CN112367007B - 一种楼宇温差发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种楼宇温差发电系统，包括若干个太阳能‑温差发电单元，水管、隔热层、第一热电转换装置、第二热电转换装置、控制装置、蓄电池、热水水箱、温水水箱、恒温水箱和常温水箱。本发明基于太阳能光电电池与半导体温差发电的技术原理，提出了能够应用在楼宇上的太阳能‑温差发电单元，并且通过埋设在楼宇外墙内的水管和设置在楼宇内部的多个不同水温的水箱，同时考虑楼宇用户用水和用电需求，在满足用户需求的前提下，通过对水资源的有效调用，实现了对太阳能的充分利用。

Description

一种楼宇温差发电系统
技术领域
本发明涉及太阳能-温差发电技术领域，具体而言涉及一种楼宇温差发电系统。
背景技术
光电转换对太阳光的波长具有选择性，一般波长在200nm～800nm可用于光电转换，其余波长的光不起作用。太阳能电池输出特性随着温度变化，开路电压变小而短路电流略增，太阳能光电转换效率受温度影响较大。半导体温差发电恰好可以解决光伏电池发电时存在的问题，他利用热发电波长在800nm～3000nm的光，吸收太阳能电池背面热量，降低其表面温度。
然而，目前太阳能光电电池与半导体温差发电的研究多是停留在实验室阶段，太阳能发电和温差发电如何有效结合并应用在具体实例中，以实现从多角度实现资源的有效整合，还比较少见。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种楼宇温差发电系统，基于太阳能光电电池与半导体温差发电的技术原理，提出了能够应用在楼宇上的太阳能-温差发电单元，并且通过埋设在楼宇外墙内的水管和设置在楼宇内部的多个不同水温的水箱，同时考虑楼宇用户用水和用电需求，在满足用户需求的前提下，通过对水资源的有效调用，实现了对太阳能的充分利用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种楼宇温差发电系统，所述楼宇温差发电系统包括若干个太阳能-温差发电单元，水管、隔热层、第一热电转换装置、第二热电转换装置、控制装置、蓄电池、热水水箱、温水水箱、恒温水箱和常温水箱；
所述若干个太阳能-温差发电单元铺设在楼宇外墙外侧面上，用于吸收照射至楼宇外墙的太阳光，将其中部分光能转换成电能，存储至蓄电池中，其余光能转换成热能；
所述水管铺设在楼宇外墙内部，水管的管侧面与太阳能-温差发电单元连接，进水口通过进水装置与常温水箱连接，出水口通过出水装置与热水水箱连接；所述太阳能-温差发电单元将转换生成的热能传递至水管表面，对水管内的蓄水进行加热，当水管内的蓄水温度达到第一预设水温时，打开出水装置，将水管内的蓄水导入热水水箱，关闭出水装置，开启进水装置直至水管内重新装满蓄水，关闭进水装置；所述隔热层设置在楼宇外墙内部，与吸热层平行，位于水管远离吸热层的一侧；
所述第一热电转换装置的热源端与热水水箱连接，冷源端与常温水箱连接，根据控制装置的控制指令利用热水水箱和常温水箱内蓄水的温差进行发电，经第一热电转换装置处理后的热水水箱的水返回至热水水箱，经第一热电转换装置处理后的常温水箱的水返回至常温水箱，第一热电转换装置产生的电能经升压整平后存储至蓄电池，直至热水水箱内的水温下降至第二预设水温，将热水水箱内的蓄水导入温水水箱；
所述第二热电转换装置的热源端与温水水箱连接，冷源端与常温水箱连接，根据控制装置的控制指令利用温水水箱和常温水箱内蓄水的温差进行发电，经第二热电转换装置处理后的温水水箱的水返回至温水水箱，经第二热电转换装置处理后的常温水箱的水返回至常温水箱，第二热电转换装置产生的电能经升压整平后存储至蓄电池，直至温水水箱内的水温下降至第三预设水温，将温水水箱内的蓄水导入恒温水箱；
所述控制装置结合热水水箱、温水水箱、恒温水箱在当前时刻的预估用水量和实时水位高度自适应地调节第一热电转换装置和第二热电转换装置的单位时间发电量。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述水管呈多道弯曲状布设在楼宇外墙内部。
进一步地，所述控制装置根据用户需求设置第三预设温度的取值，再根据天气情况和季节情况动态调整第一预设温度、第二预设温度的取值。
进一步地，对于夏季晴天场景，设所述第三预设温度为40°，则所述第一预设温度为80°，所述第二预设温度为60°。
进一步地，所述太阳能-温差发电单元包括太阳能光电转换面板和吸热层；
所述太阳能光电转换面板铺设在楼宇外墙外侧面上，用于吸收照射至楼宇外墙的太阳光，将其中部分光能转换成电能，存储至蓄电池中；
所述吸热层涂敷在楼宇外墙外侧面上，位于太阳能光电转换面板下方，与水管的管侧面连接，将太阳能-温差发电单元转换生成的热能传递至水管的管侧面。
进一步地，所述水管与吸热层连接的管侧面呈平面状。
本发明的有益效果是：
基于太阳能光电电池与半导体温差发电的技术原理，提出了能够应用在楼宇上的太阳能-温差发电单元，并且通过埋设在楼宇外墙内的水管和设置在楼宇内部的多个不同水温的水箱，同时考虑楼宇用户用水和用电需求，在满足用户需求的前提下，通过对水资源的有效调用，实现了对太阳能的充分利用。
附图说明
图1是本发明的楼宇温差发电系统的结构示意图。
图2是本发明的太阳能-温差发电单元的结构示意图。
图3是本发明的水管的俯视示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
结合图1，本发明提出一种楼宇温差发电系统，所述楼宇温差发电系统包括若干个太阳能-温差发电单元，水管、隔热层、第一热电转换装置、第二热电转换装置、控制装置、蓄电池、热水水箱、温水水箱、恒温水箱和常温水箱。
所述若干个太阳能-温差发电单元铺设在楼宇外墙外侧面上，用于吸收照射至楼宇外墙的太阳光，将其中部分光能转换成电能，存储至蓄电池中，其余光能转换成热能。
所述水管铺设在楼宇外墙内部，水管的管侧面与太阳能-温差发电单元连接，进水口通过进水装置与常温水箱连接，出水口通过出水装置与热水水箱连接；所述太阳能-温差发电单元将转换生成的热能传递至水管表面，对水管内的蓄水进行加热，当水管内的蓄水温度达到第一预设水温时，打开出水装置，将水管内的蓄水导入热水水箱，关闭出水装置，开启进水装置直至水管内重新装满蓄水，关闭进水装置；所述隔热层设置在楼宇外墙内部，与吸热层平行，位于水管远离吸热层的一侧。
所述第一热电转换装置的热源端与热水水箱连接，冷源端与常温水箱连接，根据控制装置的控制指令利用热水水箱和常温水箱内蓄水的温差进行发电，经第一热电转换装置处理后的热水水箱的水返回至热水水箱，经第一热电转换装置处理后的常温水箱的水返回至常温水箱，第一热电转换装置产生的电能经升压整平后存储至蓄电池，直至热水水箱内的水温下降至第二预设水温，将热水水箱内的蓄水导入温水水箱。
所述第二热电转换装置的热源端与温水水箱连接，冷源端与常温水箱连接，根据控制装置的控制指令利用温水水箱和常温水箱内蓄水的温差进行发电，经第二热电转换装置处理后的温水水箱的水返回至温水水箱，经第二热电转换装置处理后的常温水箱的水返回至常温水箱，第二热电转换装置产生的电能经升压整平后存储至蓄电池，直至温水水箱内的水温下降至第三预设水温，将温水水箱内的蓄水导入恒温水箱。
所述控制装置结合热水水箱、温水水箱、恒温水箱在当前时刻的预估用水量和实时水位高度自适应地调节第一热电转换装置和第二热电转换装置的单位时间发电量。
结合图2，优选的，所述太阳能-温差发电单元包括太阳能光电转换面板和吸热层。
所述太阳能光电转换面板铺设在楼宇外墙外侧面上，用于吸收照射至楼宇外墙的太阳光，将其中部分光能转换成电能，存储至蓄电池中。
所述吸热层涂敷在楼宇外墙外侧面上，位于太阳能光电转换面板下方，与水管的管侧面连接，将太阳能-温差发电单元转换生成的热能传递至水管的管侧面。
由于本发明的热能是依靠接触的方式进行传递，为了更加有效地利用热能，本发明还设计如下所述水管与吸热层连接的管侧面呈平面状，以增加接触面。另外，由于太阳能光电转换面板呈大面积覆盖式排布，因此所述水管呈多道弯曲状布设在楼宇外墙内部，提高水管的排布效率。
本发明基于太阳能光电电池与半导体温差发电的技术原理，提出了能够应用在楼宇上的太阳能-温差发电单元，并且通过埋设在楼宇外墙内的水管和设置在楼宇内部的多个不同水温的水箱，同时考虑楼宇用户用水需求和用电需求，在满足用户需求的前提下，通过对水资源的有效调用，实现了对太阳能的充分利用。
首先，本发明通过铺设在楼宇外表面上的太阳能光电转换面板确保蓄电池内可以完成基础电量的存储，同时实现了对太阳能的直接有效运用。然后，设置具有不同水温的多级水箱，结合楼宇用户的用水需求和当前水位，精确控制发电量，在满足用户用水需求的前提下，利用温差进行发电，对太阳能发电进行动态补充。
在本发明中，用户可以根据自身使用需求，随时从热水水箱、温水水箱、恒温水箱内取水使用，热水水箱和温水水箱内的蓄水在发电后温度会下降，当下降至一定幅度时，将其转移至温水水箱和恒温水箱，也就是说，热水水箱、温水水箱、恒温水箱的水位是动态变化的。而热水水箱内的热水完全依赖于墙壁外侧太阳能加热得到，节能环保。
本发明以用户的使用需求为本，只有在用户的用水需求得到满足且有充足的热水余量时才会利用温差进行发电，并且，考虑到热水的应用场合，按照水温由高到低的顺序依次设置优先级，当热水水箱内实时水位大于当前用水需求对应的水位时，加大第一热电转换装置的发电效率，当温水水箱内的实时水位大于对应的用水需求水位时，再加大第二热电转换装置的发电效率。由于热水水箱内的水会补入温水水箱，因此，在计算温水水箱内的用水需求水位时，应当结合热水水箱的实时水位和实时温度进行。
在一些例子中，所述控制装置根据用户需求设置第三预设温度的取值，再根据天气情况和季节情况动态调整第一预设温度、第二预设温度的取值。例如，对于夏季晴天场景，考虑到太阳能充足且用户用热水的频率较低，可以将预设温度的取值设置的较高些，如所述第三预设温度为40°，对应的所述第一预设温度为80°，所述第二预设温度为60°，以形成较大的阶梯温度差。而对于夏季阴天等太阳能不足的场景，第一预设温度、第二预设的取值可以较低些，避免蓄水长时间停留在水管内，继而将热量浪费在墙体内，造成墙体升温。对于冬季场景，由于外界气温低，如果不将热能加以快速利用，很容易扩散至空气中造成浪费，同时考虑到用户使用热水的频率较高，此时可以将第一预设温度、第二预设的取值设置的较低些，以实现热能的快速转换应用。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种楼宇温差发电系统，其特征在于，所述楼宇温差发电系统包括太阳能发电单元、水管、隔热层、第一热电转换装置、第二热电转换装置、控制装置、蓄电池、热水水箱、温水水箱、恒温水箱和常温水箱；
所述太阳能发电单元包括若干太阳能光电转换面板和吸热层，太阳能光电转换面板铺设在楼宇外墙外侧面上，用于吸收照射至楼宇外墙的太阳光，将其中部分光能转换成电能并存储至蓄电池中，吸热层涂敷在楼宇外墙外侧面上，位于太阳能光电转换面板下方，与水管的管侧面连接，用于将太阳光的部分热能传递至水管的管侧面；
所述水管铺设在楼宇外墙内部，水管的管侧面与太阳能发电单元连接，进水口通过进水装置与常温水箱连接，出水口通过出水装置与热水水箱连接；吸热层将太阳光的部分热能传递至水管表面，对水管内的蓄水进行加热，当水管内的蓄水温度达到第一预设水温时，打开出水装置，将水管内的蓄水导入热水水箱，关闭出水装置，开启进水装置直至水管内重新装满蓄水，关闭进水装置；所述隔热层设置在楼宇外墙内部，与吸热层平行，位于水管远离吸热层的一侧；
所述第一热电转换装置的热源端与热水水箱连接，冷源端与常温水箱连接，根据控制装置的控制指令利用热水水箱和常温水箱内蓄水的温差进行发电，经第一热电转换装置处理后的热水水箱的水返回至热水水箱，经第一热电转换装置处理后的常温水箱的水返回至常温水箱，第一热电转换装置产生的电能经升压整平后存储至蓄电池，直至热水水箱内的水温下降至第二预设水温，将热水水箱内的蓄水导入温水水箱；
所述第二热电转换装置的热源端与温水水箱连接，冷源端与常温水箱连接，根据控制装置的控制指令利用温水水箱和常温水箱内蓄水的温差进行发电，经第二热电转换装置处理后的温水水箱的水返回至温水水箱，经第二热电转换装置处理后的常温水箱的水返回至常温水箱，第二热电转换装置产生的电能经升压整平后存储至蓄电池，直至温水水箱内的水温下降至第三预设水温，将温水水箱内的蓄水导入恒温水箱；
所述控制装置结合热水水箱、温水水箱、恒温水箱在当前时刻的预估用水量和实时水位高度自适应地调节第一热电转换装置和第二热电转换装置的单位时间发电量；
所述控制装置根据用户需求设置第三预设温度的取值，再根据天气情况和季节情况动态调整第一预设温度、第二预设温度的取值，对于夏季晴天场景，设所述第三预设温度为40°，则所述第一预设温度为80°，所述第二预设温度为60°。
2.根据权利要求1所述的楼宇温差发电系统，其特征在于，所述水管呈多道弯曲状布设在楼宇外墙内部。
3.根据权利要求1所述的楼宇温差发电系统，其特征在于，所述水管与吸热层连接的管侧面呈平面状。
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