CN205536588U - 太阳光电光热一体式空气能超导热水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳光电光热一体式空气能超导热水系统，共包括四个系统：光电跟踪控制系统、光伏发电离并网控制系统、热交换系统和温度控制系统。本实用新型利用自动跟踪太阳控制系统，把太阳光聚热、太阳能发电和空气能热泵相结合，发明了一种太阳光聚热、光伏发电加热和空气能热泵加热产生热水的系统，同时光伏发电的余电可以并入国家电网，提高太阳能利用率，并且在阴雨天无阳光的情况下热水系统可以从国家电网取电用空气能热泵加热水箱中的水。本实用新型是由超导液将聚热的热量直接带走，超导液零下40℃不会结冰，没有设备冻结的隐患。

Description

太阳光电光热一体式空气能超导热水系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能综合利用领域，具体为一种通过自动跟踪太阳聚热，光伏发电加热，真空集热管保温，超导换热，空气能热补偿为一体产生热水的自动控制系统。

背景技术

太阳是天然的核反应堆，作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而由于太阳光直射角度与光照强度会随着时间而变化，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求。目前很多太阳能热水产品基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，效率低下，也无法把多余太阳能转换为电能储存，阴雨天时，传统太阳能热水器不热；冬天零下十几度，普通的太阳能热水器无法正常使用或使用中水管容易发生结冰冻裂的情况等问题。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种太阳光电光热一体式空气能超导热水系统，共包括四个系统：光电跟踪控制系统、光伏发电离并网控制系统、热交换系统和温度控制系统。本实用新型需在各个控制系统的配合下才能正常运行。

光电跟踪控制系统包括，光电传感器，太阳光电光热一体机，太阳光电光热一体机阵列，支架平台，支架，步进电机B ，支撑轮，支撑轮轨道，底座，驱动齿轮A ，步进电机A，驱动齿轮B，支撑轴，微电脑控制箱和箱体。光电传感器固定在支架平台表面，多个太阳光电光热一体机平铺在支架平台上组成太阳光电光热一体机阵列，支架支撑支架平台，驱动齿轮A固定于支架上，支撑轴固定在底座上且与驱动齿轮B相连，支撑轮与箱体连接并固定在圆形支撑轮轨道上，微电脑控制箱与支撑轮轨道固定在底座上，底座用混凝土固定于地面。光电传感器感受光线，反馈信息到微电脑控制箱，使电脑控制程序进入光电检测跟踪模式，光电检测跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离支架平台法线，当太阳光线偏离法线时，光电传感器发出偏差信号，使跟踪装置重新对准太阳，光电检测跟踪能让太阳光电光热一体机阵列随时正对太阳。太阳光电光热一体机阵列调整位置正对太阳是在微电脑控制箱的控制下通过步进电机A带动驱动齿轮A调节支架上的太阳光电光热一体机阵列实现纵向跟踪太阳，通过步进电机B带动驱动齿轮B调节箱体上连接的支撑轮在支撑轮轨道上实现横向跟踪太阳，通过横向跟踪和纵向跟踪的结合，可使太阳光垂直照射在太阳光电光热一体机阵列上。

太阳光电光热一体机包括，光伏板，真空管集热器，反光镜面，聚光面，光伏板接线盒，铝合金外壳，超导液太阳光电光热一体机出口，超导液温度传感器和超导液太阳光电光热一体机入口。光伏板是两块长方形板，光伏板吸收太阳光将太阳能转化为直流电从光伏板接线盒接线，铝合金外壳为弧形曲面，光伏板与反光镜面无缝密闭连接，铝合金外壳包裹的弧形曲面为反光镜面，反光镜面能把太阳光束聚焦在真空管集热器上的聚光面上，加热聚光面，使聚光面的温度急剧升高，真空管集热器为柱形，内部有超导液，真空管集热器一端联通超导液太阳光电光热一体机入口与另一端联通超导液太阳光电光热一体机出口，超导液由超导液太阳光电光热一体机入口进入从超导液太阳光电光热一体机出口流出带走聚光面上的热量。真空管集热器中心装有超导液温度传感器，超导液温度传感器可以测出真空管集热器中的超导液温度，超导液有一定的启动温度，只需35℃即可开始传温，它的热量传递速度是水的数倍以上，大大提高了传热效率。

光伏发电离并网发电控制系统的功能主要是，微电脑控制箱把光伏板发的电充入蓄电池中，蓄电池充满后，微电脑控制箱控制蓄电池自动停止充电。当外界电网短时间停电时，蓄电池可以为整个系统供电，确保各个系统正常运行。当外界电网来电时，微电脑控制箱自动转换变为由电网供电，余电通过交流逆变器并入国家电网。

热交换系统包括超导液循环和水循环，当超导液温度传感器测出的超导液温度达到50℃时，微电脑控制箱才会启动超导液循环和水循环，低于50℃时超导液循环泵和水循环泵都不运转。超导液循环通过超导液循环泵提供动力，从真空管集热器流出的超导液被加热后由超导液换热器入口进入换热器，从超导液换热器出口流出换热器再流向聚光面，形成超导液循环。水循环通过水循环泵提供动力，从保温水箱流出的水由入水口进入换热器，从出水口流出换热器，交换热量后，热水重新回到保温水箱形成水循环。

温度控制系统中通过水箱温度传感器检测保温水箱的温度，并显示在微电脑控制箱的屏幕上，通过微电脑控制箱可以设定温度，当保温水箱实际温度小于设定温度时，光电传感器检测是晴天时，光电跟踪控制系统正常运行，自动跟踪太阳，同时热交换系统正常运行加热保温水箱内的水，光伏板通过光伏板接线盒连接直流加热棒直接加热保温水箱内的水，直到保温水箱内的水实际温度达到设定温度后，微电脑控制箱会控制光电跟踪控制系统停止跟踪太阳，微电脑控制箱控制继电器A停止直流加热棒加热，光伏板发的余电通过交流逆变器并入国家电网；当光电传感器检测是阴天时，光电跟踪控制系统不工作，微电脑控制箱控制继电器B启动空气能热泵从国家电网取电加热保温水箱内的水。光伏板接线盒通过电缆与微电脑控制箱、继电器A、直流加热棒连接；空气能热泵通过电缆与微电脑控制箱、继电器B连接家用电源。

本实用新型和现有技术相比有以下优点，本实用新型利用自动跟踪太阳控制系统，把太阳光聚热和太阳能发电合二为一，发明了一种太阳光聚热与光伏发电聚热同时加热产生热水的系统，同时光伏发电的余电可以并入国家电网，提高太阳能利用率，并且在阴雨天无阳光的情况下热水系统可以从家用电源取电加热保温水箱中的水。本实用新型是由超导液将集热器的热量直接带走，超导液零下40℃不会结冰，排除设备冻结的隐患。

附图说明

图1为光电跟踪控制装置的结构示意图。

图2为太阳光电光热一体机的结构图。

图3为太阳光电光热一体机的剖面图。

图4为太阳光电光热一体式空气能超导热水系统运行时的流程图。

图5为换热器和保温水箱的结构示意图。

图6为太阳光束照射到反光镜面再反射到聚光面上的原理图。

1、光电传感器，2、太阳光电光热一体机，3、支架平台，4、支架，5、步进电机B，6、支撑轮，7、支撑轮轨道，8、底座，9、驱动齿轮A，10、步进电机A，11、驱动齿轮B，12、支撑轴，13、微电脑控制箱，14、箱体，15、超导液太阳光电光热一体机入口，16、超导液温度传感器，17、光伏板，18、反光镜面，19、真空管集热器支架，20超导液太阳光电光热一体机出口，21、聚光面，22、真空管集热器，23、 光伏板接线盒，24、超导液循环泵，25、超导液换热器出口，26、出水口，27、水循环泵，28、保温水箱，29、超导液换热器入口，30、换热器，31、入水口 ，32、水箱温度传感器，33、空气能热泵，34、继电器B，35、直流加热棒，36、继电器A 37、蓄电池，38、太阳光电光热一体机阵列，39、铝合金外壳 40、太阳光束。

具体实施方式

为了能更清楚地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型进一步说明。

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6，一种太阳光电光热一体式空气能超导热水系统，通过微电脑控制箱13控制光电跟踪控制系统、光伏发电离并网控制系统、热交换系统和温度控制系统的运行。太阳光电光热一体机2由光伏板17、反光镜面18、铝合金外壳39、真空管集热器支架19和真空管集热器22组成，多个太阳光电光热一体机2组成太阳光电光热一体机阵列38，安装在支架平台3上，通过太阳自动跟踪系统自动定位跟踪太阳，使太阳光束40始终汇聚在真空管集热器22的聚光面21保持不变。光伏板17是长为2m宽为1m的长方形，光伏板17下端连接光伏板接线盒23，光伏板17吸收太阳光将太阳能转化为直流电从光伏板接线盒23接线，光伏板17与反光镜面18无缝密闭连接，铝合金外壳39包裹的弧形曲面为反光镜面18，真空管集热器22通过真空管集热器支架19与光伏板17连接，真空管集热器22中心装有超导液温度传感器16，反光镜面18能把太阳光束40聚焦在真空管集热器22的聚光面21上，加热聚光面21，使聚光面21的温度急剧升高，真空管集热器22为柱形，内部有超导液，超导液由超导液太阳光电光热一体机入口15进入从超导液太阳光电光热一体机出口20流出带走聚光面21上的热量。

光伏发电离并网发电控制系统的功能主要是，把光伏板17发的电充入蓄电池37中，蓄电池37充满后，在微电脑控制箱13的控制下蓄电池37自动停止充电。当外界电网短时间停电时，蓄电池37可以为整个系统供电，确保各个系统正常运行。当外界电网来电时，微电脑控制箱13自动转换变为由电网供电，余电通过交流逆变器并入国家电网。

热交换系统包括超导液循环和水循环，超导液循环通过超导液循环泵24提供动力，从真空管集热器22流出的超导液被加热后由超导液换热器入口29进入换热器30，从超导液换热器出口25流出换热器30再流向聚光面21，形成超导液循环。水循环通过水循环泵27提供动力，从保温水箱28流出的水由入水口31进入换热器30，从出水口26流出换热器30，交换热量后，热水重新回到保温水箱28形成水循环。光伏板接线盒23通过电缆与微电脑控制箱13、继电器A36、直流加热棒35连接；空气能热泵33与微电脑控制箱13、继电器B34连接家用电源。

微电脑控制箱13可以设定温度，当保温水箱实际温度小于设定温度时，光电传感器1检测是晴天时，光电跟踪控制系统正常运行，太阳光电光热一体机阵列38自动跟踪太阳，同时热交换系统正常运行加热保温水箱28内的水，光伏板17通过光伏板接线盒23连接直流加热棒35直接加热保温水箱28内的水，直到保温水箱28内的水实际温度达到设定温度后，微电脑控制箱13会控制光电跟踪控制系统停止跟踪太阳，微电脑控制箱13控制继电器A36停止直流加热棒35加热，光伏板17发的余电通过交流逆变器并入国家电网；当光电传感器1检测是阴天时，光电跟踪控制系统不工作，微电脑控制箱13控制继电器B34启动空气能热泵33从国家电网取电加热保温水箱28内的水。

Claims (3)

1.一种太阳光电光热一体式空气能超导热水系统，包括光电跟踪控制系统、光伏发电离并网控制系统、热交换系统和温度控制系统，其特征在于，通过微电脑控制箱控制光电跟踪控制系统、光伏发电离并网控制系统、热交换系统和温度控制系统的运行，

光电跟踪控制系统中，太阳光电光热一体机组成太阳光电光热一体机阵列，太阳光电光热一体机安装在太阳自动跟踪控制支架平台上，太阳光电光热的光伏板下端连接光伏板接线盒，光伏板与反光镜面无缝密闭连接，铝合金外壳包裹的弧形曲面为反光镜面，真空管集热器通过真空管集热器支架与光伏板连接，真空集热器内部有超导液，真空管集热器通有超导液太阳光电光热一体机入口与超导液太阳光电光热一体机出口，真空集热器中心装有超导液温度传感器，

光伏发电离并网控制系统中，光伏板接线盒用线缆通过微电脑控制箱与蓄电池、直流加热棒、国家电网连接，

热交换系统中，包括超导液循环和水循环，超导液循环中，超导液由超导液太阳光电光热一体机入口进入真空集热器，从超导液太阳光电光热一体机出口流出，超导液循环泵提供动力，从集热器流出的超导液被加热后由超导液换热器入口进入换热器，从超导液换热器出口流出换热器再流向聚焦点，形成超导液循环，水循环中，水循环泵提供动力，从保温水箱流出的水由入水口进入换热器，从出水口流出换热器，热水重新回到保温水箱形成水循环，

温度控制系统中，光伏板接线盒通过电缆与微电脑控制箱、继电器A、直流加热棒连接，空气能热泵与微电脑控制箱、继电器B连接家用电源。

2.根据权利要求1所述的太阳光电光热一体式空气能超导热水系统，其特征是所述光伏板为长为2m宽为1m的长方形。

3.根据权利要求1所述的太阳光电光热一体式空气能超导热水系统，其特征是所述反光镜面为弧形曲面。