CN205783881U - 一种基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统 - Google Patents
一种基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统，包括全封闭内嵌式玻璃真空管、全玻璃太阳能真空管、复合平面聚光器、下循环管、联箱、冷补水口、循环水泵、1#储热水箱、控制器、空气源热泵补水管、阀门、空气源热泵热水管、空气源热泵、热出水口、2#储热水箱、温度传感器、单向管道、浮球阀、太阳能光伏组件、上循环管。本实用新型采用全封闭内嵌式玻璃真空管，能强化太阳能真空集热管的光学转换性能，提高传统全玻璃真空集热管产水量，集热部件采用复合平面聚光器，提高单位面积太阳能利用率，储热水箱顶部安装光伏组件，为控制器等提供电能，达到资源优化利用的目的，使整个系统的工作性能更加稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能热水系统，特别涉及一种基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统，属于太阳能利用领域。
背景技术
随着人类利用能源的增多，人类社会在过去的几十年里发生了多次能源危机。进入21世纪以来，全球的发展对于能源的需求量与日俱增，经济发展和对能源消耗的增加，人类社会的发展将会面临重大挑战，能源问题将会成为每个国家发展的制约因素。根据2007年的世界能源统计显示：全球石油储量可开采40多年；天然气储量可开采60多年；煤炭资源可开采150年左右。因此，对于可再生新能源的开发利用，将会成为许多国家的重点工作。可再生能源中太阳能具有无污染、能量巨大、长期稳定的特点，合理开发和利用太阳能能源，可减少人类对不可再生能源的依赖，这一目标的实现将会为全球的发展提供有利的契机，同时能够缓解环境污染和生态环境的压力。
在利用太阳能光热技术中，太阳能热水器系统是最为普遍的一种模式，系统集热部件常见的是平板集热器和全玻璃真空管集热器。这两种集热器都可以把太阳能转换为热能，集热器表面所镀制的选择性吸收涂层能够有效吸收太阳能，其内部工质吸热，在热升浮力作用下，工质形成一个微循环，使集热水箱内的水升温。为了提高整个系统的集热性能，通常优化其结构设计和安装参数，使得整个系统可以在一定的条件下收集更多的太阳能，在其光学性能研究方面最具有代表性的是跟踪系统，跟踪系统可有效提高系统的光学效率，但在跟踪的过程中亦存在许多问题，例如：电机和控制器失效、转动系统失灵、跟踪系统轴承打滑、支架变形等等都可以导致跟踪系统的无法正常工作，因此非跟踪式系统得到发展并在太阳能领域应用越来越多。最常见的全玻璃真空管其管管之间的间隙所损失的太阳能居多，能够有效地利用其损失的太阳能，将会提高整个系统集热性能，对于提高非跟踪式太阳能热水系统性能十分重要。
针对上述传统太阳能集热系统存在的问题，本实用新型设计一种基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统，不仅解决了安装部件所带来的太阳能损失问题，而且还利用其管管之间所损失的太阳能，有效的提高了光热转换效率，实现了高效率集热。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统，解决现有太阳能集热系统存在的太阳能损失问题，而且还实现了实时供热的目的，有效的提高了太阳能利用率，实现了太阳能的高效利用。
实现本实用新型的技术方案如下：
一种基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统包括太阳能集热部、下循环管4、联箱5、冷补水口6、循环水泵7、1#储热水箱8、控制器9、空气源热泵补水管10、阀门11、空气源热泵热水管12、空气源热泵13、热出水口14、2#储热水箱15、温度传感器16、单向管道17、浮球阀18、太阳能光伏组件19、上循环管20；
太阳能集热部顶部通过上循环管20与1#储热水箱8上部连接，上循环管20上设置循环水泵7，太阳能集热部底部通过下循环管4与1#储热水箱8底部连接；1#储热水箱8上部设置冷补水口6，1#储热水箱8内上部设置浮球阀18；1#储热水箱8上部通过单向管道17与2#储热水箱15下部连接，1#储热水箱8顶部和2#储热水箱15顶部分别设有太阳能光伏组件19，设置在2#储热水箱15内上部的温度传感器16通过控制器9与空气源热泵13连接，空气源热泵13通过空气源热泵补水管10与2#储热水箱15底部连接，空气源热泵热水管12一端与空气源热泵13连接，另一端伸入2#储热水箱15上部，空气源热泵热水管12上设置阀门11；2#储热水箱15上部设置热出水口14，太阳能光伏组件19分别与控制器9和温度传感器16连接。
所述太阳能集热部由联箱5和设置在联箱5上的太阳能集热器组成；太阳能集热器包括全封闭内嵌式玻璃真空管1、全玻璃太阳能真空管2、复合平面聚光器3，全封闭内嵌式玻璃真空管1与全玻璃太阳能真空管2间形成全封闭真空空间，复合平面聚光器3设置在全玻璃太阳能真空管2外，全封闭内嵌式玻璃真空管1与联箱5连通。
所述单向管道17为设置有单向阀的管道。
系统工作原理：太阳能投射到包括全封闭内嵌式玻璃真空管、全玻璃太阳能真空管和复合平面聚光器的太阳能集热器上，太阳能集热器将光能转换为热能，全玻璃太阳能真空管内部工质（水）受热，在热虹吸力的作用下，运行工质形成一个微循环，加热全封闭内嵌式玻璃真空管内部水，加热后的水汇聚到联箱中，通过上循环管把热水传输到1#储热水箱，1#储热水箱内的水通过下循环管流回联箱，不断循环，使1#储热水箱内水温升高，上循环管上设置循环水泵以加快水流速度，使水快速升温；1#储热水箱通过单向管道将热水传输到2#储热水箱中，使2#储热水箱内水温升高，单向管道设置有单向阀不会发生回流现象，只有在1#储热水箱水温高时或2#储热水箱需要补水时，单向通道才会使1#储热水箱内的水流向2#储热水箱，完成整个工作；光照强度弱时，2#储热水箱内上部的温度传感器监测水温达不到要求时，将信号传至控制器，控制器控制空气源热泵开始工作，2#储热水箱中的水通过空气源热泵补水管流入空气源热泵，经空气源热泵加热后的水通过空气源热泵热水管流入2#储热水箱，不断循环，使2#储热水箱内水温升高，水温达到要求后，温度传感器将信号传至控制器，控制器控制空气源热泵停止工作。1#储热水箱和2#储热水箱顶部设置的太阳能光伏组件为温度传感器和控制器提供电能，实时监测2#储热水箱上部水温，并根据水温控制空气源热泵。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
1、本实用新型采用全封闭内嵌式玻璃真空管，有效地降低了太阳能全玻璃真空集热管运行时内管内水工质浮升力环流效应，进一步提高了太阳能全玻璃真空集热管光热转换性能，提高了传统全玻璃真空集热管产水量；
2、本实用新型集热器部件采用了复合平面聚光器，能够在单位面积内转换利用更多的太阳能，使之太阳能利用率提高；
3、本实用新型在水箱顶部设置太阳能光伏组件，充分利用结构资源，为控制器提供电能，起到了光伏协同的作用；
4、本实用新型采用的辅助热源为空气源热泵，其本身具有高效的热转换率，无论在光照强度是否合适都能使整个系统稳定工作；
5、本实用新型采用的双水箱设计，能够使热量更加集中化，减少能量损耗，提供更多所需求的热量；
6、本实用新型将空气源热泵热水管一端与空气源热泵连接，另一端伸入2#储热水箱上部的目的在于，当光照强度弱，用空气源热泵进行加热时，空气源热泵热水管直接将热水输送到2#储热水箱上部，即可从热出水口取得热水，而不必等2#储热水箱内全部水都加热，达到了节省能耗的目的。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1中圈出部分放大图。
图中1.全封闭内嵌式玻璃真空管，2.全玻璃太阳能真空管，3.复合平面聚光器，4.下循环管，5.联箱，6.冷补水口，7.循环水泵，8.1#储热水箱，9.控制器，10.空气源热泵补水管，11.阀门，12.空气源热泵热水管，13.空气源热泵，14.热出水口，15.2#储热水箱，16.温度传感器，17.单向管道，18.浮球阀，19.太阳能光伏组件，20.上循环管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例1
如图1和图2所示，一种基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统包括全封闭内嵌式玻璃真空管1、全玻璃太阳能真空管2、复合平面聚光器3、下循环管4、联箱5、冷补水口6、循环水泵7、1#储热水箱8、控制器9、空气源热泵补水管10、阀门11、空气源热泵热水管12、空气源热泵13、热出水口14、2#储热水箱15、温度传感器16、单向管道17、浮球阀18、太阳能光伏组件19、上循环管20。
太阳能集热部由联箱5连接十二个太阳能集热器组成，太阳能集热器包括全封闭内嵌式玻璃真空管1、全玻璃太阳能真空管2和复合平面聚光器3，全封闭内嵌式玻璃真空管1与全玻璃太阳能真空管2间形成全封闭真空空间，复合平面聚光器3设置在全玻璃太阳能真空管2外，全封闭内嵌式玻璃真空管1与联箱5连通；联箱5顶部通过上循环管20与1#储热水箱8上部连接，上循环管20上设置循环水泵7，联箱5底部通过下循环管4与1#储热水箱8底部连接；1#储热水箱8上部设置冷补水口6，1#储热水箱8内上部设置浮球阀18；1#储热水箱8上部通过单向管道17与2#储热水箱15下部连接，1#储热水箱8顶部和2#储热水箱15顶部分别设有太阳能光伏组件19，设置在2#储热水箱15内上部的温度传感器16通过控制器9与空气源热泵13连接，空气源热泵13通过空气源热泵补水管10与2#储热水箱15底部连接，空气源热泵热水管12一端与空气源热泵13连接，另一端伸入2#储热水箱15上部，空气源热泵热水管12上设置阀门11；2#储热水箱15上部设置热出水口14，太阳能光伏组件19分别与控制器9和温度传感器16连接。
实施例2
基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统运行模式：如图1和图2所示，太阳能投射到包括全封闭内嵌式玻璃真空管1、全玻璃太阳能真空管2和复合平面聚光器3的太阳能集热器上，联箱5连接四个太阳能集热器组成太阳能集热部，太阳能集热器将光能转换为热能，全玻璃太阳能真空管2内部工质（水）受热，在热虹吸力的作用下，运行工质形成一个微循环，加热全封闭内嵌式玻璃1内部水，加热后的水汇聚到联箱5中，经循环水泵7和上循环管20把热水传输到1#储热水箱8，1#储热水箱8内的水通过下循环管4流回联箱5，不断循环，使1#储热水箱8内水温升高，1#储热水箱通过单向管道17将热水传输到2#储热水箱中，使2#储热水箱内水温升高，单向管道17不会发生回流现象，只有在1#储热水箱8水温高时或2#储热水箱15需要补水时，单向通道17才会使1#储热水箱8内的水流向2#储热水箱15，完成整个工作；1#储热水箱8顶部和2#储热水箱15顶部设有太阳能光伏组件19为控制器9和温度传感器16提供电源，使温度传感器16工作，实时监测2#储热水箱15上部水温。
实施例3
光照强度弱时，2#储热水箱15内上部的温度传感器16监测水温达不到要求时，将信号传至控制器9，控制器9接收到温度传感器16传输的信号进行处理，随后控制器9使空气源热泵13开始工作，通过空气源热泵补水管10和空气源热泵热水管12不断循环，使2#储热水箱15内水温不断升高，当温度传感器16监测2#储热水箱15水温达到要求时，控制器9处理温度传感器16传输的信号，使空气源热泵13停止工作。
Claims (4)
1.一种基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统，其特征在于：包括太阳能集热部、下循环管（4）、联箱（5）、冷补水口（6）、循环水泵（7）、1#储热水箱（8）、控制器（9）、空气源热泵补水管（10）、阀门（11）、空气源热泵热水管（12）、空气源热泵（13）、热出水口（14）、2#储热水箱（15）、温度传感器（16）、单向管道（17）、浮球阀（18）、太阳能光伏组件（19）、上循环管（20）；
太阳能集热部顶部通过上循环管（20）与1#储热水箱（8）上部连接，上循环管（20）上设置循环水泵（7），太阳能集热部底部通过下循环管（4）与1#储热水箱（8）底部连接；1#储热水箱（8）上部设置冷补水口（6），1#储热水箱（8）内上部设置浮球阀（18）；1#储热水箱（8）上部通过单向管道（17）与2#储热水箱（15）下部连接，1#储热水箱（8）顶部和2#储热水箱（15）顶部分别设有太阳能光伏组件（19），设置在2#储热水箱（15）内上部的温度传感器（16）通过控制器（9）与空气源热泵（13）连接，空气源热泵（13）通过空气源热泵补水管（10）与2#储热水箱（15）底部连接，空气源热泵热水管（12）一端与空气源热泵（13）连接，另一端伸入2#储热水箱（15）上部，空气源热泵热水管（12）上设置阀门（11）；2#储热水箱（15）上部设置热出水口（14）；太阳能光伏组件（19）分别与控制器（9）和温度传感器（16）连接。
2.根据权利要求1所述的基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统，其特征在于：所述太阳能集热部由联箱（5）和设置在联箱（5）上的太阳能集热器组成。
3.根据权利要求2所述的基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统，其特征在于：所述太阳能集热器包括全封闭内嵌式玻璃真空管（1）、全玻璃太阳能真空管（2）、复合平面聚光器（3），全封闭内嵌式玻璃真空管（1）与全玻璃太阳能真空管（2）间形成全封闭真空空间，复合平面聚光器（3）设置在全玻璃太阳能真空管（2）外，全封闭内嵌式玻璃真空管（1）与联箱（5）连通。
4.根据权利要求1所述的基于光伏协同强化传质的嵌入管耦合复合平面聚光器太阳能热水系统，其特征在于：单向管道（17）为设置有单向阀的管道。
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