CN203571850U - 节能型光伏太阳能低电压采暖系统 - Google Patents

Abstract

节能型光伏太阳能低电压采暖系统，属于采暖设备领域。其特征在于：包括电加热装置、太阳能加热装置和太阳能供电装置，电加热装置的入水口通过管道同时连接太阳能加热器出水管（8）和第一电磁阀（9）的一端，第一电磁阀（9）的另一端同时并联三条管路：串联连接有第二电磁阀（10）的太阳能加热器进水管（7）、串联连接有水泵（12）的供暖回水管（11）以及蓄水管（14）；所述的太阳能供电装置与电加热装置相连。本实用新型可实现多组供电电源自动切换，同时充分利用太阳能进行辅助加热，充分节约能源。

Description

节能型光伏太阳能低电压采暖系统

技术领域

节能型光伏太阳能低电压采暖系统，属于采暖设备领域。具体涉及一种可通过太阳能加热器进行辅助加热，节约电能，同时可实现多组供电电源自动切换的节能型光伏太阳能低电压采暖系统。

背景技术

在现有技术的房屋供暖中，除政府集中供暖的方式外，较为常见的是电加热供暖或太阳能供暖。电加热供暖会消耗大量的电能，而太阳能供暖受天气影响较大， 同时夜间无法使用，虽然现在市面上已出现太阳能加热同时电辅助加热的产品出现，但是普遍存在对太阳能利用率较低，不能充分节能的缺陷。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可实现多组供电电源自动切换，同时充分利用太阳能进行辅助加热，节约能源的节能型光伏太阳能低电压采暖系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：包括电加热装置、太阳能加热装置和太阳能供电装置，电加热装置的入水口通过管道同时连接太阳能加热器出水管和第一电磁阀的一端，第一电磁阀的另一端同时并联三条管路：串联连接有第二电磁阀的太阳能加热器进水管、串联连接有水泵的供暖回水管以及蓄水管；所述的太阳能供电装置与电加热装置内的供电切换回路相连。

所述的电加热装置为电加热器，电加热器包括电气腔和加热腔，加热腔内并排设置有多组加热单元，所述的供电切换回路设置在电气腔内，电气腔内同时设置有对供电切换回路以及整个采暖系统进行控制的控制电路，交流电源线同时与供电切换回路相连。

所述的加热单元为7~16组电加热棒以及与每组电加热棒配合安装的金属换热管，螺旋状的金属换热管自上而下设置在电加热棒外部，所有金属换热管的入水口和出水口分别通过管道汇于一处形成电加热器的入水口和出水口。

所述的太阳能加热装置为内部设置有4~7组螺旋状太阳能集热管的太阳能加热器，所述的太阳能加热器进水管同时连接所有太阳能集热管的入水口，所有太阳能集热管的出水口汇于一处同时串联连接第一温度传感器之后与所述的太阳能加热器进水管相连。

所述的供暖回水管同时串联连接有第二温度传感器。

所述的蓄水管与自来水相连，其管路上串联连接有手动阀门。

所述的太阳能供电装置包括同时与供电切换回路相连的太阳能供电模块和蓄电池供电模块。

所述的供电切换回路包括常闭触点KA1-1、常开触点KA1-2，常闭触点KA2-1、常开触点KA2-2以及常开触点KA3-1，太阳能供电模块串联常闭触点KA2-1之后同时并联两条回路：第一条与水泵相连，另一条串联常开触点KA3-1后与加热棒相连，蓄电池供电模块串联常闭触点KA1-1之后与继电器KA2的常开触点KA2-2相连，交流电供电模块同时与常开触点KA1-2和控制电路相连。

所述的太阳能供电模块包括依次连接的太阳能电池板和第一稳压电路；

所述的蓄电池供电模块包括依次连接的太阳能电池板、充放电控制器以及蓄电池；

所述的交流电供电模块包括依次连接的变压器、整流电路、滤波电路。

所述的控制电路包括单片机、温度检测模块、电压检测模块、继电器模块、电磁阀模块以及第二稳压模块，交流电供电模块与第二稳压模块相连，第二稳压模块同时与温度检测模块、单片机以及电压检测模块相连并为其供电，单片机同时与继电器模块和电磁阀模块相连。

与现有技术相比，本实用新型的所具有的有益效果是：

1、本实用新型的节能型光伏太阳能低电压采暖系统设置有多组供电电源，并可通过单片机在各电源之间实现自动切换，充分利用太阳能进行供电。

2、设置有由单片机控制的电磁阀自动实现太阳能加热器和电加热器之间水流的切换，当太阳充足时，利用太阳能加热器对电加热器进行辅助加热，进一步节约了电能。

3、在管路多出设置有温度传感器，是管路切换更加可靠。

4、结构简单，扩展性好，可适用于不同面积房屋的供暖。

5、使用单片机对整个管路切换及供电线路进行切换，智能化程度更高。

附图说明

图1为节能型光伏太阳能低电压采暖系统结构示意图。

图2为节能型光伏太阳能低电压采暖系统供电切换回路原理图。

图3为节能型光伏太阳能低电压采暖系统太阳能供电模块原理方框图。

图4为节能型光伏太阳能低电压采暖系统蓄电池供电模块原理方框图。

图5为节能型光伏太阳能低电压采暖系统交流电供电模块原理方框图。

图6为节能型光伏太阳能低电压采暖系统控制电路原理方框图。

图7为节能型光伏太阳能低电压采暖系统电压检测模块电路原理图。

其中：1、蓄电池  2、充放电控制器  3、太阳能电池板  4、太阳能加热器  5、太阳能集热管  6、第一温度传感器  7、太阳能加热器进水管  8、太阳能加热器出水管  9、第一电磁阀  10、第二电磁阀  11、供暖回水管  12、水泵  13、第二温度传感器  14、蓄水管  15、手动阀门  16、供暖出水管  17、压力传感器  18、电加热棒  19、金属换热管  20、电加热器  21、加热腔  22、电气腔  23、交流电源线。

具体实施方式

图1~7是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~7对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型的节能型光伏太阳能低电压采暖系统包括以下几部分：放置在室外的太阳能电池板3、太阳能加热器4以及设置在室内的电加热器20。电加热器20包括加热腔21和电气腔22，其中加热腔21内设置有多组电加热棒18和与电加热棒18配套的金属换热管19，金属换热管19通过管路与太阳能加热器4相连；电气腔22内设置有控制电路以及由控制电路进行控制的供电切换回路，太阳能电池板3通过导线依次连接充放电控制器2和蓄电池1，蓄电池1通过导线连入电气腔22与供电切换回路相连，太阳能电池板3以及设置在电气腔22外侧的交流电源线23同时通过导线连入电气腔22与供电切换回路相连。

在电加热器20的加热腔21内，并行设置有多组电加热棒18，每组电加热棒18的外部分别设置有一组金属换热管19，金属换热管19为自下而上设置的螺旋状，电加热棒18以及金属换热管19的数量可根据需要设置7~16组。每组金属换热管19下方的出水口汇于一处并由供暖出水管16引出，供暖出水管16与室内供暖的入口相连，供暖出水管16上同时串联设置有压力传感器17。每组金属换热管19上的入水口汇于一处自加热腔21引出后通过管路同时连接太阳能加热器出水管8和第一电磁阀9的一端，第一电磁阀9的另一端同时连接三条管路：串联连接有第二电磁阀10的太阳能加热器进水管7、串联连接有第二温度传感器13和水泵12的供暖回水管11以及串联连接有手动阀门15的蓄水管14。

蓄水管14与自来水相连，将手动阀门15打开后，通过蓄水管14将太阳能加热器4和电加热器20内的管路注满水后将手动阀门15关闭。供暖回水管11为室内供暖的回水管，自电加热器20引出的热水经供暖出水管16进入室内进行换热供暖，换热完成后的水流入供暖回水管11，完成一次换热循环。串联连接有第二电磁阀10的太阳能加热器进水管7进入太阳能加热器4后同时与其内部并排设置的多组太阳能集热管5的入水口相连，太阳能集热管5为在太阳能加热器4的内部自上而下延伸的螺旋状。每组太阳能集热管5的出水口汇于一条管路并串联连接第一温度传感器6后经太阳能加热器出水管8流入电加热器20，太阳能集热管5的数量为4~7组。

在图2所示的本实用新型的节能型光伏太阳能低电压采暖系统的供电切换回路中，包括继电器KA1的常闭触点KA1-1、常开触点KA1-2，继电器KA2的常闭触点KA2-1、常开触点KA2-2以及继电器KA3的常开触点KA3-1。太阳能供电模块串联继电器KA2的常闭触点KA2-1之后同时并联两条回路：第一条与水泵12相连，另一条串联继电器KA3的常开触点KA3-1后与加热棒18相连。蓄电池供电模块串联继电器KA1的常闭触点KA1-1之后与继电器KA2的常开触点KA2-2相连。交流电供电模块同时与继电器KA1的常开触点KA1-2和控制电路相连。

如图3所示，太阳能供电模块包括太阳能电池板3、第一稳压模块。太阳能电池板3连接第一稳压模块后与负载相连并进行供电，第一稳压模块的电压输出端同时与控制电路中的第一电压检测模块相连，第一电压检测模块与控制电路中的单片机相连。

如图4所示，蓄电池供电模块包括太阳能电池板3、充放电控制器2以及蓄电池1。太阳能电池板3通过充放电控制器2与蓄电池1相连，蓄电池1的电压输出端与负载相连并进行供电，蓄电池1的电压输出端同时与控制电路中的第二电压检测模块相连，第二电压检测模块与控制电路中的单片机相连。

如图5所示，交流电供电模块包括交流电依次连接的变压器、整流电路、滤波电路。经滤波电路滤波后同时与控制电路和负载相连并为其供电。

图3~5中所示的负载包括电加热棒18和水泵12，在本实用新型中，电加热棒18和水泵12均为直流40V供电，在太阳能供电模块中，太阳能电池板3发出的电源经第一稳压模块输出稳定的直流电40V，第一稳压模块可由多种方式实现，如多个稳压管反向串联连接。太阳能电池板3为负载进行供电的同时通过蓄电池供电模块中的充放电控制器2对蓄电池1进行充电。在交流电供电模块中，交流电220V通过变压器、整流电路和滤波电路变为较为纯净的直流电40V。由于控制电路的供电不可间断，所以通过供电状态较为稳定的交流电供电模块直接对控制电路进行供电，交流电220V由交流电源线23提供。

如图6所示，本实用新型的节能型光伏太阳能低电压采暖系统的控制电路包括：单片机、温度检测模块、电压检测模块、继电器模块、电磁阀模块以及第二稳压模块。交流电供电模块与第二稳压模块相连，第二稳压模块同时与温度检测模块、单片机以及电压检测模块相连并为其供电，单片机同时与继电器模块和电磁阀模块相连。其中温度检测模块包括上述的第一温度传感器6、第二温度传感器13；继电器模块包括上述的继电器KA1~KA3；电磁阀模块包括上述的第一电磁阀9和第二电磁阀10。

如图7所示，电源V1同时并联电阻R1~R2的一端，电阻R2的另一端同时并联集成运算放大器U1A的同相输入端和稳压管D1的阴极，稳压管D1的阳极接地。电阻R1的另一端串联电位器W1后接地，电位器W1的调节端与集成运算放大器U1A的反相输入端相连。集成运算放大器U1A的输出端与单片机相连；电源V2同时并联电阻R3~R4的一端，电阻R3的另一端同时并联集成运算放大器U1B的同相输入端和稳压管D2的阴极，稳压管D2的阳极接地。电阻R3的另一端串联电位器W2后接地，电位器W2的调节端与集成运算放大器U1B的反相输入端相连。集成运算放大器U1B的输出端同时与单片机相连。

电源V1和电源V2分别为太阳能供电模块和蓄电池供电模块的输出电压。电源V1（电源V2）通过电阻R1（电阻R3）和电位器W1（电位器W2）加载到集成运算放大器U1A（集成运算放大器U1B）的反相输入端，集成运算放大器U1A（集成运算放大器U1B）的同相输入端由稳压管D1（稳压管D2）提供稳定电压，当电源V1（电源V2）电压值变化时，集成运算放大器U1A（集成运算放大器U1B）的输出端向单片机发出信号，由单片机进行控制。集成运算放大器U1A和集成运算放大器U1B可由常见的集成运放芯片实现，如LM358。

具体工作原理及过程如下：首先打开手动阀门15使自来水由蓄水管14进入，当太阳能集热管5和金属换热管19以及各处的连接管路、换热循环管路内注满自来水之后，关闭手动阀门15，自来水停止进入。

水泵12开始工作，使自来水开始循环。此时第一温度传感器6和第二温度传感器13开始分别对太阳能加热器4的出水温度和室内供暖的回水温度进行检测。由于刚开始工作时，太阳能加热器4和电加热器20内的水温较低，所以由第二温度传感器13检测到的回水温度较低，低于设定的水温下限值，此时单片机控制继电器KA3动作，常开触点KA3-1闭合，电加热棒18开始工作，对金属换热管19内的自来水进行加热，加热后的自来水经供暖出水管16流出对室内进行供暖，供暖完成后由供暖回水管11流回，如此循环。由于此时当太阳能加热器4的出水温度低于室内供暖的回水温度，单片机控制第二电磁阀10关闭，第一电磁阀9打开，由供暖出水管16流回的水再次进入电加热器20内，由电加热棒18进行加热，此时自来水在电加热器20与室内管道之间循环。

随着太阳能加热器4开始工作，太阳能集热管5内的水温开始上升，当第一温度传感器6检测到太阳能集热管5内的水温高于第二温度传感器13检测到的回水温度时，单片机控制第一电磁阀9关闭，第二电磁阀10开启。此时由供暖回水管11流回的水首先进入太阳能加热器4内的太阳能集热管5内，将太阳能集热管5内的温度已升高的水推入电加热器20内的金属换热管19中，由太阳能集热管5辅助电加热棒18进行加热，降低了电加热棒18的负荷，同时有助于供暖水温的快速升高。此时自来水在电加热器20、太阳能加热器4和室内管道之间循环。随着供暖的逐渐平稳，当第二温度传感器13检测到回水温度高于设定的温度上限时，单片机控制继电器KA3动作，常开触点KA3-1断开，电加热棒18停止工作。当夜晚太阳能加热器4不再工作，太阳能集热管5内的水温再次低于回水温度时，单片机再次控制第一电磁阀9开启，第二电磁阀10关闭，此时自来水在电加热器20与室内管道之间循环。

在电加热棒18和水泵12的供电回路选择上，当单片机检测到第一电压检测模块无信号输入时，电加热棒18和水泵12由太阳能电池板3提供电能，太阳能电池板3对提供能源的同时通过充放电控制器2对蓄电池1进行充电。当夜晚太阳能电池板3不工作时，第一电压检测模块向单片机发出信号，单片机驱动继电器KA2动作，常闭触点KA2-1断开，常开触点KA2-2闭合，由蓄电池1对电加热棒18和水泵12进行供电。当蓄电池1电量不足时，第二电压检测模块向单片机发出信号，单片机驱动继电器KA1动作，常闭触点KA1-1断开，常开触点KA1-2闭合，由交流电对电加热棒18和水泵12进行供电。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：包括电加热装置、太阳能加热装置和太阳能供电装置，电加热装置的入水口通过管道同时连接太阳能加热器出水管（8）和第一电磁阀（9）的一端，第一电磁阀（9）的另一端同时并联三条管路：串联连接有第二电磁阀（10）的太阳能加热器进水管（7）、串联连接有水泵（12）的供暖回水管（11）以及蓄水管（14）；所述的太阳能供电装置与电加热装置内的供电切换回路相连。

2.根据权利要求1所述的节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：所述的电加热装置为电加热器（20），电加热器（20）包括电气腔（22）和加热腔（21），加热腔（21）内并排设置有多组加热单元，所述的供电切换回路设置在电气腔（22）内，电气腔（22）内同时设置有对供电切换回路以及整个采暖系统进行控制的控制电路，交流电源线（23）同时与供电切换回路相连。

3.根据权利要求2所述的节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：所述的加热单元为7~16组电加热棒（18）以及与每组电加热棒（18）配合安装的金属换热管（19），螺旋状的金属换热管（19）自上而下设置在电加热棒（18）外部，所有金属换热管（19）的入水口和出水口分别通过管道汇于一处形成电加热器（20）的入水口和出水口。

4.根据权利要求1所述的节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：所述的太阳能加热装置为内部设置有4~7组螺旋状太阳能集热管（5）的太阳能加热器（4），所述的太阳能加热器进水管（7）同时连接所有太阳能集热管（5）的入水口，所有太阳能集热管（5）的出水口汇于一处同时串联连接第一温度传感器（6）之后与所述的太阳能加热器进水管（7）相连。

5.根据权利要求1所述的节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：所述的供暖回水管（11）同时串联连接有第二温度传感器（13）。

6.根据权利要求1所述的节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：所述的蓄水管（14）与自来水相连，其管路上串联连接有手动阀门（15）。

7.根据权利要求1所述的节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：所述的太阳能供电装置包括同时与供电切换回路相连的太阳能供电模块和蓄电池供电模块。

8.根据权利要求7所述的节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：所述的供电切换回路包括常闭触点KA1-1、常开触点KA1-2，常闭触点KA2-1、常开触点KA2-2以及常开触点KA3-1，太阳能供电模块串联常闭触点KA2-1之后同时并联两条回路：第一条与水泵12相连，另一条串联常开触点KA3-1后与加热棒18相连，蓄电池供电模块串联常闭触点KA1-1之后与继电器KA2的常开触点KA2-2相连，交流电供电模块同时与常开触点KA1-2和控制电路相连。

9.根据权利要求8所述的节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：所述的太阳能供电模块包括依次连接的太阳能电池板（3）和第一稳压电路；

所述的蓄电池供电模块包括依次连接的太阳能电池板（3）、充放电控制器（2）以及蓄电池（1）；

所述的交流电供电模块包括依次连接的变压器、整流电路、滤波电路。

10.根据权利要求2或8所述的节能型光伏太阳能低电压采暖系统，其特征在于：所述的控制电路包括单片机、温度检测模块、电压检测模块、继电器模块、电磁阀模块以及第二稳压模块，交流电供电模块与第二稳压模块相连，第二稳压模块同时与温度检测模块、单片机以及电压检测模块相连并为其供电，单片机同时与继电器模块和电磁阀模块相连。

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