CN110131906A - 一种提高太阳能利用率的太阳能热水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高太阳能利用率的太阳能热水器，包括相互连接的水箱和太阳能集热装置，还包括可旋转的太阳光反射板；所述太阳光反射板的旋转轴位于所述太阳能集热装置的底部，所述水箱表面附着柔性光伏板，所述柔性光伏板连接有蓄电池；所述太阳光反射板反射太阳光至所述太阳能集热装置或所述柔性光伏板。本发明使太阳光反射至柔性光伏板或太阳能集热装置，当水箱的温度达到使用要求时，可调节太阳光反射板反射光至柔性光伏板，可通过柔性光伏板发电输入蓄电池，由蓄电池储存电能。这样可将多余的太阳能转化为电能储存，既可作为电机的驱动电源，又可以用于家庭其他设备用电，从而提高了太阳光利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能热水器，特别涉及一种提高太阳能利用率的太阳能热水器。
背景技术
目前，随着太阳能热水器受到社会广泛认可、太阳能热水器技术和产品结构实现突破，以及国家政策大力推动和地方政府的强力支持，我国太阳能热水器市场增长迅猛。与传统的电热水器、燃气热水器相比，太阳能热水器具有节能高效、环保产生污染小、使用寿命长、成本低等优点。但太阳能热水器全日集热效率，国标经验值取40％～55％，实验数据取40％，仍有很大的提升空间。对目前的太阳能热水器来说，夏季光照强烈，辐射较强，真空热管温度较高，用户的不正当操作很容易导致爆管现象，造成财产损失，威胁用户人身安全；冬季北方部分地区太阳辐射的接收量较低，无法满足正常热水的供应。这两大问题一直是制约太阳能热水器发展的重要因素。同时，目前真空热管竖置，在中午的时候热损失过大，这个问题也导致太阳能热水器效率降低。国家标准《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB50364-2005中建议的热水器倾角为当地纬度±10°，本发明通过改变热水器的安装倾角，在热水器前加装铝板铝膜太阳光反射板，和柔性光伏板结合提出了一种高效利用太阳能的热水器。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种提高太阳能利用率的太阳能热水器。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种提高太阳能利用率的太阳能热水器，包括相互连接的水箱和太阳能集热装置，还包括可旋转的太阳光反射板；所述太阳光反射板的旋转轴位于所述太阳能集热装置的底部，所述水箱表面附着柔性光伏板，所述柔性光伏板连接有蓄电池；所述太阳光反射板反射太阳光至所述太阳能集热装置或所述柔性光伏板。
进一步地，所述太阳光反射板为铝箔膜太阳光反射板。
进一步地，所述太阳光反射板包括四块相互独立的子板；每块所述子板的左右两侧各自连接在一个连杆上，所述连杆连接在所述旋转轴上。
进一步地，还包括控制器和电机，所述太阳光反射板的旋转轴与所述电机的输出轴连接；所述控制器输出信号控制所述电机的工作。
进一步地，还包括太阳光追踪传感器，所述太阳光追踪传感器检测太阳光入射角并将检测信号输出至所述控制器。
进一步地，所述水箱内设有温度传感器；所述温度传感器检测水箱内水的温度并将检测信号输出至所述控制器。
进一步地，所述太阳能集热装置包括平板集热器。
进一步地，所述太阳能集热装置包括太阳能真空集热管。
进一步地，所述太阳能真空集热管平行于水平面。
本发明具有的优点和积极效果是：通过设置太阳光反射板、水箱表面附着柔性光伏板；采用温度传感器检测水箱的温度，采用太阳光追踪传感器检测太阳光入射角；两者输出信号至控制器，控制器输出信号驱动电机工作，电机和旋转轴相连，旋转轴带动太阳光反射板旋转，从而调节太阳光反射板相对水平面的角度。使太阳光反射至柔性光伏板或太阳能集热装置，当水箱的温度达到使用要求时，可调节太阳光反射板反射光至柔性光伏板，可通过柔性光伏板发电输入蓄电池，由蓄电池储存电能。这样可将多余的太阳能转化为电能储存，既可作为电机的驱动电源，又可以用于家庭其他设备用电，从而提高了太阳光利用率。可将太阳能真空集热管平行于水平面放置，使太阳能真空集热管由竖向放置改为横向放置，减小了在中午时刻真空热管的热损失。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的太阳光反射板反射太阳光到太阳能集热装置的工作原理示意图；
图3是本发明的太阳光反射板反射太阳光到柔性光伏板的工作原理示意图。
图中：1、水箱；2、温度传感器；3、控制器；4、太阳能集热装置；5、电机；6、减速器；7、太阳光反射板；8、旋转轴；9、子板；10、蓄电池11、导热块；12、柔性光伏板；13、太阳光追踪传感器；14、支架。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1至图3，一种提高太阳能利用率的太阳能热水器，包括相互连接的水箱1和太阳能集热装置4，以及支撑水箱等装置的支架14，还包括可旋转的太阳光反射板7；所述太阳光反射板7的旋转轴8位于所述太阳能集热装置4的底部，所述水箱1表面附着柔性光伏板12，所述柔性光伏板12连接有蓄电池10。所述太阳光反射板7的反射面与所述太阳能集热装置4的照射面相对，所述太阳光反射板7反射太阳光至所述太阳能集热装置4或所述柔性光伏板12。支架14支撑水箱和太阳能集热装置4。
进一步地，所述太阳光反射板7可为铝箔膜太阳光反射板7。铝箔膜太阳光反射板作为太阳光反射板7安装在热水器前端，铝箔膜价格便宜、质量轻且反射率可达95％以上，且不易积尘，是良好的反射材料。
所述太阳光反射板7可包括四块依次连接的子板9，所述太阳光反射板7可包括四块相互独立的子板9；每块所述子板9的左右两侧可各自连接在一个连杆上，所述连杆连接在所述旋转轴8上。将太阳光反射板7分为相互独立的且相互连接的四块子板9，每个子板9的长度和宽度比较小，重量轻，便于组合安装。
进一步地，本发明还可包括控制器3和电机5，所述太阳光反射板7的旋转轴8与所述电机5的输出轴连接；所述控制器3输出信号控制所述电机5的工作。控制器3可采用51系列单片机、STM32系列微处理器以及各种市场销售小型PLC控制器。PLC控制器3可选用西门子PLC的s7-200系列等。
进一步地，本发明还可包括太阳光追踪传感器13，所述太阳光追踪传感器13检测太阳光入射角并将检测信号输出至所述控制器3。可设置太阳光追踪传感器13，太阳光追踪传感器13可以单独安装也可以安装在太阳能集热装置4上；太阳光追踪传感器13可采用光电传感器检测太阳照射下遮光器的阴影，从而精确定位太阳与太阳能利用装置相对位置，实现太阳能利用装置的全程太阳追踪，可以实时监测太阳光入射角。
进一步地，所述水箱1可内设有温度传感器2；所述温度传感器2检测水箱1内水的温度并将检测信号输出至所述控制器3。温度传感器2可设置在内部，实时检测水箱1内水的温度。
温度传感器2和太阳光追踪传感器13的检测信号可输出至控制器3；对水箱1内水温和太阳入射角实施同步监测。温度传感器2和太阳光追踪传感器13与控制器3相连，控制器3与电机5电连接，电机5的输出轴和旋转轴8相连，旋转轴8带动太阳光反射板7旋转，控制太阳光反射板7相对水平面的角度。
控制器3对温度传感器2和太阳光追踪传感器13反馈的信号进行处理，进而通过电机5驱动模块来控制电机5。温度传感器2可选用Pt10型铂电阻温度传感器，太阳光追踪传感器13可选四象限光电池跟踪传感器。温度传感器2灵敏度高延时小，测量范围在0～200℃，满足测量要求。温度传感器2将温度转换为模拟信号，再通过模数转换器(Analog-to-Digital Converter)得到数字信号传递给控制器3，通过电机5驱动模块控制电机5转动。当所测水温达到预定温度时，电机5驱动模块输出信号控制电机5工作，通过电机5旋转太阳光反射板7，将太阳光反射到柔性光伏板12上。
上述控制器、温度传感器，太阳光追踪传感器、电机以及电机驱动模块等电气元件均可采用市售的产品，通过使用现有技术中的控制器、温度传感器，太阳光追踪传感器、电机以及电机驱动模块等电气元件及相应的常规控制电路，实现电机的自动启停及正反转。具体的电路连接和控制方法可根据产品说明书，采用常规技术手段的电路连接及常规控制方法即可。
所述太阳能集热装置4可包括太阳能真空集热管，或者，所述太阳能集热装置4可包括平板集热器。这两种集热装置均可以采用太阳光反射板7提高太阳光利用率。所述太阳能真空集热管可平行于水平面。可将太阳能真空集热管平行于水平面放置，使太阳能真空集热管由竖向放置改为横向放置，减小了在中午时刻真空热管的热损失。
本发明的工作原理：
通过温度传感器2、太阳光追踪传感器13和控制器3的结合，可以做到实时监测水温和太阳入射角，并根据温度传感器2、太阳光追踪传感器13的反馈信号：水温和太阳入射角；控制器3输出信号驱动电机5旋转，改变太阳光反射板7的角度，调节太阳能真空集热管吸收太阳能辐射量，解决热水器夏季爆管冬季水温不够的问题。
所述水箱1表面附着柔性光伏板12，所述柔性光伏板12连接有蓄电池10。柔性光伏板12连接有蓄电池10，将部分太阳光反射至柔性光伏板12，可实现太阳光能转变为电能储存。柔性光伏板12贴附在水箱1的表面，与水箱1贴合，节约了占地面积，同时柔性材料的选取能自由定义组合排列方式。蓄电池10与光伏板连接进行储电，蓄电池10既可用于给电机5提供电力。也可供一些家用小功率用电器的电源。
所述太阳能集热装置4采用太阳能真空集热管，将太阳能真空集热管平行于地面放置，太阳能真空集热管前端导热块11接入水箱1中。将太阳能真空集热管横置有效降低了在中午时刻太阳能热水器的热损失，提高了热效率。
一天开始时，阳光一部分直接照射到太阳能集热装置4上，另一部分照射到太阳光反射板7上，通过反射间接地照射到太阳能集热装置4上。可设定水温范围为40°—70°，太阳能集热装置4吸收太阳的辐射能量，加热水箱1中的水，当水箱1中的水高于设定温度上限70°时，温度传感器2发出检测信号，同时太阳光追踪传感器13可以监测接收到太阳入射角的角度，温度传感器2和太阳光追踪传感器13将相应的检测信号发送给给控制器3，由控制器3控制电机5，电机5带动减速器6，减速器6带动旋转轴8，旋转轴8带动太阳光反射板7，实现太阳光反射板7角度的改变，使照射到太阳光反射板7上的阳光将会被反射到柔性光伏板12上，柔性光伏板12利用太阳直射及反射的阳光进行发电，并将电能储存到蓄电池10中。当水箱1中的水温低于设定的温度下限40°时，温度传感器2发出检测信号，同时太阳光追踪传感器13可以监测接收到太阳入射角的角度，温度传感器2和太阳光追踪传感器13将相应的检测信号发送给给控制器3，由控制器3控制电机5，实现太阳光反射板7角度的再次改变。此后太阳光将会再次被反射到太阳能集热装置4上，以满足热水的供应。
太阳入射角也可根据当地的天文资料，按照时间和入射角的对应关系存储在存储器中，作为控制器3的可调用数据，替代太阳光追踪传感器13输出的检测值数据，电机5可采用步进电机或伺服电机，太阳光反射板7的初始角度及角度调节幅度可由当地实际纬度等地理条件选定。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (9)
1.一种提高太阳能利用率的太阳能热水器，包括相互连接的水箱和太阳能集热装置，其特征在于，还包括可旋转的太阳光反射板；所述太阳光反射板的旋转轴位于所述太阳能集热装置的底部，所述水箱表面附着柔性光伏板，所述柔性光伏板连接有蓄电池；所述太阳光反射板反射太阳光至所述太阳能集热装置或所述柔性光伏板。
2.根据权利要求1所述的提高太阳能利用率的太阳能热水器，其特征在于，所述太阳光反射板为铝箔膜太阳光反射板。
3.根据权利要求1所述的提高太阳能利用率的太阳能热水器，其特征在于，所述太阳光反射板包括四块相互独立的子板；每块所述子板的左右两侧各自连接在一个连杆上，所述连杆连接在所述旋转轴上。
4.根据权利要求1所述的提高太阳能利用率的太阳能热水器，其特征在于，还包括控制器和电机，所述太阳光反射板的旋转轴与所述电机的输出轴连接；所述控制器输出信号控制所述电机的工作。
5.根据权利要求4所述的提高太阳能利用率的太阳能热水器，其特征在于，还包括太阳光追踪传感器，所述太阳光追踪传感器检测太阳光入射角并将检测信号输出至所述控制器。
6.根据权利要求4所述的提高太阳能利用率的太阳能热水器，其特征在于，所述水箱内设有温度传感器；所述温度传感器检测水箱内水的温度并将检测信号输出至所述控制器。
7.根据权利要求1所述的提高太阳能利用率的太阳能热水器，其特征在于，所述太阳能集热装置包括平板集热器。
8.根据权利要求1所述的提高太阳能利用率的太阳能热水器，其特征在于，所述太阳能集热装置包括太阳能真空集热管。
9.根据权利要求8所述的提高太阳能利用率的太阳能热水器，其特征在于，所述太阳能真空集热管平行于水平面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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