CN205048759U - 一种光伏光热太阳能热水器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种光伏光热太阳能热水器，包括一排真空管和水箱，真空管的冷凝段贯通地连接至水箱内，水箱设有温度传感器，温度传感器通过一控制器与一真空管转动机构相连；光伏光热复合热管真空管的冷凝段与水箱之间的连接为可转动的密封连接；每个光伏光热复合热管真空管的蒸发段的端部均分别与真空管转动机构中的一齿轮固定；水箱设有由一蓄电池供电的电加热器，蓄电池的充电端与每个光伏光热复合热管真空管的每片光伏电池片相连。本实用新型热水器通过采用太阳能光伏光热复合热管真空管，在热水供应过剩时还可以利用光伏发电，储存太阳能，以便于光照不足时用于加热水，提高了太阳能热水器的水温稳定性。

Description

一种光伏光热太阳能热水器
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能热水器，更具体的说，是涉及一种光伏光热太阳能热水器。
背景技术
目前，人民的生活水平显著提高。热水器逐步成为生活中不可或缺的一部分。而随着中国经济的腾飞，能源短缺及节能工作越来越成为摆在全社会面前的一个重大议题。与传统的燃气热水器、电热水器相比，太阳能热水器具有环保、节能、安全、方便、运行成本低等优点，节能的太阳能热水器有望成为一种值得推广的新型节能产品。
当前中国的主流太阳能热水器为整体直插式太阳能热水器，这种产品结构简单、技术要求低、生产成本低，较符合中国目前的市场需求。但直插式太阳能热水器存在一定缺点，其水温稳定性差，制热时需要充足的阳光受天气影响程度大，夜间、阴天温度过低，基本不制热，在夏季日照充足时所产生的热水用不完，在冬季环境温度低、日照时间短时，所产生的热水明显不足，洗浴舒适性比较差，较难满足城市高端客户对生活品质和热水品质的要求。故其在北京、上海等大城市中的市场份额较小。
因此，如何保持太阳能热水器水温稳定，充分利用日照充足时的热量，避免阴天、夜间温度过低的问题仍是目前太阳能热水器发展的阻碍问题之一。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种光伏光热太阳能热水器，不但充分的利用了太阳能，而且提高了太阳能热水器的水温稳定性。本实用热水器中通过采用太阳能光伏光热复合热管真空管，在热水供应过剩时还可以利用光伏发电，储存太阳能，以便于光照不足时用于加热水。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种光伏光热太阳能热水器包括一排真空管和水箱，所述真空管的冷凝段贯通地连接至所述水箱内，所述水箱设有温度传感器，所述温度传感器通过一控制器与一真空管转动机构相连；所述真空管转动机构由步进电机、传动机构和依次啮合的N个齿轮构成，所述真空管的个数为N-1；所述真空管采用光伏光热复合热管真空管，所述光伏光热复合热管真空管包括玻璃管、光伏组件、吸热板和一弯折状或曲面状铜板，所述吸热板为平板，所述吸热板的宽度大于所述铜板宽度上的投影，所述吸热板与所述铜板的凹面端焊接后形成一热管；所述吸热板焊接有铜板的表面上通过磁控溅射工艺喷涂有选择性太阳吸收涂层A1-N/A1，所述光伏组件分布在所述吸热板的另一表面，每片光伏电池片与所述吸热板之间均通过一层绝缘透明聚合物EVA层压后紧密联接；所述热管和所述光伏组件均设置在所述玻璃管内，所述热管通过一弹性支撑片及其连接件与所述玻璃管固定；所述玻璃管的一端封闭，其另一端与所述热管的冷凝端采用金属封接，所述热管的冷凝端从封接处伸出玻璃管，所述玻璃管与所述热管之间为真空腔；所述热管的工作介质选择沸点在50—70℃范围内、凝固点<0℃的物质；所述光伏光热复合热管真空管的冷凝段与所述水箱之间的连接为可转动的密封连接；每个光伏光热复合热管真空管的蒸发段的端部均分别与所述真空管转动机构中的一齿轮固定、且所述光伏光热复合热管真空管与所述齿轮为同轴布置；所述水箱设有由一蓄电池供电的电加热器，所述蓄电池的充电端与每个光伏光热复合热管真空管的每片光伏电池片相连。
进一步讲，本实用新型光伏光热太阳能热水器中，所述控制器包括六个电阻、三个运算放大器和PWM控制芯片；所述六个电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻，其中，所述第三电阻和第五电阻为滑线电阻；三个运算放大器包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器；上述各电子元器件的连接关系是：所述第一运算放大器的同向端与第一电阻相连，所述第一运算放大器的反向端接地，所述第二电阻连接在所述第一运算放大器的同向端与输出端之间，所述第一运算放大器的输出端连接至所述第二运算放大器的同向端；所述第二运算放大器的同向端与所述第三运算放大器的反向端相连，自15V电源正极至所述第三运算放大器的同向端依次连接有第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述第三电阻的滑线端连接至所述第二运算放大器的反向端；所述第五电阻的滑线端与所述第三运算放大器的同向端相连；所述第六电阻连接在所述15V电源正极与所述第三运算放大器的输出端之间；所述第一电阻的另一端与温度传感器相连，所述第二运算放大器的输出端通过所述PWM控制芯片连接至所述步进电机，从而实现光伏光热复合热管真空管的转动。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型热水器可以实现两种工作方式，即太阳能加热和电加热，正常情况下采用太阳能加热，当在热水供应充足且光照充足存在热过剩情况时，利用控制器与真空管转动机构使真空管进行翻转，将过剩太阳能转化为电能，储存电能在热辐射不足时，可实现电加热。本实用新型不但充分的利用了太阳能，而且提高了太阳能热水器的水温稳定性。
附图说明
图1为本实用新型光伏光热太阳能热水器结构示意图；
图2为图1中所示光伏光热复合热管的A-A断面结构示意图；
图3为本实用新型光伏光热太阳能热水器中控制器的结构示意图。
图中：1-光伏光热复合热管真空管，2-水箱，3-温度传感器，4-控制器，5-真空管转动机构，6-齿轮，7-蓄电池，8-电加热器，11-玻璃管，12-吸热板，13-光伏电池片，14-铜板，15-热管，16-弹性支撑片，17-选择性太阳吸收涂层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。
如图1所示，本实用新型一种光伏光热太阳能热水器，包括一排真空管和水箱2，所述真空管的冷凝段贯通地连接至所述水箱2内。所述水箱2设有温度传感器3，所述温度传感器3通过一控制器4与一真空管转动机构5相连；所述真空管转动机构5由步进电机、传动机构和依次啮合的N个齿轮6构成，所述真空管的个数为N-1。
如图2所示，所述真空管采用光伏光热复合热管真空管1，所述光伏光热复合热管真空管1包括玻璃管11、光伏组件、吸热板12和一弯折状或曲面状铜板14，所述吸热板12为平板，所述吸热板12的宽度大于所述铜板14宽度上的投影，所述吸热板12与所述铜板14的凹面端焊接后形成一热管15；所述吸热板12焊接有铜板14的表面上通过磁控溅射工艺喷涂有选择性太阳吸收涂层A1-N/A117，所述光伏组件分布在所述吸热板12的另一表面，每片光伏电池片与所述吸热板12之间均通过一层绝缘透明聚合物EVA层压后紧密联接；所述热管15和所述光伏组件均设置在所述玻璃管11内，所述热管15通过一弹性支撑片16及其连接件与所述玻璃管11固定；所述玻璃管11的一端封闭，其另一端与所述热管15的冷凝端采用金属封接，所述热管15的冷凝端从封接处伸出玻璃管11，所述玻璃管11与所述热管15之间为真空腔；所述热管的工作介质选择沸点在50—70℃范围内、凝固点<0℃的物质。所述光伏光热复合热管真空管1中的工作介质为丙酮、甲醇和乙醇中的一种。
如图1所示，所述光伏光热复合热管真空管1的冷凝段与所述水箱2之间的连接为可转动的密封连接；每个光伏光热复合热管真空管1的蒸发段的端部均分别与所述真空管转动机构5中的一齿轮6固定、且所述光伏光热复合热管真空管1与所述齿轮为同轴布置；所述水箱2设有由一蓄电池7供电的电加热器8，所述蓄电池7的充电端与每个光伏光热复合热管真空管1的每片光伏电池片13相连。
如图3所示，所述控制器包括六个电阻、三个运算放大器和PWM控制芯片；所述六个电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，其中，所述第三电阻R3和第五电阻R5为滑线电阻；三个运算放大器包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器，所述第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器均采用LM324，所述PWM控制芯片采用SG3525芯片。上述各电子元器件的连接关系如下：
所述第一运算放大器的同向端与第一电阻R1相连，所述第一运算放大器的反向端接地，所述第二电阻R2连接在所述第一运算放大器的同向端与输出端之间，所述第一运算放大器的输出端连接至所述第二运算放大器的同向端。所述第二运算放大器的同向端与所述第三运算放大器的反向端相连，自15V电源正极Vcc至所述第三运算放大器的同向端依次连接有第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，所述第三电阻R3的滑线端连接至所述第二运算放大器的反向端；所述第五电阻R5的滑线端与所述第三运算放大器的同向端相连。所述第六电阻R6连接在所述15V电源正极Vcc与所述第三运算放大器的输出端之间。第一电阻R1的另一端与温度传感器3相连，所述第二运算放大器的输出端通过所述PWM控制片连接至所述步进电机，从而实现光伏光热复合热管真空管1的转动。温度传感器3的电压信号是随着温度升高而增大的，通过控制器4对温度电信号与限定的温度上下限比较，温度高于设定温度，输出低电压，调节PWM占空比，驱动步进电机带动真空管转动至光伏面；温度低于设定值，输出高电压，调节PWM占空比，驱动步进电机带动真空管转动至光热面。
参看图1，使用本实用新型热水器，根据热水供应情况的不同，可自动调节工作状况。热水供应不足时，光伏光热复合热管真空管1的涂覆有选择性太阳吸收涂层17的表面向上吸收太阳能，工质在光伏光热复合热管真空管1内循环，低温低压的汽液两相工质在管内蒸发段吸收太阳能中的热量，在管内冷凝段放热加热热水。温度传感器3可随时测量水箱2内水温，当水温达到一定温度后，通过控制器4控制真空管转动机构5旋转，实现光伏光热复合热管真空管1的旋转，将光伏面(即光伏电池片13)向上吸收太阳能，并将太阳能转化为电能，储存在蓄电池7中，在光照不足时为电加热器8供电，加热水箱2中的水，从而实现水温稳定、日照不充足时保持热水器正常水温的目的。
综上，本实用新型中的光伏光热复合热管真空管1可根据日照情况进行旋转，热水供应不足时利用光热面产生热水，热水供应过剩时利用光伏面的光伏电池发电，将太阳能储存起来，在光照不足时对电加热器供电，加热水箱中的水。本实用新型可解决普通太阳能热水器水温稳定性差，制热时需要充足的阳光受天气影响程度大，夜间、阴天制热量少，在夏季日照充足时所产生的热水用不完，在冬季环境温度低、日照时间短时，所产生的热水明显不足，洗浴舒适性比较差等问题。
尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (4)

1.一种光伏光热太阳能热水器，包括一排真空管和水箱(2)，所述真空管的冷凝段贯通地连接至所述水箱(2)内，其特征在于：
所述水箱(2)设有温度传感器(3)，所述温度传感器(3)通过一控制器(4)与一真空管转动机构(5)相连；所述真空管转动机构(5)由步进电机、传动机构和依次啮合的N个齿轮(6)构成，所述真空管的个数为N-1；
所述真空管采用光伏光热复合热管真空管(1)，所述光伏光热复合热管真空管(1)包括玻璃管(11)、光伏组件、吸热板(12)和一弯折状或曲面状铜板(14)，所述吸热板(12)为平板，所述吸热板(12)的宽度大于所述铜板(14)宽度上的投影，所述吸热板(12)与所述铜板(14)的凹面端焊接后形成一热管(15)；所述吸热板(12)焊接有铜板(14)的表面上通过磁控溅射工艺喷涂有选择性太阳吸收涂层A1-N/A1(17)，所述光伏组件分布在所述吸热板(12)的另一表面，每片光伏电池片(13)与所述吸热板(12)之间均通过一层绝缘透明聚合物EVA层压后紧密联接；所述热管(15)和所述光伏组件均设置在所述玻璃管(11)内，所述热管(15)通过一弹性支撑片(16)及其连接件与所述玻璃管(11)固定；所述玻璃管(11)的一端封闭，其另一端与所述热管(15)的冷凝端采用金属封接，所述热管(15)的冷凝端从封接处伸出玻璃管(11)，所述玻璃管(11)与所述热管(15)之间为真空腔；所述热管的工作介质选择沸点在50—70℃范围内、凝固点<0℃的物质；
所述光伏光热复合热管真空管(1)的冷凝段与所述水箱(2)之间的连接为可转动的密封连接；每个光伏光热复合热管真空管(1)的蒸发段的端部均分别与所述真空管转动机构(5)中的一齿轮(6)固定、且所述光伏光热复合热管真空管(1)与所述齿轮为同轴布置；
所述水箱(2)设有由一蓄电池(7)供电的电加热器(8)，所述蓄电池(7)的充电端与每个光伏光热复合热管真空管(1)的每片光伏电池片(13)相连。
2.根据权利要求1所述光伏光热太阳能热水器，其特征在于，所述控制器包括六个电阻、三个运算放大器和PWM控制芯片；所述六个电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻，其中，所述第三电阻和第五电阻为滑线电阻；三个运算放大器包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器；上述各电子元器件的连接关系如下：
所述第一运算放大器的同向端与第一电阻相连，所述第一运算放大器的反向端接地，所述第二电阻连接在所述第一运算放大器的同向端与输出端之间，所述第一运算放大器的输出端连接至所述第二运算放大器的同向端；
所述第二运算放大器的同向端与所述第三运算放大器的反向端相连，自15V电源正极至所述第三运算放大器的同向端依次连接有第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述第三电阻的滑线端连接至所述第二运算放大器的反向端；所述第五电阻的滑线端与所述第三运算放大器的同向端相连；
所述第六电阻连接在所述15V电源正极与所述第三运算放大器的输出端之间；所述第一电阻的另一端与温度传感器(3)相连，所述第二运算放大器的输出端通过所述PWM控制芯片连接至所述步进电机，从而实现光伏光热复合热管真空管(1)的转动。
3.根据权利要求2所述光伏光热太阳能热水器，其特征在于，所述PWM控制芯片采用SG3525芯片。
4.根据权利要求2所述光伏光热太阳能热水器，其特征在于，所述第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器采用LM324。
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CN106196647A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 天津大学 一种利用热管的双效太阳能集热器
CN109682080A (zh) * 2018-11-30 2019-04-26 江苏大学 一种模块化光伏光热互补一体化智能利用系统

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