CN114440471B - 一种光伏太阳能热水器一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏太阳能热水器一体化装置，包括太阳能跟踪装置、光热热水器装置、光伏发电装置。跟踪装置包括底座、水平转动装置、支架以及电动推杆，底座装有驱动水平面转动的第一电机和改变光伏板倾角的电动推杆；光热热水器装置包括透明可转动真空管、保温水箱、软管和汇流装置，真空管内横置黑色吸热片，真空管两端有汇流装置，真空管与汇流装置与保温水箱用软管相连，真空管底端装有齿轮，由第二电机驱动，可控制真空管旋转角度；光伏发电装置包括光伏板，光伏板固定在真空管下部；本发明通过跟踪装置调整太阳能板方位和倾角，真空管转动角度调节光伏光热效果，实现发电和热水同时作用，按不同需求改变发电与集热所利用太阳辐射的比例。

Description

一种光伏太阳能热水器一体化装置

技术领域

本发明属于太阳能装置技术领域，具体涉及一种光伏太阳能热水器一体化装置及其使用方法。

背景技术

经济高速的发展和人民日常生活水平的进步都离不开能源的耗用，化石能源毫无节制的使用，使我们面临严重的能源危机和环境危机。开发和寻找新的可持续并且清洁的替代能源已经成了21世纪最为重要的课题之一。太阳能作为没有公害的能源之一，取之不尽，用之不竭，一直以来都是研究的热点。太阳能热水器因为良好的经济性与环保被广泛运用，但当太阳辐射强度过高时，太阳能热水器所加热的热水温度过高，无法充分利用太阳能。而普通的光伏电池在工作时因此利用太阳能光热的时候同时进行发电也成为研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能光伏发电的太阳能热水器装置，以解决上述太阳能热水器在光照强度较强时水温过高，太阳能综合利用率低的状况，进而提高整个装置的能源利用率。本发明所解决的第二个技术问题是，提供一种光伏发电与集热一体化的方法。本发明所解决的第三个技术问题是，提供一种控制真空管旋转，调节光伏光热效果比例的方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种光伏太阳能热水器一体化装置，包括太阳能跟踪装置、太阳能集热装置、光伏发电装置，所述太阳能跟踪装置包括底座、水平面转动装置、支架以及电动推杆，所述底座安装有第一电机，所述顶端底座转动安装有竖向设置的所述水平面转动装置，所述水平面转动装置由所述第一电机驱动，所述底座上部转动安装有电动推杆；所述太阳能光伏板固定安装于所述面板上，所述集热装置包括真空管，内部横向固定有黑色吸热薄片，所述发电装置包括太阳能光伏板。作为一种改进的方式，每个所述集热真空管的底端设有一个齿轮，所述输入轴上固定安装有第二电机，每一个所述集热真空管通过齿轮与所述第二电机传动连接。作为一种改进的方式，所述真空管可通过旋转，调整吸热面与太阳光角度，从而控制集热利用的太阳能与光伏发电所利用的太阳能比例。作为一种改进的方式，所述底座装有水平面转动装置和推杆装置，可同时调节太阳能光伏板和真空管朝向与倾斜角度。为解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种光伏太阳能热水器一体化装置的发电方法，通过控制器控制调整推杆和水平面转动轴的转动调整太阳能光伏板的方位角和高度角、通过控制器控制第三电机来调整每个所述集热真空管内部黑色吸热面的旋转方向和角度，使得部分太阳光线透过真空管照射到光伏板后进行光伏发电。为解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种光伏太阳能热水器一体化装置的集热方法，通过控制器控制调整推杆和水平面转动轴的转动调整真空管的方位角和高度角、通过控制器控制第三电机来调整每个所述集热真空管内部黑色吸热面的旋转方向和角度，使得部分太阳光被黑色吸热薄片吸收集热。为解决上述第三个技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种通过齿轮旋转以控制真空管旋转，调节光伏光热效果比例的方法，通过控制器控制第二电机利用齿轮带动真空管上的齿轮从而驱使真空管转动。采用上述技术方案所取得的技术效果为：

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明实现太阳能光伏板光伏发电和光热集热一体化，并非简单地将两种太阳能装置结合在一起，减少占用空间，并且节约材料；

2.本发明在实现太阳能光伏板光伏发电和光热集热自由切换的同时，能够根据实时的光照强度，选择最符合要求的太阳能利用方式，以提高太阳能综合利用率；

3.本发明通过太阳能跟踪装置和旋转真空管，能够调节光热集热的效果，防止水温过高，延长装置使用寿命；

4.本发明在进行太阳能光伏发电时，真空管能吸收部分热能，从而能防止太阳能光伏板温度过高，提高光伏发电效率；

5.本发明在太阳能辐射强度过高时，可以调节真空管内部吸热材料角度，在抑制过高水温出现的同时，利用部分太阳能进行光伏发电，提高太阳能综合利用率；

6.本发明中真空管个数不固定，且太阳能光伏板的大小也不固定，可根据实际情况进行确定和选择，适用范围广。由于通过控制器控制调整推杆和水平面转动装置的转动调整太阳能光伏板的方位角和高度角、通过控制器控制第二电机来调整每个所述集热真空管内部吸热材料面的旋转方向和角度，使得每个集热真空管和光伏板与太阳光线垂直后进行集热与光伏发电。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为本发明光伏太阳能热水器一体化装置示意图；图2为图1的侧面图；图3为本发明光伏板与集热管示意图；图4为部分光伏板与集热管横截面图；图5、图6为本发明工作示意图；其中图5为最大程度集热工作示意图，图6为非最大程度集热工作示意图。图中各标号包括：1-保温水箱，2-支架，3-底座，4-电动推杆，5-循环回水管，6-循环入水管，7-热水汇流箱，8-旋转真空管，9-软管，10-齿轮，11-第二电机，12-冷水汇流箱，13-太阳能光伏板，14-黑色吸热面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅只是本发明一部分实施例，而非全部实施例。如图1和图2共同所示，光伏太阳能热水器一体化装置，包括太阳能跟踪装置和光热热水器装置与光伏发电装置，太阳能跟踪装置包括支架2，底座3，电动推杆4，，底座3内安装有第一电机（图中未示出），底座3上布置有水平面转动装置，水平面转动装置由第一电机驱动，可驱动整个装置水平转动。底座3上安装电动推杆4，可改变光伏板与真空管倾斜角度。光热热水器装置包括保温水箱1，循环回水管5，循环入水管6，热水汇流箱7，冷水汇流箱12，旋转真空管8，软管9，齿轮10，第二电机11，保温水箱1固定安装于支架2上部，热水汇流箱7与冷水汇流箱分别水平固定于光伏板表面的上端与底端，旋转真空管8与汇流箱之间通过软管9连接，热水汇流箱7与保温水箱1之间通过循环回水管5连接，冷水汇流箱12与保温水箱1之间通过循环入水管6连接。旋转真空管8两端安装有齿轮，相互啮合，内部固定有黑色吸热面14，冷水汇流箱12一端安装有第二电机11，旋转真空管8由第二电机11驱动，通过旋转真空管8的转动改变黑色吸热面14角度。旋转真空管8的个数不固定，可以根据当地实际情况进行选择，本发明以12个形状一致旋转真空管8为例进行说明，通过太阳能跟踪装置可以进行调节旋转真空管8整体的方位角和高度角，使得整个装置在进行光热利用时始终与太阳光线保持垂直。进行集热时，第二电机11改变旋转真空管8和黑色吸热面14角度，进行集热。光伏发电装置包括太阳能光伏板13，太阳能光伏板13一端固定于底座3，太阳能光伏板13背部与电动推杆4连接，太阳能光伏板13倾角由电动推杆4驱动，太阳能光伏板13的大小不固定，可以根据当地实际情况进行选择，通过太阳能跟踪装置可以进行调节太阳能光伏板13的方位角和倾角，使得整个装置在进行光热利用时始终与太阳光线保持垂直。太阳辐射强度过高时，第二电机11改变旋转真空管8和黑色吸热面14角度，使黑色吸热面14与太阳光线的有效接触面积减少，透过真空管的太阳光增多，从而进行光伏发电。第一电机、电动推杆4，第二电机11均与控制器连接。通过控制器控制第一电机来调整整个装置的转动方向，用于调整旋转真空管8和太阳能光伏板13在水平方向上的方位角，通过控制器控制电动推杆4来调整旋转真空管8和太阳能光伏板13的倾斜角度，保证旋转真空管8和太阳能光伏板13工作时与太阳光线垂直；通过控制器控制第二电机11来调整旋转真空管8和黑色吸热面14角度，从而调节光伏光热效果比例，能够提高太阳能利用率。使用光伏太阳能热水器一体化装置进行光伏发电的方法为：当判断当前集热系统水温低于相应要求时，通过电机控制旋转真空管8和黑色吸热面14角度，使黑色吸热面14与光伏板13保持平行状态，最大限度的进行集热，如图5所示。当判断当前集热系统水温达到相应要求时，减少集热效果，增大光伏发电效果，通过电机控制旋转真空管8和黑色吸热面14角度，使黑色吸热面14与光伏板13保持一定角度，角度可在0°-90°范围内调节，减少集热面有效面积，在集热的同时进行光伏发电，如图6所示。故本发明提供的一种光伏太阳能热水器一体化装置实现旋转真空管8集热和太阳能光伏板13光伏发电自由转换，通过收集当地当天的光照强度，能够选择出适宜该装置的太阳能利用方式，在真空管8集热时，能够进行光伏板13光伏发电，同时也有效降低了光伏板13光伏发电时的温度，进而提高了太阳能的利用效率，整个装置的应用范围也比其他太阳能装置更广。

Claims (1)

1.一种光伏太阳能热水器一体化装置，其特征在于太阳能跟踪装置、集热装置与发电装置；

所述太阳能跟踪装置包括底座、水平面转动装置、电动推杆、支架、旋转真空管控制装置，所述底座安装有水平转动装置及推杆，所述水平面转动装置由第一电机驱动；

所述集热装置包括真空管、软管、汇流装置和保温水箱，所述真空管可旋转，所述真空管与所述汇流装置之间以及所述汇流装置与所述保温水箱之间均通过软管相连，利用自然对流使水循环流动，每个可旋转真空管，包括但不限于内部横向固定有黑色吸热薄片，以及真空管外壁部分涂有吸热材料；

所述发电装置包括太阳能光伏板，所述太阳能光伏板放置于真空管下部；

每个所述真空管可旋转，底端设有齿轮，输入轴上固定安装有第二电机，每一个所述齿轮通过齿轮与所述第二电机传动连接；

通过控制器控制调整电动推杆和水平面转动装置的转动调整真空管的倾角、通过控制器控制第二电机来调整每个可旋转真空管角度，使得每个可旋转真空管的吸热面与太阳光线达到一定角度后进行集热，太阳能光伏板利用投过的太阳光进行光伏发电；

当判断当前集热系统水温低于相应要求时，通过第二电机控制旋转真空管和黑色吸热薄片角度，使黑色吸热薄片与光伏板保持平行状态，最大限度的进行集热；

当判断当前集热系统水温达到相应要求时，减少集热效果，增大光伏发电效果，通过第二电机控制旋转真空管和黑色吸热薄片角度，使黑色吸热薄片与光伏板保持一定角度，角度可在0°-90°范围内调节，减少集热面有效面积，在集热的同时进行光伏发电。