CN201690374U - 太阳能综合效应集能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种太阳能综合效应集能装置，安装在建筑物或地面的固定面，其特征是：该包括外置式的控制器、设于固定面的支架、支架四周所设的带进出风口的挡风板、由安装在支架下侧的管路系统和支架表侧的模块化集能板构成的集能单元、由支架的旁侧或底侧的模块化集水槽、集水管和集水箱构成的集水单元，以及由保温储水箱和储电系统构成的储能单元。通过模块化设计的一个集成装置，在同一个太阳光照射表下，能够同时实现太阳能光伏发电、太阳能热水、建筑隔热、雨水收集四项节能减排和太阳能利用的功能，综合效应显著。同时本实用新型结构，工艺简单，成本低廉，配置灵活，从而大大提高了综合效应性价比和使用范围。

Description

太阳能综合效应集能装置 

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能综合利用装置，尤其涉及一种在同一个太阳光照射表，能够同时实现太阳能光伏发电、太阳能热水、建筑隔热、雨水收集四项节能减排的太阳能综合效应集能装置。 

背景技术

节能减排和太阳能利用是当今世界发展的趋势，目前各种相关的技术和产品越来越多，但是成本和效率始终是节能减排和太阳能利用的瓶颈。具体存在着如下问题： 

首先太阳能热水器已经使用非常普遍，但是其成本很高，而且效率越高成本越高，另外，无论是屋顶型，还是阳台型，均会对建筑整体外观造成破坏。 

其次太阳能光伏发电成本极高，并且效率很低。 

再次建筑隔热成本高，并且仅仅隔离了热量，并没有加以利用。 

最后雨水回收利用，除了一些概念性建筑，几乎没有使用，原因是需要投入资金建立一套系统，虽然成本不高，但相对于其功能来说性价比太低。 

发明内容

针对目前上述四种节能减排和太阳能利用设备存在的功能单一、成本高、破坏建筑外观等情况，本实用新型的目的在于提出一种综合效应集能装置，以提高集能装置的综合效应性价比和使用范围。 

本实用新型的目的，将通过以下技术方案来实现： 

综合效应集能装置，安装在建筑物或地面的固定面，其特正在于：该装置包括外置式的控制器、设于固定面的支架、由安装在支架下侧的管路系统和支架表侧的模块化集能板构成的集能单元、由支架的旁侧或底侧的模块化集水槽、集水管和集水箱构成的集水单元，以及由保温储水箱和储电系统构成的储能单元。 

进一步地，前述的综合效应集能装置，其中该支架为拼接式网格架构，模块化集能板铺设于其中，并朝向固定面一体化延伸设有复数用于将支架固接在固定面上的固定脚。 

进一步地，前述的综合效应集能装置，其中该模块化集能板为中空多层结构平板，多层结构从上到下依次为，第一层，玻璃或塑料等透光材料的上层板；第二层，单晶硅或多晶硅太阳能电池；第三层，玻璃或塑料等透光材料或金属等导热材料；第四层，通水或其它液体；第五层，玻璃或塑料等隔热材料的下层板；第六层，保温材料或保温结构形成的保温层。其中第一、三层之间，三、五层之间四周边缘采用隔热密封条粘接，从而形成第二层和第四层的中空夹层。该模块化集能板的中空夹层中相异方向上分别贯穿设有进出水管，并与管路系统相连通。除此之外，第五层和第六层可以边缘粘接也可以面粘接。 

第一层起到透光和保护作用，太阳光透过第一层照射到第二层的太阳能电池，产生光伏发电效应，同时光伏发电剩余的能量除了一部分反射出去，其余的变为热量，并有部分光线继续透过第三层照射到第四层。热量和照射到第四层的太阳光将第四层中的水或其它液体加热，产生太阳能热水效应。第五层起 到密封和保温作用，而第六层起到进一步保温和支撑模块的作用。 

具体实施时也可以采用进一步的措施增强性能，比如可以抽出第二层的空气，使第二层附加保温效果，提高热效率。或可在第五层面向第四层的一面增加吸热镀层。同时也可以简化模块结构，以降低成本，例如取消第一、二、六层并加强第三、五层，这样失去了光伏发电的效应和保温效果，但是成本大幅下降，适合更广泛的普通用户。如果保留第六层可以在底成本基础上提高热效率。 

进一步地，前述的综合效应集能装置，其中该管路系统安装在支架内部，包括两根主管及复数支管；主管链接到保温储水箱的集热端进出水口，其中储水箱出水口安装有阀门。复数模块化集能板的进出水管分别接到相应支管，且该些模块化集热板在两根主管之间形成并联或串并联的形式。 

更进一步地，前述的综合效应集能装置，其中所述复数模块化集能板的进水管中分别设置有单向阀及压力传感器，且所有压力传感器与单向阀均信号连接到控制器，通过控制器接收压力传感器信号，检测模块化集能板的漏水情况，并控制相应的单向阀通断。 

进一步地，前述的综合效应集能装置，其中该模块化集水槽包括杂物收集处、过滤网板、雨水收集板、支架连接面、雨水收集孔及雨水收集水管；其中，雨水收集水管连接到集水箱，而该过滤网板为倾斜设置。 

进一步地，前述的综合效应集能装置为卧式结构或立式结构。 

应用本实用新型综合效应集能装置，其有益效果体现为： 

通过模块化设计的一个集成装置，在同一个太阳光照射表下，能够同时实现太阳能光伏发电、太阳能热水、建筑隔热、雨水收集四项节能减排和太阳能 利用的功能，综合效应显著。同时本实用新型结构，工艺简单，成本低廉，配置灵活，从而大大提高了综合效应性价比和使用范围。 

附图说明

图1是本实用新型集能装置一优选实施例的立体外观示意图； 

图2是本实用新型集能装置另一实施例的立体外观示意图； 

图3a是图1所示实施例未安装挡风板时的剖面示意图； 

图3b是图1所示实施例安装有挡风板时的剖面示意图； 

图4是图1所示实施例未安装模块化集水槽时的立体外观示意图； 

图5a是图4所示实施例未安装挡风板时的剖面示意图； 

图5b是图4所示实施例安装有挡风板时的剖面示意图； 

图6是图1所示实施例支架和管路系统的结构示意图； 

图7a是本实用新型不含太阳能光伏发电效益的模块化集能板的结构剖示图； 

图7b是本实用新型模块化集能板简化的结构剖示图； 

图7c是本实用新型模块化集能板标准结构的剖示图； 

图8是本实用新型模块化集能板中空夹层的俯视截面示意图； 

图9a是本实用新型管路系统二级并联的结构示意图； 

图9b是本实用新型管路系统串并联的结构示意图； 

图9c是图9a所示管路系统各支管串联一高效集能板的结构示意图； 

图9d是图9a所示管路系统一主管串联一高效集能板的结构示意图； 

图10是本实用新型模块化集水槽的结构示意图； 

图11是本实用新型集能装置的电气结构原理图。 

以上图中各附图标记的含义如下： 

11～模块化集能板、11a～高效集能板、111～上层板、112～下层板、113～中空夹层、114～光伏电池、115～隔热密封压条、116～集能板进出水管、117～保温层、12～管路系统、121～出水主管、122～进水主管、123～出水支管、124～进水支管、125～电磁水阀、126～压力传感器输出、13～支架、131～固定脚； 

21～挡风板、22～进出风口； 

31～模块化集水槽、311～杂物收集处、312～过滤网板、313～雨水收集板、314～集水槽与支架连接面、315～雨水收集孔、32～集水管、33～集水箱； 

4～控制器、41～无线通信接口、42～有限通信接口； 

5～固定面。 

具体实施方式

本实用新型设计的综合效应集能装置，从能源利用上可以分为集能和储能两部分，从应用上还可包括雨水收集和隔热两部分。如图1、图3a和图3b所示，整个装置一体化安装在建筑物或地面的固定面5，其结构特征可以概括为：在距离固定面5一定高度的位置，设一支架13，该支架13通过固定脚131定位在固定面5上；在支架13的上、下两侧分别安装有模块化集能板11和管路系统12，构成了该集能装置的集能单元；在支架13的下侧与固定面5之间的四周设有带进出风口22的挡风板21，形成该集能装置的一个隔热单元，此外，对应于集能单元的应用，该装置还包括由支架13旁侧或底侧所设的模块化集水槽31、集水管32和集水箱33构成的集水单元，以及用于储存所 收集到的能量的保温储水箱和储电系统(未图示)。集能单元通过支架固定在建筑物的屋顶、外墙面、地面或其他位置。通过模块化集能板采集太阳能进行光伏发电和太阳能热水，阻挡阳光直射屋顶或墙面，并在内部空气通道形成气流，带走屋顶和建筑外墙面等的热量。 

该集能装置包括集能单元、储能单元和集水单元的各功能模块是通过支架的固定脚悬空设置在安装面之上的支架一体化架构而成的。其中： 

如图6所示，该支架13由一个可拼接的网格架构组成，网格分布若干固定脚131，用于固定在安装面5上。支架13可以根据实际条件决定安装面积的大小，支架13内部布设包括由出水主管121、进水主管122、出水支管123和进水支管124构成的管路系统12；支架13上铺设或嵌设有模块化集能板11并可选配模块化集水槽31以及集水管32。支架13与安装面5留有一定高度的距离，使空气能够在支架13和安装面5中间流动。由于支架上安装有模块化集热板11，阳光不能直接照射到安装面5，同时加上支架13中间的气流，能够加快安装面5的散热。通过隔绝阳光直射和加快空气流动，能够大大降低安装面5的温度。同时支架13四周设有带进出风口22的挡风板21，降低了下方风压，提高了安全性。 

如图7a至7c所示，是本实用新型模块化集能板多个可行结构的剖面示意图。由这些附图可见：该与储电系统相连的模块化集能板11是中空多层结构平板，多层结构的下层板112可以采用塑料或玻璃或其他材料；上层板111可以采用太阳能光伏电池114。上、下层板在四周通过隔热密封压条115粘接，形成中空夹层113。如图8所示，在模块化集能板的中空夹层中相异方向上分别贯穿设有进出水管116，一端管路系统相连通，另一端穿过隔热密封压条 115与中空夹层113连通。该上层板111也可以不采用太阳能光伏板，而用玻璃板或金属板等导光或导热性能良好的其他材料，并在模块化集能板的中空夹层上侧通过一中间玻璃隔板与上层板之间埋设至少一块光伏电池。此时除了不能进行光伏发电外，不影响其他功能，而且具有更高的性价比。此外，如图7c所示的模块化集能板11，在其下层板112的底层，还贴附有一层保温层117，如此便能更有效地起到集热、保热的效果。 

在一个综合效应能源收集装置的所有模块化集能板中，可以任意配置具有光伏发电功能和没有光伏发电功能的集能板数量，以满足不同的需求。当系统配置具有光伏发电功能的集热模块后，可以组成光伏发电系统，本装置对于光伏发电的部分，关键在于本装置提高了对太阳能的综合利用效应，提高了系统性价比。对除光伏模块结构外的光伏发电系统本身的结构，包括光伏发电板的连接、电能储存、转换和输出等均不属于本实用新型保护的范围，可以采用现有的光伏发电技术。 

如图9a至9d所示，是本实用新型管路系统多种连接形式的结构示意图。该管路系统安装在支架内部，由进水主管122、出水主观121、若干进水支管124、进水出管123和模块化集能板的进出水管116组成，两根主管分别连接到保温储水箱的进出水口。 

在结构图9a中，模块化集热板11采用两级并联的形式连接。而在结构图9b中，则采用串并联结构。两种不同的结构适用于不同的使用要求，图9a所示结构具有更高的可靠性，而图9b所示结构成本更低。 

由于集热板的集热效率由集热板不同的材料和结构决定，为了降低成本，提高效率，管路系统还存在另外一种复合形式。 

在结构图9c中，该管路系统的第二层并联结构的各支路串联一个高效集热板。高效集热板可以利用现有的各种真空集热管、平板集热板、热管集热板等形式，水通过普通集热板预热提高了一定的水温，通过高效集热板后，得到了更高的水温。这个结构利用了大量普通的、低成本的集热板预热，结合少量高成本、高性能的高效率集热板达到了更高的整体性价比。 

而结构图9d是结构图9c的精简形式。其做法是将结构图9c中每个支路中设置一个高效集热板的方式简化为在主管上设置一个高效集热板，降低了结构的复杂性并降低了成本。同样能起到预热、高效升温的目的。 

上述四种管路系统结构中，在进水主管122前端设有均设有与控制器相连的电磁水阀125。在整个集能装置各功能单元发生漏水、损坏的情况下及时受控停水，并报警提示。 

如图10所示，是本实用新型模块化集水槽的结构示意图。雨水从模块化集水槽与支架的连接面314处流到模块化集水槽31中，模块化集水槽31内置一块过滤网板312，过滤网板横向略带倾斜，其下方有一个反向倾斜的雨水收集板313。过滤网板312下端与模块化集水槽31一侧外壳保持一段距离，并与雨水收集板313相接，形成一个槽，该槽为杂物收集处311。在雨水收集板311下端同样与模块化集水槽31另一侧外壳保持一段距离并连接到模块化集水槽31底部平面，在雨水收集板313下端与靠近一侧的模块化集水槽31外壳中间底板设置一个雨水收集孔315，雨水收集管32从该孔穿出，管开口处与模块化集水槽底板内侧高度一致或稍低。 

从集能模块流下的雨水，进入模块化集水槽过滤网板，雨水通过过滤网板到雨水收集板，并流入雨水收集管。而雨水中的大体积杂物留在网板上，并随 着水流逐渐落到杂物收集处。该模块化集水槽能够以较低的成本，简单的结构，过滤并收集雨水，通过选择不同的过滤网板，可以满足不同的杂物过滤要求。模块过滤网板的倾斜设计，能够大大减少过滤孔被堵塞的情况，同时便于杂物清理和整体清洁。 

集能部分可以配备模块化集水槽，模块化集水槽安装于支架的下方，由于支架两侧的挡风板略高于集能模块平面，因此雨水不会从支架两侧漏出，只能沿着支架流到下方，进入模块化集水槽。模块化集水槽能够过滤体积较大的杂物，防止堵塞，使雨水快速通过过滤，从雨水收集管流出。从收集管获得的雨水可以根据不同的使用需要进行过滤和存储、或直接存储。 

如图4、图5a和图5b所示，是本实用新型另一个实施例结构的立体外观示意图及其安装与未安装挡风板时的剖面示意图。从图中所示不难发现，该集能装置未选择性地安装模块化集水槽，虽然不具备收集雨水的功能，但这不影响该装置其他三项功能的使用。因此，其同样是一款太阳能综合效应的应用典范。 

除此之外，如图2所示，本实用新型的太阳能综合效应集能装置，根据应用场合的不同(例如对于竖直墙面的应用)，该集能装置的结构还可以是有别于图1所示实施例的竖直式。其整体结构设计为竖直紧贴墙面或竖直立置在水平地面上，且该集能装置模块化装配有位于支架底侧的集水槽31。 

如图11所示，是本实用新型集能装置的电气结构原理图。该集能装置除上述常规功能单元外，还包括一个对各功能单元进行监测、控制，以及对外扩展组网的控制器。该控制器4主要包括电源管理单元、通讯管理单元、安全信号管理单元、水阀控制单元。 

该集能装置在各模块化集能板的进出水口设有一压力传感器，并且所有压力传感器输出126通过线路引出汇总连接到控制器4的信号管理单元。当某一个模块化集能板损坏漏水、模块内水压下降，经传感器感压后信号通讯至控制器报损，由水阀控制单元驱动直接关闭进水主管122端的电磁水阀125，并给出报警信号。 

该控制器4的通讯管理单元有无线通信接口41、有线通信接口42及人机接口等对外接口，一方面可由外部系统监控，另一方面也便于该集能装置的大规模组网使用。 

该控制器的电源管理单元直接与储电系统相连接，能够有效实时监控集能装置转换的电能大小。 

综上，无论是平铺式还是竖直式，该太阳能综合效应集能装置籍由各功能单元的一体化集成设计，都具有利用太阳能光伏发电、太阳能热水、雨水收集、隔热四种新能源利用及环保技术，同时成本低廉，性价比高。装置具有模块化结构，能够根据不同的需求进行功能配置和功率配置。 

Claims (10)

1.太阳能综合效应集能装置，安装在建筑物或地面的固定面，其特正在于：所述装置包括外置式的控制器、设于固定面的支架、由安装在支架下侧的管路系统和支架表侧具有太阳能光伏发电和太阳能热水功能的模块化集能板构成的集能单元、由支架的旁侧或底侧的模块化集水槽、集水管和集水箱构成的集水单元，以及由保温储水箱和储电系统构成的储能单元。

2.根据权利要求1所述的太阳能综合效应集能装置，其特征在于：所述支架为拼接式网格架构，模块化集能板铺设于其中，并朝向固定面一体化延伸设有复数个用于将支架固接在固定面上的固定脚。

3.根据权利要求1所述的太阳能综合效应集能装置，其特征在于：所述模块化集能板为中空多层结构平板，多层结构的下层板为玻璃或塑料的平面基底，多层结构的上层板为太阳能光伏板、玻璃板或导热金属板，上下层之间一次成型或在四周通过隔热密封压条粘接形成一中空夹层。

4.根据权利要求3所述的太阳能综合效应集能装置，其特征在于：所述模块化集能板的中空夹层上侧通过一中间玻璃隔板与上层板之间埋设有至少一块光伏电池，且模块化集能板连接到储电系统。

5.根据权利要求3所述的太阳能综合效应集能装置，其特正在于：所述模块化集能板的下层板下还设有保温层。

6.根据权利要求3所述的太阳能综合效应集能装置，其特征在于：所述模块化集能板的中空夹层中相异方向上分别贯穿设有进出水管，并与管路系统相连通。 

7.根据权利要求1所述的太阳能综合效应集能装置，其特征在于：所述管路系统安装在支架内部，包括两根主管及复数支管；主管链接到保温储水箱的集热端进出水口，复数模块化集能板的进出水管分别接到相应支管，且该些模块化集热板在两根主管之间形成并联或串并联的形式。

8.根据权利要求7所述的太阳能综合效应集能装置，其特征在于：所述复数模块化集能板的进水管中分别设置有单向阀及压力传感器，且所有压力传感器与单向阀均信号连接到控制器。

9.根据权利要求1所述的太阳能综合效应集能装置，其特征在于：所述模块化集水槽包括杂物收集处、过滤网板、雨水收集板、支架连接面、雨水收集孔及雨水收集水管；其中，雨水收集水管连接到集水箱，而所述过滤网板为倾斜设置。

10.根据权利要求1所述的太阳能综合效应集能装置，其特征在于：所述装置为卧式结构或立式结构。 

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