CN209857401U - 太阳能集热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能集热系统，该太阳能集热系统包括储液箱，用于存储液体；第一加热器，装设于所述储液箱内部，用于制热；相变盒子，可拆卸地装设于所述储液箱外壁，其内部灌封有集热工质且设置有第二加热器，用于吸热·放热；太阳能电池板，用于发电；蓄电池，用于充电·放电；以及主控板，分别与所述太阳能电池板、所述蓄电池、所述第一加热器以及所述第二加热器电连接，用于控制所述蓄电池充电蓄能，和/或控制所述蓄电池放电使所述第一加热器制热和/或使所述第二加热器制热供所述相变盒子内的集热工质吸热蓄能。通过上述实施方式，其结构简单，能够充分利用太阳能，清洁环保。

Description

太阳能集热系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能集热系统。

背景技术

随着全球能源危机的加剧，环境污染日益严重，石油、煤炭等价格的剧烈波动，已经严重影响了工农业和国民经济的发展，所以节约能源、新能源开发新能源已经成为全世界共同追求的目标。

太阳能作为一种可再生能源，由于其无污染、蕴藏巨大的能量成为科学各国研究的热点，其中太阳能热利用是可再生能源利用最重要的途径之一。目前太阳能的热利用主要是通过间接吸收式太阳能集热器，通过表面的涂层吸收太阳能把其转换为热能通过集热工质与涂层的对流换热传递能量，这样就增加了能量的中间传递过程，大大增加了能量的损失，同时由于其最高温度出现在涂层表面，长时间会出现涂层脱落的现象。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题提供一种太阳能集热系统，其结构简单，能够充分利用太阳能，清洁环保。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种太阳能集热系统，包括：储液箱，用于存储液体；第一加热器，装设于所述储液箱内部，用于制热；相变盒子，可拆卸地装设于所述储液箱外壁，其内部灌封有集热工质且设置有第二加热器，用于吸热·放热；太阳能电池板，用于发电；蓄电池，用于充电·放电；以及主控板，分别与所述太阳能电池板、所述蓄电池、所述第一加热器以及所述第二加热器电连接，用于控制所述蓄电池充电蓄能，和/或控制所述蓄电池放电使所述第一加热器制热和/或使所述第二加热器制热供所述相变盒子内的集热工质吸热蓄能。

进一步地，所述太阳能集热系统还包括:太阳能集热器，其内部灌封有集热工质，用于直接吸收太阳能；换热器，装设于所述储液箱内部，用于热交换；所述太阳能集热器与所述换热器之间通过两根错位设置的第一导管和第二导管连通，所述第一导管用于将所述太阳能集热器内的集热工质输入至所述换热器进行换热，所述第二导管用于将所述换热器内完成换热的集热工质输出至所述太阳能集热器内重新吸收太阳能；所述第二导管与所述换热器之间通过与所述主控板电连接的循环泵连通。

进一步地，所述太阳能集热器是真空透明玻璃管；所述相变盒子和所述太阳能集热器内的集热工质均采用碳纳米管纳米流体；所述第一加热器和所述第二加热器采用电热丝。

进一步地，所述太阳能集热系统包括支架、两个以上分别与所述主控板电连接的驱动机构以及与所述驱动机构数量相同且分别由不同所述驱动机构驱动的伸缩机构；所述太阳能集热器安装于所述支架上，所述太阳能电池板安装于所述支架任意一侧或两侧且不遮挡所述太阳能集热器；所述支架两端分别至少各设置有一个由所述驱动机构驱动的所述伸缩机构；其中，在所述主控板的控制下，相应所述驱动机构驱动相应所述伸缩机构在竖直方向上进行伸缩进而实现对所述支架角度的调节。

进一步地，所述驱动机构是伺服电机，所述伸缩机构是丝杆滑块组件，所述丝杆滑块组件包括与所述伺服电机联动的丝杆、套设于所述丝杆上的滑块、以及固设于所述滑块上且与所述支架转动连接的支撑杆。

进一步地，所述支架上装设有与所述主控板电连接、用于检测光照强度的光照传感器，所述支架上还装设有与所述主控板电连接、用于检测所述支架转动角度的角度传感器；所述主控板根据所述光照传感器和所述角度传感器反馈的检测值控制所述驱动机构驱动所述伸缩机构对所述支架的角度进行调节。

进一步地，所述相变盒子中，在集热工质所能到达的顶部和底部分别装设有一个浓度传感器；所述太阳能集热器还包括装设于所述储液箱外壁、且与所述主控板电连接的显示屏；所述主控板根据计算得到的两个所述浓度传感器检测到的浓度值的差值与集热工质的标准值进行比较进而判断是否需要更换所述相变盒子并将判断结果显示于所述显示屏上。

进一步地，所述储液箱内部装设有与所述主控板电连接的、用于检测所述储液箱内液体温度的温度传感器。

进一步地，所述储液箱外壁包裹有保温层，所述相变盒子设置于所述保温层与所述储液箱之间；所述储液箱内部装设有与所述主控板电连接、用于检测所述储液箱内液体的液面高度的液位传感器；所述储液箱在第一高度处设置有进水管，在低于第一高度的第二高度处设置有出水管。

进一步地，所述主控板上设置有交流电插头，所述主控板上还集成有用于将交流电转换为直流电的交流转直流电路。

本实用新型的太阳能集热系统，具有如下有益效果：

通过设置太阳能电池板、蓄电池、在储液箱内安装第一加热器以及在储液箱外壁装设内部具有第二加热器和集热工质的相变盒子，在光照充足时，一方面可以利用太阳能电池板产生的电能对储液箱内液体进行加热，一方面可以将剩余电能存储于蓄电池，另一方面可以将电能转换为热能蓄积在相变盒子中，而在光照不足时，结合蓄电池放电加热和相变盒子相变放热维持储液箱内液体温度；

并且，通过设置太阳能集热器和在储液箱内设置与太阳能集热器构成循环通道的换热器，能够在光照充足时直接吸收太阳能并通过换热器与储液箱内液体进行换热，加快制热，提高太阳能利用效率；

此外，通过在安装太阳能电池板和太阳能集热器的支架两端设置由驱动机构驱动的伸缩机构，能够便于跟踪太阳，使得太阳能电池板和太阳能集热器始终能处在一个较佳的受光位置，进而提高太阳能利用效率。

附图说明

图1是本实用新型太阳能集热系统的结构示意图。

图2是图1所示太阳能集热系统中相变盒子的结构示意图。

图3是图1所示太阳能集热系统的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供一种太阳能集热系统。结合图1至图3进行参阅，该太阳能集热系统包括储液箱20、第一加热器11、相变盒子14、太阳能电池板2、蓄电池8以及主控板9。

储液箱20举例可以是长方体状的不锈钢材质的箱体，用于存储待加热的液体如水。

第一加热器11装设于储液箱20内部，用于对储液箱20内的液体进行制热，举例可以采用电热丝。

太阳能电池板2设置于储液箱20的外部，通常可以独立于储液箱20进行设置，用于将太阳能转化为电能。

相变盒子14举例可以设置为长方体状，数量可以设置为一个以上，可拆卸地装设于储液箱20的外壁，其内灌封有集热工质23且设置有第二加热器22，该第二加热器22同样可以采用电热丝，用于通过相变方式吸热和放热。

蓄电池8，同样设置于储液箱20的外部，通常可以独立于储液箱20进行设置，用于充电和放电。

主控板9是集成有如MCU等处理器的电路板，其装设于储液箱20外部，分别与各电气部件如太阳能电池板2、蓄电池8、第一加热器11以及第二加热器22电连接，用于控制蓄电池8充电蓄能，和/或控制蓄电池8放电使第一加热器11制热和/或使第二加热器22制热供相变盒子14内的集热工质23吸热蓄能。

具体的，在太阳光充足时，主控板9控制太阳能电池板2发电，不但为蓄电池8充电，而且还将多余的电能通过第一加热器11对储液箱20内液体直接加热至设定的温度，此外还将多余的电能通过第二加热器22转变为热能存储于相变盒子14的集热工质23内。而在太阳光不充足如雨天、阴天、夜晚等场合下，相变盒子14通过相变方式自然的释放所蓄积的热量以维持储液箱20内液体的温度，并通过主控板9控制蓄电池8放电使第一加热器11对储液箱20内液体进行加热以维持在设定的温度。

较佳的，在储液箱20内装设有与主控板9电连接的温度传感器12。该温度传感器12用于检测储液箱20内液体的温度，以配合主控板9对液体的温度进行调节。

为了便于用户掌握该太阳能集热系统的运行状态，可以在储液箱20外壁装设一块与主控板9电连接的显示屏21。该显示屏21可以显示液体温度、蓄电池8电量等多种状态信息。

在一具体实施例中，为了进一步提高对于太阳能这种清洁的可再生能源的利用效率，还可以设置一直接吸收式太阳能集热器3。该太阳能集热器3装设于储液箱20外部，其内部灌封有吸收太阳能的集热工质1。与之相应地，在储液箱20内部装设有换热器10。太阳能集热器3与换热器10之间通过两根错位设置的第一导管5和第二导管6连通，该第一导管5用于将太阳能集热器3内的集热工质1输入至换热器10与储液箱20内液体进行换热，第二导管6用于将换热器10内完成换热的集热工质1输出至太阳能集热器3内重新吸收太阳能。可以利用集热工质1的自然对流作用实现微循环。

较佳的，为了促进该集热工质1的循环，可以在第二导管6与换热器10之间设置与主控板9电连接的循环泵16连通，具体的，该循环泵16入口与换热器10的出口连接、出口与第二导管6位于太阳能集热器3外部的一端连接。在适当条件下，如阳光充足时，主控板9控制循环泵16工作，利用太阳能集热器3中的集热工质1换热的方式直接辅助于对储液箱20内液体进行加热。

该太阳能集热器3通常可以采用真空透明玻璃管，尤其是双层真空透明玻璃管。其中，灌封于太阳能集热器3内的集热工质23和相变盒子14内的集热工质1举例均可以采用碳纳米管纳米流体。

在一具体实施例中，储液箱20外壁包裹有保温层4，相变盒子14设置于保温层4与储液箱20之间，保温层4的设置可以有效减缓热量向外发散，进一步提高能源利用率。

在一具体实施例中，相变盒子14中，在集热工质23所能够达到的顶部装设有第一浓度传感器24，在集热工质23沉积底部装设有第二浓度传感器25，该第一浓度传感器24和第二浓度传感器25均分别与主控板9电连接，用于检测相变盒子14内集热工质23两处的浓度值，主控板9根据计算得到的该两个浓度值的差值与集热工质23的标准值（即集热工质23正常状态下在相变盒子14顶部和底部的浓度差值）进行比较进而判断相变盒子14是否需要更换。上述的显示屏21进一步显示该判断结果以向用户提示是否需要更换相变盒子14。

在一具体实施例中，储液箱20在第一高度处设置有用于进水的进水管17，在低于第一高度的第二高度处设置有用于出水的出水管18。较佳的，可以在进水管17上设置与主控板9电连接的进水电磁阀，并在出水管18上设置与主控板9电连接的出水电磁阀。进一步地，还可以在储液箱20内装设与主控板9电连接的、用于检测储液箱20内液面高度的液位传感器13。主控板9可以根据液位传感器13检测到的液面高度主动控制进水和出水。

在一具体实施例中，储液箱20内还装设有与主控板9电连接的、用于检测储液箱20内液体温度的温度传感器12。主控板9可以根据设定的温度值和温度传感器12检测到的温度值实时地控制第一加热器11、循环泵16等的启停。主控板9根据温度传感器12的检测值自动控制纳米流体的循环状态和第一加热器11的开启状态，当能量储存到极限时，自动停止纳米流体循环、断电停止加热，防止加热到过高的温度造成储液箱20中结垢。

在一具体实施例中，太阳能集热器3沿着一支架15安装，太阳能电池板2安装于支架15的任意一侧或两侧且不遮挡太阳能集热器3，本实施例中，太阳能电池板2为两块且分别安装于支架15的两侧。较佳的，支架15两端分别至少装设有一个由驱动机构26驱动的在竖直方向（即高度方向）上伸缩的伸缩机构7，且该驱动机构26与主控板9电连接。主控板9可以控制驱动机构26带动伸缩机构7调节支架15的角度进而对太阳能电池板2和太阳能集热器3的受光角度进行调节，以跟踪太阳的照射角度实现更好的发电和集热效果。

更优地，在支架15上装设有未受遮挡的光照强度传感器19，该光照强度传感器19与主控板9电连接。主控板9可以根据光照强度传感器19检测到的光照强度控制驱动机构26工作对支架15的角度进行相适应的调节。为了更好地对该角度进行调节，还可以在支架15上设置与主控板9电连接的角度传感器27如陀螺仪。主控板9根据光照强度传感器19和角度传感器27的反馈值，控制驱动机构26驱动伸缩机构7实现对支架15角度的精确调节。

该支架15采用不锈钢支架15，在支架15上方设置有保温层4，太阳能集热器3安装于保温层4上。

该驱动机构26是伺服电机，该伸缩机构7可以采用丝杆滑块组件。其中，丝杆滑块组件包括丝杆、套设于丝杆上的滑块以及固设于丝杆滑块上的支撑杆。各伺服电机分别与一丝杆联动，各支撑杆分别与支架15一端转动连接以实现角度可调。

在其他实施例中，驱动机构26可以是液压泵，伸缩机构7可以是气缸。各液压泵分别与气缸联动，各气缸的活塞杆分别与支架15的一端转动连接。通过控制液压泵驱动气缸的活塞杆伸缩进而实现对支架15的调节，使其最大限度处于光照强度最大的位置（即最佳位置）。

在一具体实施例中，控制板还上还设置有以与市电如220v插座连接的交流电插头，举例可以采用三孔接头并与三孔插座想插接。控制板上还集成有交流转直流电路，进而在太阳能电池板2发电不足以及蓄电池8电量不足等场合下，可以通过市电为该太阳能集热系统进行供电，比如利用市电实现对储液箱20内液体进行加热、保温、为蓄电池8充电等功能。

上述实施例所述的太阳能集热系统的工作原理简要介绍如下：

在温度传感器12和光照强度传感器19的协同作用下：如果光照充足，主控板9控制太阳能电池板2发电，既为蓄电池8充电，又通过蓄电池8为第一加热器11供电以对储液箱20内液体进行加热、并为第二加热器22供电以对相变盒子14内的集热工质23进行加热蓄积热量以备不时之需（即在光照不足时自然放热维持储液箱20内液体的温度，延长保温时间），同时，太阳能集热器3还通过换热器10与储液箱20内液体进行热交换辅助进行加热。如果光照不足，相变盒子14自然放热，而且通过蓄电池8放电为第一加热器11供电加热储液箱20内液体。

此外，主控板9控制驱动机构26驱动伸缩机构7调节安装太阳能电池板2和太阳能集热器3的支架15的角度，以使太阳能电池板2和太阳能集热器3总能保持在较佳的受光角度。

另外，在相变盒子14内第一浓度传感器24和第二浓度传感器25检测到其内集热工质23工作状态不符合要求时，通过显示屏21提示用户更换相变盒子14。

本实用新型的太阳能集热系统，具有如下有益效果：

通过设置太阳能电池板2、蓄电池8、在储液箱20内安装第一加热器11以及在储液箱20外壁装设内部具有第二加热器22和集热工质23的相变盒子14，在光照充足时，一方面可以利用太阳能电池板2产生的电能对储液箱20内液体进行加热，一方面可以将剩余电能存储于蓄电池8，另一方面可以将电能转换为热能蓄积在相变盒子14中，而在光照不足时，结合蓄电池8放电供第一加热器11加热和相变盒子14通过相变放热维持储液箱20内液体的温度；

并且，通过设置太阳能集热器3和在储液箱20内设置与太阳能集热器3构成循环通道的换热器10，能够在光照充足时直接吸收太阳能并通过换热器10与储液箱20内液体进行换热，加快制热，提高太阳能利用效率；

此外，通过在安装太阳能电池板2和太阳能集热器3的支架15两端设置由驱动机构26驱动的伸缩机构7，能够便于跟踪太阳，使得太阳能电池板2和太阳能集热器3始终能处在一个较佳的受光位置，进而提高太阳能利用效率。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种太阳能集热系统，其特征在于，包括：

储液箱，用于存储液体；

第一加热器，装设于所述储液箱内部，用于制热；

相变盒子，可拆卸地装设于所述储液箱外壁，其内部灌封有集热工质且设置有第二加热器，用于吸热·放热；

太阳能电池板，用于发电；

蓄电池，用于充电·放电；

以及主控板，分别与所述太阳能电池板、所述蓄电池、所述第一加热器以及所述第二加热器电连接，用于控制所述蓄电池充电蓄能，和/或控制所述蓄电池放电使所述第一加热器制热和/或使所述第二加热器制热供所述相变盒子内的集热工质吸热蓄能。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热系统，其特征在于：

所述太阳能集热系统还包括:

太阳能集热器，其内部灌封有集热工质，用于直接吸收太阳能；

换热器，装设于所述储液箱内部，用于热交换；

所述太阳能集热器与所述换热器之间通过两根错位设置的第一导管和第二导管连通，所述第一导管用于将所述太阳能集热器内的集热工质输入至所述换热器进行换热，所述第二导管用于将所述换热器内完成换热的集热工质输出至所述太阳能集热器内重新吸收太阳能；

所述第二导管与所述换热器之间通过与所述主控板电连接的循环泵连通。

3.根据权利要求2所述的太阳能集热系统，其特征在于：

所述太阳能集热器是真空透明玻璃管；

所述相变盒子和所述太阳能集热器内的集热工质均采用碳纳米管纳米流体；

所述第一加热器和所述第二加热器采用电热丝。

4.根据权利要求2所述的太阳能集热系统，其特征在于：

所述太阳能集热系统包括支架、两个以上分别与所述主控板电连接的驱动机构以及与所述驱动机构数量相同且分别由不同所述驱动机构驱动的伸缩机构；所述太阳能集热器安装于所述支架上，所述太阳能电池板安装于所述支架任意一侧或两侧且不遮挡所述太阳能集热器；所述支架两端分别至少各设置有一个由所述驱动机构驱动的所述伸缩机构；其中，在所述主控板的控制下，相应所述驱动机构驱动相应所述伸缩机构在竖直方向上进行伸缩进而实现对所述支架角度的调节。

5.根据权利要求4所述的太阳能集热系统，其特征在于：

所述驱动机构是伺服电机，所述伸缩机构是丝杆滑块组件，所述丝杆滑块组件包括与所述伺服电机联动的丝杆、套设于所述丝杆上的滑块、以及固设于所述滑块上且与所述支架转动连接的支撑杆。

6.根据权利要求1所述的太阳能集热系统，其特征在于：

所述储液箱外壁包裹有保温层，所述相变盒子设置于所述保温层与所述储液箱之间；

所述储液箱在第一高度处设置有进水管，在低于第一高度的第二高度处设置有出水管。

7.根据权利要求1所述的太阳能集热系统，其特征在于：

所述主控板上设置有交流电插头，所述主控板上还集成有用于将交流电转换为直流电的交流转直流电路。