用于任意的温度段；

4、使用方便，不受地域和时间限制；此太阳能储能箱可以在任意地方使用，尤其是可以在室内使用；本发明装置可以在任意有太阳光的时段进行储能，也可以在任意的时段进行放热使用，尤其是可以在晚上使用；

5、用途广泛；除了烹饪的用途之外，还可以用作做饭、烧水、取暖、干燥、温差发电、照明、给手机充电等用途。

附图说明：

图1是本发明的实施例1的太阳能储能箱的结构截面示意图；

图2本发明的实施例2的太阳能储能箱的的结构截面示意图；

图3本发明的实施例3的太阳能储能箱的一种实施方式III的结构截面示意图；

图4本发明装置的一种储能过程的系统示意图；

图5本发明实施例1的太阳能储能箱的一种温差发电状态的示意图；

图6本发明实施例2的太阳能储能箱的一种取暖状态的示意图；

图7本发明实施例3的太阳能储能箱的一种烧水状态的截面示意图；

其中，1-相变材料，2-容器，3-隔热层，4-外壳，5-真空层，6-吸收涂层，7-真空盖，8-把手，9-提手，10-间隔物，11-反射屏，12-太阳能储能箱，13-水壶，14-太阳灶模块，15-扩展吸收涂层，16--曲面反射面，17-锥面反射面，18-卡槽，19-热管，20-USB接口，21-温差发电模块，22-散热片、23-风扇、24-灯具、25-热管顶段、26-热管底段。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

参考图1和,4所示的一种多功能太阳能储能装置，该装置包括太阳灶模块14和可置于太阳灶模块14的支架上的太阳能储能箱12；所述的太阳灶模块14包括聚光镜、支架和跟踪运动模块，其中，太阳能储能箱12包括储能模块、保温模块、吸收涂层6、位于吸收涂层的外周围的扩展吸收涂层15、锥面反射面17、吸收涂层6上方的可以移除的用于吸收涂层6面的密封的真空盖7，使用时，如图5所示，所述吸收涂层6上方可放置温差发电模块21；温差发电模块21包括热端、冷端、电极的输出端，温差发电模块的热端与吸收涂层6紧密接触，冷端连接有散热片22，电极的输出端连接有电力输出装置，所述电力输出装置包括风扇23、灯具24、USB接口20等。所述的储能模块包括容器2、容器2内间隔一定距离竖直设置的热管19和填充并密封在容器2中的相变材料1；储能模块的容器2的底部和顶部设置有卡槽18结构，热管19通过卡槽18结构固定在容器2中。储能模块所述的热管19包括热管顶段25和热管底段26；相变材料1为复合熔盐材料，容器2为不锈钢材料，热管19为铜热管，且其熔点高于相变材料的熔点。所述的吸收涂层6涂覆在储能模块容器2顶部的外表面；所述的保温模块包括储能模块容器2的周围和底层设有的隔热层3、隔热层3外面设有的真空层5，所述真空层5两端顶端逐渐高出容器2顶部，形成保温模块的敞口；所述的锥面反射面17紧贴在保温模块的敞口位置。所述储能模块容器2顶部的外表面为水平面。

吸收涂层6和扩展吸收涂层15为耐高温的黑漆层，且均为平面设计，其既为吸收面也为辐射面，保温模块包括隔热层3和真空层5，隔热层3的材料为气凝胶，保温模块的敞口形成圆锥面侧面，所述的保温模块的真空层5的外壳4侧面为圆柱面。

所述太阳能储能箱真空层5顶端两端设有提手9，真空层5外壳4的下端两端设有把手8，方便提取。

其主要工作过程为：在有太阳光时进行储能过程，拿走真空盖7，在吸收涂层6上加上透明保温玻璃，提住提手9，抓住把手8，将太阳能储能箱12倒放置在太阳灶模块14的支架,上，太阳灶模块14对准太阳，吸收涂层6作为吸收面放置在聚光镜的焦点上，吸收太阳能，热管的顶段为吸热段，并把能量传递给相变材料1；锥面反射面17可以将稍微偏离的太阳光反射到吸收涂层6和扩展吸收涂层15上，到达到扩展吸收涂层15上的太阳能则可通过热传导的方式传递到吸收涂层6，进而将能量传递给相变材料1，热管19可以加快能量的传递速率；使用时，将太阳能储能箱12在太阳灶模块14的支架上取下，并移出透明保温玻璃，热管9的顶段25作为放热段，吸收涂层6和扩展吸收涂层15作为辐射面向外辐射能量，请参考图5，在作为温差发电使用时，温差发电模块21的热端与吸收涂层6紧密接触，冷端与散热片22相连，利用冷端和热端的温差进行发电可以带动风扇23转动，同时风扇23亦可以用于温差发电模块21的冷端散热；发电也可以带动灯具24供人们的日常生活用照明，也可以直接连接USB接口20供手机等设备充电使用。

实施例2

参考图2和4所示的一种多功能太阳能储能装置，该装置包括太阳灶模块14和可置于太阳灶模块14的支架上的太阳能储能箱12；所述的太阳灶模块14包括聚光镜、支架和跟踪运动模块，其中，太阳能储能箱12包括储能模块、保温模块、吸收涂层6、位于吸收涂层的外周围的扩展吸收涂层15、锥面反射面17、吸收涂层6上方的可以移除的用于吸收涂层6面的密封的真空盖7。所述的储能模块包括容器2、容器2内间隔一定距离竖直设置的热管19和填充并密封在容器2中的相变材料1；储能模块的容器2的底部和顶部设置有卡槽18结构，热管19通过卡槽18结构固定在容器2中。储能模块所述的热管19包括热管顶段25和热管底段26；相变材料1为铝镁锌合金材料，容器2为不锈钢材料，所述的吸收涂层6涂覆在储能模块容器2顶部的外表面；所述的保温模块包括储能模块容器2的周围和底层设有的隔热层3、隔热层3外面设有的真空层5，所述真空层5两端顶端逐渐高出容器2顶部，形成保温模块的敞口；所述的锥面反射面17紧贴在保温模块的敞口位置。所述储能模块容器2顶部的外表面为内凹面。吸收涂层6为耐高温的太阳能选择性吸收涂层，其既为吸收面也为辐射面，吸收涂层6和扩展吸收涂层15为锥面设计，保温模块包括隔热层3和真空层5，隔热层3的材料为岩棉，保温模块的敞口形成圆锥面侧面，热管19为不锈钢热管。所述的保温模块的真空层5的外壳4的侧面为圆台面曲面。

其主要工作过程为：在有太阳光时进行储能过程，拿走真空盖7，在吸收涂层6上加上透明保温玻璃，提住提手9，抓住把手8，将太阳能储能箱12倒放置在太阳灶模块14的支架,上，太阳灶模块14对准太阳，吸收涂层6作为吸收面放置在聚光镜的焦点上，吸收太阳能，热管的顶段为吸热段，并把能量传递给相变材料1；锥面反射面17可以将稍微偏离的太阳光反射到吸收涂层6和扩展吸收涂层15上，到达到扩展吸收涂层15上的太阳能则可通过热传导的方式传递到吸收涂层6，进而将能量传递给相变材料1，热管19可以加快能量的传递速率；使用时，将太阳能储能箱12在太阳灶模块14的支架上取下，并移出透明保温玻璃，热管9的顶段25作为放热段，吸收涂层6和扩展吸收涂层15作为辐射面向外辐射能量，请参考图6，在作为取暖使用时，将太阳能储能箱12拿到室内，吸收涂层6和扩展吸收涂层15作为辐射面向外辐射能量，人站在太阳能储能箱12的出口不远处，即可进行取暖。

实施例3

参考图3和4所示的一种多功能太阳能储能装置，该装置包括太阳灶模块14和可置于太阳灶模块14的支架上的太阳能储能箱12；所述的太阳灶模块14包括聚光镜、支架和跟踪运动模块，其中，太阳能储能箱12包括储能模块、保温模块、吸收涂层6、位于吸收涂层的外周围的扩展吸收涂层15、内凹形的椭球面曲面反射面16、吸收涂层6上方的可以移除的用于吸收涂层6面的密封的真空盖7，所述的储能模块包括容器2、容器2内间隔一定距离竖直设置的热管19和填充并密封在容器2中的相变材料1；储能模块的容器2的底部和顶部设置有卡槽18结构，热管19通过卡槽18结构固定在容器2中。储能模块所述的热管19包括热管顶段25和热管底段26；相变材料1为合金材料，容器2为不锈钢材质，所述的吸收涂层6涂覆在储能模块容器2顶部的外表面；所述储能模块容器2顶部的外表面为水平面，所述的保温模块包括储能模块容器2的周围和底层设有的隔热层3、隔热层3外面设有的真空层5，所述真空层5两端顶端逐渐高出容器2顶部，形成保温模块的敞口；所述的内凹形的曲面反射面16紧贴在保温模块的敞口位置。吸收涂层6为耐高温的蓝膜涂层，其既为吸收面也为辐射面，吸收涂层6和扩展吸收涂层15为平面设计，保温模块包括隔热层3和真空层5，保温模块的敞口形成椭球面曲面侧面；隔热层3材料包括间隔物10和反射屏11，间隔物10采用玻璃纤维纸，反射屏11采用高反射率双面镀铝薄膜，热管19为不锈钢热管。所述的保温模块的真空层5的外壳4侧面为圆台面曲面。

其主要工作过程为：在有太阳光时进行储能过程，拿走真空盖7，在吸收涂层6上加上透明保温玻璃，提住提手9，抓住把手8，将太阳能储能箱12倒放置在太阳灶模块14的支架,上，太阳灶模块14对准太阳，吸收涂层6作为吸收面放置在聚光镜的焦点上，吸收太阳能，热管的顶段为吸热段，并把能量传递给相变材料1；曲面反射面16可以将稍微偏离的太阳光反射到吸收涂层6和扩展吸收涂层15上，到达到扩展吸收涂层15上的太阳能则可通过热传导的方式传递到吸收涂层6，进而将能量传递给相变材料1，热管19可以加快能量的传递速率；使用时，将太阳能储能箱12在太阳灶模块14的支架上取下，并移出透明保温玻璃，热管9的顶段25作为放热段，吸收涂层6和扩展吸收涂层15作为辐射面向外辐射能量，请参考图7，在作为烧水使用时，将太阳能储能箱9拿到室内，吸收涂层6和扩展吸收涂层15作为辐射面向外辐射能量，可以将水壶13中的水烧热。

以上所述仅是本申请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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种多功能太阳能储能装置，该装置包括太阳灶模块和置于太阳灶模块的支架上的太阳能储能箱；所述的太阳灶模块包括聚光镜、支架和跟踪运动模块，其特征在于，所述太阳能储能箱包括储能模块、保温模块、吸收涂层、位于吸收涂层的外周围的扩展吸收涂层、反射面、吸收涂层上方的可以移除的用于吸收涂层面的密封的透明保温玻璃或真空盖，使用时，所述吸收涂层上方放置炊具或温差发电模块；所述的储能模块包括容器、容器内间隔一定距离竖直设置的热管和填充并密封在容器中的相变材料，储能模块的容器的底部和顶部设置有卡槽结构，热管通过卡槽结构固定在容器中；所述的热管包括热管顶段和热管底段；所述的容器和热管为金属材质，且其熔点高于相变材料的熔点；所述相变材料为合金材料或熔盐材料；所述的吸收涂层涂覆在储能模块容器顶部的外表面；所述储能模块容器顶部的外表面为水平面或内凹面；所述的吸收涂层和扩展吸收涂层为耐高温的深色系涂料层或中高温太阳能选择性吸收涂层，为水平面、弧面或锥面；所述的保温模块包括储能模块容器的周围和底层设有的隔热层、隔热层外面设有的真空层，所述真空层两端顶端高出容器顶部，形成保温模块的敞口；所述的反射面紧贴在保温模块的敞口位置。

2.根据权利要求1所述的多功能太阳能储能装置，其特征在于，所述的反射面为内凹曲面反射面；所述保温模块的敞口形成曲面侧面；所述的保温模块的真空层的外壳的侧面为曲面；保温模块真空层顶端两端设有提手，真空层外壳的下端两端设有把手。

3.根据权利要求1或2所述的多功能太阳能储能装置，其特征在于，所述的隔热层为一层或多层，一层时隔热层材料为气凝胶、真空板、玻璃纤维、岩棉中的任一种或其结合，多层时，隔热层材料包括反射屏和间隔物；所述的反射屏为单面或双面金属薄膜；所述的间隔物为玻璃、尼龙网、玻璃纤维纸中的任一种或其结合。

4.根据权利要求1或2所述的多功能太阳能储能装置，其特征在于，温差发电模块包括热端、冷端、电极的输出端，温差发电模块的热端与吸收涂层紧密接触，冷端连接有散热装置，电极的输出端连接有电力输出装置。

5.根据权利要求4所述的多功能太阳能储能装置，其特征在于，所述电力输出装置选自风扇、照明设备、USB接口中的任一种或其结合。

6.权利要求1-5中任意权利要求所述的多功能太阳能储能装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)：储能时，去除太阳能储能箱的真空盖，在吸收涂层上加上透明保温玻璃；将太阳能储能箱置于太阳灶模块的支架上，太阳能储能箱的吸收涂层作为吸收面置于聚光镜的焦点位置；太阳灶模块通过跟踪运动模块实时跟踪太阳，太阳光经过聚光镜聚焦之后，将能量聚焦到焦点，位于焦点处的吸收涂层吸收太阳能，热管的顶段为吸热段，并把能量传递给相变材料；另外，反射面将稍微偏离的太阳光反射到吸收涂层和扩展吸收涂层上，到达到扩展吸收涂层上的太阳能则通过热传导的方式传递到吸收涂层，进而将能量传递给相变材料；

(2)：使用时，将太阳能储能箱在太阳灶模块的支架上取下，并移出透明保温玻璃，热管的顶段作为放热段，吸收涂层和扩展吸收涂层作为辐射面向外辐射能量，用作做饭、烧水、取暖、干燥、温差发电；

(3)：不使用时，将太阳能储能箱的真空盖盖上。

Images