CN202432721U - 太阳能热水发电一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种太阳能热水发电一体机，将太阳能发电机和太阳能热水器相结合，通过切换工作模式来实现发电机功能或热水器功能，有效提高了太阳能利用率，减少能源浪费；同时也可以有效防止太阳能电池板在工作中过热、冷却成本低，延长太阳能电池板的使用寿命。

Description

太阳能热水发电一体机

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能设备，特别是一种太阳能热水发电一体机。

背景技术

在太阳能产业中，太阳能热水器的热利用转换技术最为成熟，其产业化进程也比光伏电池、太阳能发电设备等领先一步。太阳能热水器主要包括集热器、循环水箱、供给水箱、储热水箱以及控制电路等，集热器与循环水箱形成水循环回路，循环水箱中的水上层温度与下层温度存在的温差促成水循环。循环水箱中的水加热后送至储热水箱储存，循环水箱中的水为降低后，供给水箱为循环水箱提供冷水。目前，太阳能热水器已经发展到第三代，其代表性技术是两种真空管式太阳能集热器，即全玻璃真空管太阳能集热器和热管式太阳能集热器，它运用优良的太阳光选择性吸收膜层及高真空保温技术，具有单向导热性能佳、稳定性好等优点。现有技术的太阳能热水器每天工作时间比较长，有日照时都可以利用太阳能将水加热，但人们日常生活中对热水的需求有限，大量热水未经使用便冷却，热水浪费严重，太阳能转化成水的热能后，并未得到充分利用。

近年来，太阳能光伏发电技术在新能源领域得到了广泛地运用，太阳能发电机主要包括太阳能电池板（阵列）、控制器、蓄电池（组）等。人们采用反射聚光或折射聚光与太阳能电池板（阵列）相结合的方式提高太阳能发电效率。太阳能电池板工作时间较长的情况下，上述两种聚光方式都不可避免地会使太阳能电池板产生过多的热量，从而导致聚光透镜因高温而减小聚光倍数，从而降低太阳能电池板的工作效率，也减少了太阳能电池板的使用寿命。为了防止太阳能电池板过热，有人提出增加水冷系统为太阳能电池板降温的技术方案，但是此方案成本过高，不便于推广。

发明内容

本实用新型提供一种太阳能热水发电一体机，以解决现有技术中存在的太阳能热水器在工作中转化和利用太阳能的效率低下、能源浪费严重的问题，解决了现有技术的太阳能电池板在工作中过热而导致聚光透镜的聚光倍数减小、导致太阳能电池板工作效率降低、使用寿命减少等的问题。

为有效解决上述问题，本实用新型采用下述的技术方案：

太阳能热水发电一体机，包括框架和框架顶部的循环水箱, 所述循环水箱具有进水口和出水口，所述框架上倾斜设置有两个以上并排的加热单元，每个加热单元包括集热器、置于集热器上方的透镜板，所述加热单元还包括与集热器并排设置的导热水箱，所述导热水箱上表面用导热胶贴有两个以上太阳能电池板，所述导热水箱的一端通过水管与所述进水口相连通，所述导热水箱的另一端分别通过水管与所述出水口相连通，所述太阳能电池板分别连接有控制器和蓄电池。

所述太阳能电池板与一个旁路二极管并联后形成带有保护电路的太阳能电池板，两个以上带有保护电路的太阳能电池板串联后再与一个串联二极管串联形成太阳能电池板列，两个以上所述太阳能电池板列并联后形成带有保护电路太阳能电池板阵列。

所述加热单元还包括两个带有滑槽的定位支座，两个定位支座分别固定于所述集热器、所述导热水箱两端的框架上，每个定位支座上分别设有一个与所述透镜板相垂直的、可滑动的连接柄，所述连接柄的下端位于与连接柄对应的所述滑槽内，所述连接柄的上端分别设有一个卡爪，所述透镜板固定在两个相对的卡爪上。 

进一步地，所述连接柄的卡爪下设有承托所述透镜板的托盘。

进一步地，所述的两个定位支座分别为上定位支座和下定位支座，上定位支座位于框架顶端靠近循环水箱处，下定位支座位于框架底部。

进一步地，太阳能热水发电一体机还包括分别设于所述加热单元两端的上联动杆和下联动杆，所述上定位支座设有上连接柄，所述下定位支座设有下连接柄，有两个以上的上连接柄固定在所述上联动杆上，有两个以上的所述下连接柄固定在所述下联动杆上，所述上联动杆与所述下联动杆之间固定有一控制杆。

进一步地，所述集热器的外侧壁与所述导热水箱的外侧壁相切。

进一步地，所述集热器和所述导热水箱长度相同。

进一步地，所述透镜板上设有两个以上的透镜，所述透镜为菲涅尔透镜。

本实用新型的优点在于，将太阳能发电机和太阳能热水器相结合，通过切换工作模式来实现发电机功能或热水器功能，有效提高了太阳能转化利用率，减少能源浪费；同时有效防止太阳能电池板在工作中因过热而导致聚光透镜的聚光倍数减小，有效保持太阳能电池板的工作效率，延长太阳能电池板的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型太阳能热水发电一体机的结构示意图；

图2为加热单元的结构示意图；

图3为水循环原理示意图；

图4为太阳能电池板阵列及其保护电路的电路图。

图中标号说明：

1、框架；11、补给水箱；12、储热水箱；

2、循环水箱；21、进水口；22、出水口；

3、加热单元；31、集热器；32、透镜板；33、导热水箱；34、透镜；

4、太阳能电池板；41、旁路二极管；42、串联二极管；5、滑槽；

61、上定位支座；62、下定位支座；

71、上连接柄；72、下连接柄；8、卡爪；

91、上联动杆；92、下联动杆；93、控制杆；10、托盘。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本实用新型一种太阳能热水发电一体机的具体实施方式，但本实用新型的实施不限于以下实施方式。

如图1、图2所示，一种太阳能热水发电一体机，包括框架1和框架1顶部的循环水箱2, 循环水箱2具有进水口21和出水口22，框架1上倾斜设置有两个以上并排的加热单元3，每个加热单元3包括集热器31、置于集热器31上方的透镜板32，透镜板32上设有两个以上的透镜34，这些透镜在透镜板32上排成阵列，透镜34为菲涅尔透镜，聚光效果好，而且每一个透镜34 都聚光在集热器31上。集热器31为紫金真空管集热器，单向导热性能好，吸热率高，稳定性好，因此集热器31吸收太阳能后，可以很快将集热器31中的水加热。

如图3所示，当透镜板32位于集热器31上方时，本实用新型主要实现太阳能热水器的功能。

集热器31一端通过水管与进水口21相连通，另一端通过水管与出水口22相连通，集热器31与循环水箱之间的水循环，利用集热器31逐渐提高整个循环水箱中的水的温度。太阳能热水器还包括用于为热水器提供冷水补给的补给水箱11和用于存储和放出热水的储热水箱12，补给水箱11与进水口21相连接，储热水箱12与出水口22相连接。进水口21处设有温度传感器，出水口22处设有热虹吸压头，储热水箱与循环水箱2之间设有与温度传感器相连的温控器和受温控器控制的电磁阀，这些电子器件形成电子控制系统。

先将循环水箱2充满水，保持电磁阀关闭状态，然后用集热器31对循环水箱2中的水进行循环加热。进水口21位于循环水箱2的下部，出水口22位于循环水箱2的上部，集热器31加热的水送至循环水箱2的下层，此时循环水箱2的上层为冷水，下层的热水会向上扩散，就会使得上层的冷水从出水口22中涌出，送至集热器31进行加热处理，加热后的热水再送至循环水箱2的下层，如此反复就形成水循环。当循环水箱2中上层、下层温度差很小时，水循环会逐渐停止。此时，电子控制系统可以控制电磁阀将热水排出至储热水箱12备用，补给水箱11将冷水送入循环水箱2。

温度传感器监测进水口21处的温度，当温度高于某一设定数值时，温控器控制电磁阀开启，热水从出水口22送至储热水箱，同时，补给水箱从进水口21将冷水送入循环水箱2，当温度传感器监测到进水口21处的温度低于某一设定数值时，温控器控制电磁阀关闭，补给水箱停止向循环水箱2送入冷水，循环水箱2中的水通过集热器加热。在此热水循环过程中，热虹吸压头决定整个循环系统的瞬时流量。

如图3所示，当透镜板32位于导热水箱33上方时，本实用新型主要实现太阳能发电机的功能。

每个加热单元3还包括与集热器31并排设置的导热水箱33，导热水箱33上表面用导热胶贴有两个以上太阳能电池板4，导热水箱33的一端通过水管与进水口21相连通，另一端分别通过水管与出水口22相连通。

太阳能热水发电一体机包括太阳能电池板4、控制器（图未示）和蓄电池（图未示），太阳能电池板4分别与所述控制器、所述蓄电池相连接。多个太阳能电池板4组成太阳能电池板阵列，太阳能电池板阵列、控制器、蓄电池三者结合形成完整的太阳能发电机，必要时太阳能发电机还需要直流/交流转换器等，可以为周围的用电设备供电。菲涅尔透镜的排列结构与太阳能电池板阵列相同，太阳能电池板4通过透镜34吸收太阳能并送至蓄电池储存起来；蓄电池可以储存电能，也可以释放电能为周围的用电设备供电。控制器，用于控制太阳能电池板4的充电放电状况。

在工作中，太阳能电池板4用导热胶固定在导热水箱33上表面，而导热水箱33与循环水箱2形成新的水循环，导热水箱33在水循环系统中的位置与上述的集热器31在水循环系统中的位置相同，太阳能电池板4工作中产生的热量会通过水循环系统将循环水箱2中的水加热，循环水箱2与导热水箱33形成新的水循环，其原理与上述的集热器31水循环原理相同，导热水箱33成为太阳能电池板4的冷凝器。在此过程中，可以有效防止太阳能电池板4在工作中因为过热而导致聚光透镜的聚光倍数减小，有效保持太阳能电池板的工作效率，延长太阳能电池板的使用寿命。同时，提高了太阳能的利用率，将一部分会散发的热量转变成为热水器中水的热量，有效避免了能量损失。

本实用新型利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池板。太阳能电池板是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流，当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池阵列。

如图4所示，每个太阳能电池板4都与一个旁路二极管41并联后形成带有保护电路的太阳能电池板，两个以上所述带有保护电路的太阳能电池板串联后再与一个串联二极管42串联形成太阳能电池板列，两个以上所述太阳能电池板列并联后形成带有保护电路太阳能电池板阵列。太阳能电池板4即使在同一批次中也会存在差异，他们组合成太阳能电池板阵列后，组件之间电流和电压不平衡，不可避免要在太阳能电池板阵列内部产生一定的功率损耗。菲涅尔透镜聚光不均匀会使串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件被当作负载消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的能量，发生“热斑效应”。所以太阳能电池板阵列中要采用“热斑效应”防护线路，以便起到保护电池板方阵的目的。

本实用新型中，透镜板32的位置是在集热器31上方或在导热水箱33上方，决定了实现太阳能热水器功能，或是实现太阳能充电机功能。也就是说，操作者通过透镜板32的位置的切换即可以实现本实用新型在功能上的切换。

所述加热单元还包括两个带有滑槽5的定位支座，两个定位支座分别固定于集热器31、导热水箱33两端的框架上，每个定位支座上分别设有一个与透镜板32相垂直的、可滑动的连接柄，所述连接柄的下端位于与连接柄对应的滑槽5内，所述连接柄的上端分别设有一个卡爪8，透镜板32的两端分别设有一个圆形透镜34，卡爪8为半圆弧卡爪，刚好卡住透镜板32边缘处的圆形透镜34，整个透镜板32固定在两个相对的卡爪8上，不会随便移动或变化透镜34的角度。所述连接柄的卡爪下设有承托所述透镜板的托盘，成对的两个连接柄上分别设有两个相对的托盘10，可以加固透镜板32，防止滑落。 

太阳能热水发电一体机还包括分别设于加热单元3两端的上联动杆91和下联动杆92，两个定位支座分别为上定位支座61和下定位支座62，上定位支座61位于框架顶端靠近循环水箱处，下定位支座62位于框架底部。上定位支座61设有上连接柄71，下定位支座62设有下连接柄72，有两个以上的上连接柄71固定在上联动杆91上，有两个以上的下连接柄72固定在下联动杆92上，上联动杆91与下联动杆92之间固定有一控制杆93。上联动杆91、下联动杆92以及控制杆93，共同组成了机械联动装置。操作者向前或向后推动控制杆93，即可以通过上联动杆91、下联动杆92带动上连接柄71和下连接柄72在水平方向发生短距离平移，使得上连接柄71和下连接柄72支承的透镜板32发生平移，每个集热单元3的透镜板32都同时发生平移，同时都在集热器31上方或同时都在导热水箱33上方，从而实现太阳能热水器功能与太阳能充电机功能之间的切换。在本实用新型中，存在电子器件组成的控制系统，可以利用该控制系统实现对本实用新型中机械联动装置的控制。使用者可以手动切换工作状态，按下按键，电子控制系统发出指令，向前或向后推动控制杆93，进而达到切换本实用新型工作状态的目的。在无人使用的情况下，电子控制系统自动切换至发电状态，为蓄电池充电。

集热器31为圆柱体，导热水箱33为长方体，集热器31和导热水箱33长度相同，工作状态切换方便，外形美观。集热器31的外侧壁与导热水箱33的外侧壁相切，有效节省空间，操作方便。每个集热单元及其内部部件完全相同，标准化生产，便于安装和零部件替换。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.太阳能热水发电一体机，包括框架和框架顶部的循环水箱, 所述循环水箱具有进水口和出水口，所述框架上倾斜设置有两个以上并排的加热单元，每个加热单元包括集热器、置于集热器上方的透镜板，其特征在于，所述加热单元还包括与集热器并排设置的导热水箱，所述导热水箱上表面用导热胶贴有两个以上太阳能电池板，所述导热水箱的一端通过水管与所述进水口相连通，所述导热水箱的另一端分别通过水管与所述出水口相连通，所述太阳能电池板分别连接有控制器和蓄电池。

2.如权利要求1所述的太阳能热水发电一体机，其特征在于，所述太阳能电池板与一个旁路二极管并联后形成带有保护电路的太阳能电池板，两个以上带有保护电路的太阳能电池板串联后再与一个串联二极管串联形成太阳能电池板列，两个以上所述太阳能电池板列并联后形成带有保护电路太阳能电池板阵列。

3.如权利要求1所述的太阳能热水发电一体机，其特征在于，所述加热单元还包括两个带有滑槽的定位支座，两个定位支座分别固定于所述集热器、所述导热水箱两端的框架上，每个定位支座上分别设有一个与所述透镜板相垂直的、可滑动的连接柄，所述连接柄的下端位于与连接柄对应的所述滑槽内，所述连接柄的上端设有一个卡爪，所述透镜板固定在两个相对的卡爪上。

4.如权利要求3所述的太阳能热水发电一体机，其特征在于，所述连接柄的卡爪下设有承托所述透镜板的托盘。

5.如权利要求3所述的太阳能热水发电一体机，其特征在于，所述的两个定位支座分别为上定位支座和下定位支座，上定位支座位于框架顶端靠近循环水箱处，下定位支座位于框架底部。

6.如权利要求5所述的太阳能热水发电一体机，其特征在于，还包括分别设于所述加热单元两端的上联动杆和下联动杆，所述上定位支座设有上连接柄，所述下定位支座设有下连接柄，有两个以上的上连接柄固定在所述上联动杆上，有两个以上的下连接柄固定在所述下联动杆上，所述上联动杆与所述下联动杆之间固定有一控制杆。

7.如权利要求1所述的太阳能热水发电一体机，其特征在于，所述集热器的外侧壁与所述导热水箱的外侧壁相切。

8.如权利要求7所述的太阳能热水发电一体机，其特征在于，所述集热器和所述导热水箱长度相同。

9.如权利要求1所述的太阳能热水发电一体机，其特征在于，所述透镜板上设有两个以上的透镜。

10.如权利要求9所述的太阳能热水发电一体机，其特征在于，所述透镜为菲涅尔透镜。

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