CN202303959U

CN202303959U - 一种综合利用太阳能和空气能的集成供能系统

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Publication number: CN202303959U
Application number: CN2011203757570U
Authority: CN
Inventors: 区煜广; 区文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-09-28

Abstract

本实用新型公开了一种综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，包括用于聚集太阳能的集热系统、利用太阳能及空气能的热电联产系统、热水系统和能源管理系统，其中：所述利用太阳能及空气能的热电联产系统包括半导体温差发电装置，用于利用太阳能发电及供热或利用空气能供热；所述集热系统包括太阳能聚集装置，设置在所述半导体温差发电装置的热面侧，用于为所述半导体温差发电装置的热面供热；所述热水系统设置在半导体温差发电装置的冷面侧，用于吸收半导体温差发电装置冷面的热量给水加热。利用本实用新型可及集太阳能和空气能利用于一体，不仅能实现利用太阳能发电及供热，在无光照或太阳光强度不足的情况下还能利用空气能持续供热。

Description

一种综合利用太阳能和空气能的集成供能系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能及空气能应用领域，尤其涉及的是一种综合利用太阳能和空气能的集成供能系统。

背景技术

太阳能及空气能作为主要的可再生能源，因其清洁、安全及可再生等诸多优点而成为二十一世纪可再生能源开发的重点对象。目前人类对太阳能的利用主要集中在发电与供热两方面，太阳能发电主要有两种方式：一种是太阳能光伏发电，另一种是太阳能热发电。太阳能光伏发电是利用太阳能电池将光能转化为电能，在配合蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜、自动太阳能跟踪系统、自动太阳能组件除尘系统等设备完成发电过程，这种发电方式的成本很高，而且光伏电池的制造耗能很大。太阳能热发电是利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的，但是这种发电方式需要建热电厂，要消耗大量的水资源，既不适合建在无水的沙漠地区，又不适合建在城市，且投资巨大。太阳能供热，其基本原理是通过集热器把太阳能转化成热能，从而将凉水加热成方便使用的热水，以供直接生活使用或取暖。但是利用太阳能供热在无光照和太阳光照强度不足的情况下，就无法满足人们对热能持续充足供应的需求。为了克服上述太阳能供热在无光照和光照强度不足情况下难以持续充足供热的缺陷，近年来出现了压缩机空气能供热技术，其基本原理是通过压缩机压缩空气从而产生热能给水加热，从而将电能或者其它能源转换成热能。虽然该技术能在无光照的条件下工作，但是由于压缩机本身的缺陷，使其在寒冷的空气中很难将空气压缩产生热能，从而大大的降低了其节能效果，甚至在高寒的北方空气能压缩机供热技术根本无法使用。另外，现在的太阳能利用系统和空气能利用系统都是相互独立的，人们要想同时实现对太阳能和空气能的利用，就必须制备两套系统，所以人们在同时利用太阳能和空气能的时候，不但面临着上述太阳能利用系统和空气能利用系统的诸多问题，还将面临着安装两套系统制造成本过高，而且制造和安装过程都相当复杂的问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，以解决现有技术中太阳能及空气能利用存在的太阳能发电系统制造成本高、能源消耗大，太阳能供热不可持续和空气能供热适用地域窄，以及综合利用成本过高和安装过程复杂等技术问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其包括聚集太阳能的集热系统、利用太阳能及空气能的热电联产系统、热水系统和能源管理系统，其中：所述利用太阳能及空气能的热电联产系统包括利用太阳能发电及供热或利用空气能供热的半导体温差发电装置；

所述集热系统包括为所述半导体温差发电装置的热面供热的太阳能聚集装置，设置在所述半导体温差发电装置的热面侧；

所述吸收半导体温差发电装置冷面的热量给水加热的热水系统，设置在半导体温差发电装置的冷面侧；

所述能源管理系统包括电源控制装置，所述电源控制装置包括电流输入输出电路，电源控制装置的电流输入输出电路与半导体温差发电装置电联接；还包括电能存储装置和/或逆变电路，储存半导体温差发电装置发出电能的电能存储装置与电流输入输出电路连接；所述将半导体温差发电装置发出的电能逆变到电网侧的逆变电路与电流输入输出电路和电能存储装置连接；

所述给半导体温差发电装置反向供电的电能存储装置通过电流输入输出电路与半导体温差发电装置电联接。

所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其中，所述的热水系统包括热管组件、热导介质、水箱，其中，所述热管组件包括互相连接的蒸发器和冷凝器；

所述热导介质填充在所述的热管组件中；

所述热管组件的蒸发器设置在半导体温差发电装置的冷面上；

所述热管组件的冷凝器设置在水箱的内腔中。

所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其中，所述能源管理系统还包括附加电源和监控装置，所述附加电源通过逆变电路电联接到半导体温差发电装置，所述监控装置设置在所述综合利用太阳能和空气能的集成功能系统中。

所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其中，所述的蒸发器和冷凝器为S型热管。

所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其中，还包括一个蒸发平台，所述蒸发平台设置于所述半导体温差发电装置的冷面上，所述蒸发器设置在蒸发平台内部。

所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其中，所述水箱中设置有一个加热装置，所述加热装置为电热管、光波管或半导体热泵。

所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其中，所述的太阳能聚集装置为菲涅尔透镜、旋转抛物面太阳热能聚集器、槽式太阳能聚集器或平板集热器。

所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其中，所述半导体温差发电装置由温差电偶制作的温差发电组件组装而成。

本实用新型通过将集热装置设置在太阳能及空气能电热联产系统中的半导体温差发电装置的热面侧，为其供热；将热水系统设置在所述的半导体温差发电装置的冷面侧，吸收冷面的热量给水加热。从而在半导体温差发电装置的冷热面建立温差，使其因塞贝克效应产生电流，与此同时，热水系统通过吸收半导体温差发电装置冷面的热量而实现了供热的效能。另外，本实用新型还在半导体温差发电装置上附加一个电源，其供电方向与半导体温差发电装置自产的电流方向相反，在无光照或阳光强度不足的情况下，为半导体温差发电装置供电，这样该半导体温差发电装置就能在珀尔帖效应下，吸收其周围的空气能，从而将空气能转化成热能继续为热水系统供热。本实用新型的结构简单，生产成本低。综上所述，本实用新型实现了集太阳能和空气能的利用于一体，不仅能利用太阳能发电及供热，即使在无光照或者光照强度不足的情况下也能利用半导体温差发电装置将空气能转化成热能，而且这种空气能的利用方式不受气候条件影响，即使是在寒冷的北方也能照常使用，适用地域非常广阔。有效的克服了现有技术中太阳能发电系统制造成本高、能源消耗大，太阳能供热不可持续和空气能供热适用地域窄，以及综合利用成本过高和安装过程复杂等技术问题。

附图说明

图1是本实用新型综合利用太阳能和空气能的集成供能系统的原理示意图；

图2是本实用新型中菲涅尔透镜式综合利用太阳能和空气能的集成供能系统结构示意图；

图3是本实用新型中旋转抛物镜面式综合利用太阳能和空气能的集成供能系统结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型包括用于聚集太阳能的集热系统、利用太阳能及空气能的热电联产系统、热水系统和能源管理系统。其中，利用太阳能及空气能的热电联产系统包括半导体温差发电装置，该半导体温差发电装置在塞贝克效应下利用太阳能发电及供热或在珀尔帖效应下吸收空气中的空气能将其转化成热能。集热系统包括太阳能聚集装置，设置在所述半导体温差发电装置的热面侧，用于为所述半导体温差发电装置的热面供热；热水系统设置在半导体温差发电装置的冷面侧，用于吸收半导体温差发电装置冷面的热量给水加热。集热系统和热水系统在半导体温差发电装置的冷热面建立温差，从而使其能在塞贝克效应下发电。

能源管理系统包括电源控制装置、附加电源和监控装置，所述电源控制装置包括电流输入输出电路，电源控制装置的电流输入输出电路与半导体温差发电装置电联接；还包括电能存储装置和/或逆变电路，电能存储装置与电流输入输出电路连接，用于储存利用太阳能转化出的电能；逆变电路与电流输入输出电路和电能存储装置连接，用于将太阳能转化出的电能逆变到电网侧供家庭使用。

所述附加电源一般为家用交流电（当然，并不限于），逆变电路连接所述附加电源和电流输入输出电路，将所述附加电源的电通过电流输入输出电路输入半导体温差发电装置，使其在珀尔帖效应下吸收空气中的空气能将其转化成热能。所述电能存储装置通过电流输入输出电路给半导体温差发电装置供电，使所述半导体温差发电装置在珀尔帖效应下吸收空气中的空气能将其转化成热能，从而使得本实用新型在无光照或者光照强度不足的情况下，也实现能持续供热的效能。

所述监控装置用于调节水温、监控运行状态指示和异常状态报警。

如图1所示，本实用新型综合利用太阳能和空气能的集成供能系统的原理示意图，本实用新型包括集热系统12、利用太阳能及空气能的热电联产系统2和热水系统13，其中，所述集热系统设置在所述利用太阳能及空气能的热电联产系统中半导体温差发电装置的热面，为其供热；所述热水系统设置在所述利用太阳能及空气能的热电联产系统中半导体温差发电装置的冷面，吸收所述温差发电系统的冷面的热量用以供热；所述利用太阳能及空气能的热电联产系统在塞贝克效应的作用下发电。如图2、图3所示，集热系统还包括一个太阳能聚集装置，如图2中的菲涅尔透镜式太阳能聚集器1和图3中的旋转抛物面式太阳能聚集器11，用以聚集太阳能。如图2所示，热水系统13包括热管组件8、水箱6。其中热管组件8包括相互连接的蒸发器3和冷凝器5。热管组件中填充有热导介质，该热导介质可以为水、乙醇、乙醚、笨、丙酮、氨、氟利昂、氩、或二氧化碳等介质。太阳能聚装置设置在半导体温差发电装置的热面侧，通过太阳光能为半导体温差发电装置的热面加热。热管组件的蒸发器紧贴在半导体温差发电装置的冷面，该热管组件的冷凝器浸入水箱，通过热传导原理吸收半导体温差发电装置冷面的热量，以使其降温。半导体温差发电装置热冷面建立温差时，在电回路中因塞贝克效应产生电流。半导体温差发电装置冷面散发的热量通过热管传递到水箱内，给水箱中的水加热。

另外，在此基础上附加一个电源，利用电源控制装置接入温差发电系统，当无光照或者光照强度不足的时候，智能的能源管理系统开启该电源，使半导体温差发电装置成为一个热泵，给热管组件蒸发器加热。该热量通过热管的冷凝器传递给水箱内的水。加热了的循环水携带热量通往淋浴设备或采暖装置；另外，也可以直接在水箱中设置一个加热装置，当水箱中水温达不到要求的时候，也可以直接使用该加热装置给水箱中的水加热。

如图2所示，本实用新型中菲涅尔透镜式综合利用太阳能和空气能的集成供能系统结构示意图，太阳能聚集器采用面积为150cm×150cm的菲涅尔透镜1。半导体温差发电装置2放置在菲涅尔透镜1的焦平面上，半导体温差发电装置2由9片型号为TEG1-127-1.4-1.6的温差发电组件构成，组件的面积为170cm²。该种型号温差发电组件单片的面积为4cm×4cm，采用127对碲化铋基温差电材料制作的温差电偶组装而成。热管组件8采用一只环路热管作为温差发电系统的散热器件，环路热管的热导介质采用水。该环路热管的蒸发器3紧贴在半导体温差发电装置2的冷面。环路热管的冷凝器5放入水箱6中。水箱6的进水口7和出水口4分别接在供水回路中。在太阳光入射时，取太阳光强度为800W/m²，该装置可提供最大电功率达到65W。与此同时，该装置可为容量150—200升水箱提供热水，热水温度在40℃至50℃的范围。在长期无光照或太阳能不足以使冷水加热到所需温度时，在智能的能源管理器监控下，将电源接入温差发电系统，给热管组件蒸发器加热，产生足以使容量150—200升水箱加热至40℃至50℃热功率。该热量通过热管的冷凝器5传递给水箱6内的水。加热了的循环水携带热量通往淋浴设备或采暖装置。

如图3所示，本实用新型中旋转抛物镜面式综合利用太阳能和空气能的集成供能系统结构示意图，太阳能聚集装置为一个直径5 m的旋转抛物面太阳能集热器1。面积为520cm²的半导体温差发电装置2放置在旋转抛物面太阳能集热器的焦平面上。半导体温差发电装置由12片型号为TEHP1-12656-0.3的温差发电组件构成。该种型号温差发电组件单片的面积为5.6cm×5.6cm，采用126对碲化铋基温差电材料制作的温差电偶组装而成,单片最大输出功率可达19W。采用一组环路热管作为温差发电系统的散热器件，环路热管的热导介质采用乙醇。该环路热管的蒸发器3紧贴在温差发电系统2的冷面。环路热管的冷凝器5放入水箱6中。水箱6的进水口7和出水口4分别接在供水回路中。在太阳光入射时，取太阳光强度为800W/m²，该系统可以产生的最大发电功率达到200W，同时可为太阳能采暖和热水一体化系统提供4 kW以上的热功率，既可以为建筑物提供房屋采暖，又可以为用户提供生活热水。在长期无光照或太阳能不足以使冷水加热到所需温度时，在智能的能源管理器监控下，将电源接入温差发电系统，给热管组件蒸发器加热，产生4 kW热功率。热量通过热管的冷凝器传递给水箱内的水。加热了的循环水携带热量通往淋浴设备或采暖装置。

由上述实施例可以看出，本实用新型通过在半导体温差发电装置的一面用太阳能聚集器聚集太阳光为其加热，另一面用热管组件的蒸发器为其降温。在利用温差发电的同时还能利用温差发电系统冷面的热量加热水箱中的水。能将太阳能同时转化成电能和热能，不但可以满足生活用电的需求，同时还能满足生活供热需求。在长期无光照或光照强度不足时，温差发电系统转换成为一台温差电热泵，吸收空气中的空气能将其转化成热能，高效地提供生活用热。应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如，集热系统所收集的热能不局限于太阳能，还可以是生物质能或工业及生活余热，太阳能聚集装置不限于菲涅尔透镜、旋转抛物面，也可以使用槽式聚光器和平板集热器等太阳能聚集装置，还可以是现在使用非常广泛的热管式集热器；该太阳能发电和供热一体化系统中还可以设置一个能源管理器，以调节和分配电能、控制和调节水温，还可进行运行状态指示或异常状态报警等；该太阳能发电和供热一体化系统的水路管道中还可以设置一个循环泵，以有利于水路的畅通。所有这些改进和变换都应属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims

1. 一种综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其特征在于，包括聚集太阳能的集热系统、利用太阳能及空气能的热电联产系统、热水系统和能源管理系统，其中：所述利用太阳能及空气能的热电联产系统包括利用太阳能发电及供热或利用空气能供热的半导体温差发电装置；

2.根据权利要求1所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其特征在于，所述的热水系统包括热管组件、热导介质、水箱，其中，所述热管组件包括互相连接的蒸发器和冷凝器；

所述热导介质填充在所述的热管组件中；

所述热管组件的冷凝器设置在水箱的内腔中。

3. 根据权利要求1所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其特征在于，所述能源管理系统还包括附加电源和监控装置，所述附加电源通过逆变电路电联接到半导体温差发电装置，所述监控装置设置在所述综合利用太阳能和空气能的集成功能系统中。

4. 根据权利要求2所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其特征在于，所述的蒸发器和冷凝器为S型热管。

5. 根据权利要求2所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其特征在于，还包括一个蒸发平台，所述蒸发平台设置于所述半导体温差发电装置的冷面上，所述蒸发器设置在蒸发平台内部。

6. 根据权利要求2所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其特征在于，所述水箱中设置有一个加热装置，所述加热装置为电热管、光波管或半导体热泵。

7. 根据权利要求1或权利要求2所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其特征在于，所述的太阳能聚集装置为菲涅尔透镜、旋转抛物面太阳热能聚集器、槽式太阳能聚集器或平板集热器。

8. 根据权利要求1或权利要求2所述的综合利用太阳能和空气能的集成供能系统，其特征在于，所述半导体温差发电装置由温差电偶制作的温差发电组件组装而成。