CN210297334U - 太阳能光伏板低压直流智能家电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了太阳能光伏板低压直流智能家电系统，包括：太阳能光伏板的电能输出端连接于直流配电装置的第一供电端；直流配电装置的第一电能输出端连接于低压直流用电单元的供电端，直流配电装置的第二电能输出端连接于储能装置的供电端；储能装置的电能输出端连接于直流配电装置的第二供电端；低压直流用电单元的供电端连接于直流配电装置的第一电能输出端，低压直流用电单元中设置有至少一组发热元件，发热元件为矩形片状和/或具有开口的环形片状，发热元件由柔性碳材料制成，发热元件通电后产生热量。通过本申请中的技术方案，无需逆变器和交流配电箱，降低了传统太阳能家电系统的成本，是一套独立的供电系统，同时提高了电能质量。

Description

太阳能光伏板低压直流智能家电系统

技术领域

本申请涉及太阳能供电的技术领域，具体而言，涉及太阳能光伏板低压直流智能家电系统。

背景技术

太阳能是地球上最基本的可再生清洁能源。随着石油、天然气、煤炭等化石能源的日益短缺，太阳能正在受到极大地关注，但光伏发电仍面临着一些问题，如：建设成本高、市场化程度低，弃光限电现象严重。

由于光伏系统输出的是直流电，在终端电器用电或并网过程中，必须经逆变器，将直流电变转换成交流电，该交直流转换过程，不仅能量损失严重，而且，逆变器成本在整个光伏系统中占到6～10％。与此同时，目前光伏并网逆变器主要采用全桥逆变电路，该电路在光伏系统的直流端，存在着很大的共模电压，且与大地之间存在很大的寄生电容，会产生较大的对地共模漏电流，电磁干扰现象比较严重。

此外，随着电力电子技术的发展，从负载角度来看，大量低压用电设备，如电脑、液晶电视、电子镇流器荧光灯、打印机等办公设备、变频调速空调、洗衣机、冰箱等，都需经过整流装置，将交流电变换成直流电后，这些低压用电设备才能正常使用。这种整流方式，会导致大量谐波电流注入供电系统，严重影响电能质量，增加电能损耗，且设置诸多交直流变换环节，也同样增加了供电网建设的投资。

实用新型内容

本申请的目的在于：设计一种无需并网的太阳能光伏板低压直流智能家电系统，该系统的能量利用率较高，无需逆变器和交流配电箱，将转换得到的电能直接供给低压直流用电单元，利用设置于低压直流用电单元中、由新型柔性碳材料制成的发热元件，进行电热转换，具有高的电热转换率(99％)、升降温速度快、加热过程中无噪音等优势，相比传统太阳能光伏系统，该低压直流智能家电系统，具有能量利用率提高、成本低，安全性能高、使用便捷、地域普适性强等优势。

本申请的技术方案是：提供了太阳能光伏板低压直流智能家电系统，该家电系统包括太阳能光伏板，直流配电装置，储能装置和低压直流用电单元；太阳能光伏板的电能输出端连接于直流配电装置的第一供电端，太阳能光伏板将光电转换后的直流电传输至直流配电装置；直流配电装置的第一电能输出端连接于低压直流用电单元的供电端，直流配电装置的第二电能输出端连接于储能装置的供电端，直流配电装置用于对低压直流用电单元和/或储能装置进行配电；储能装置的电能输出端连接于直流配电装置的第二供电端，储能装置用于存储或释放直流电；低压直流用电单元的供电端连接于直流配电装置的第一电能输出端，低压直流用电单元中设置有至少一组发热元件，发热元件为矩形片状和/或具有开口的环形片状，发热元件由柔性碳材料制成，发热元件通电后产生热量。

上述任一项技术方案中，进一步地，发热元件为矩形片状，发热元件还包括：两条供电电极；供电电极固定连接于矩形发热元件的两端，供电电极还通过导线连接于直流配电装置的第一电能输出端。

上述任一项技术方案中，进一步地，发热元件为具有开口的环形片状，发热元件还包括：两条供电电极；供电电极固定连接于环形发热元件开口处的两端，供电电极还通过导线连接于直流配电装置的第一电能输出端。

上述任一项技术方案中，进一步地，低压直流用电单元中设置有智能低压控制电路，智能低压控制电路用于根据设定的温度参数，调节低压直流用电单元中供电电极两端直流电的大小，其中，低压直流用电单元包括热水壶、热水器、电热炉、电饭锅和电暖器中的至少一种。

上述任一项技术方案中，进一步地，发热元件还包括依次设置的散热保护层、电热元件层、反射层和隔热层；散热保护层由高导热系数的材料构成，散热保护层用于传递电热元件层产生的热量；电热元件层由柔性碳材料制成，电热元件层连接于供电电极，电热元件层通电后产生热量；反射层用于将电热元件层产生的热量反射至散热保护层；隔热层用于隔离透过反射层的热量。

进一步的，发热元件还包括：温度传感器；温度传感器的检测端设置于发热元件上方的中心位置，温度传感器的信号输出端连接于智能低压控制电路的数据接收端，温度传感器用于检测发热元件的实际温度，并将实际温度传递至智能低压控制电路；智能低压控制电路还用于根据实际温度和设定的温度参数，调节供电电极的直流电大小。

上述任一项技术方案中，进一步地，直流配电装置包括：配电单元，稳压单元和显示单元；稳压单元中设置有整流稳压电路，稳压单元用于对太阳能光伏板转换后的直流电进行稳压；配电单元连接于稳压单元和储能装置，配电装置用于根据低压直流用电单元的所需供电电流，对稳压单元中稳压后的直流电和/或储能装置中的直流电进行配电；显示单元用于显示直流配电装置的作业状态，其中，作业状态包括充电作业、放电作业、充电电流数值、放电电流数值、供电电压数值以及供电电流数值。

上述任一项技术方案中，进一步地，家电系统还包括：智能供电开关以及电流传感器或电压传感器；电流传感器或电压传感器设置于直流配电装置内，电流传感或电压传感器用于检测家电系统中的电流检测值或电压检测值；智能供电开关设置于直流配电装置的第一电能输出端与低压直流用电单元的供电端之间，智能供电开关用于当电流检测值或电压检测值大于预设安全阈值时，由导通状态转换为断开状态。

本申请的有益效果是：

该太阳能光伏板低压直流智能家电系统，属于独立离网型光伏发电系统，由太阳能光伏板和低压直流用电单元构成，无需逆变器和交流配电箱，将光电转换后的直流电直接输出至低压直流用电单元中的发热元件进行电加热，有利于降低系统电能损耗、增强供电连续性和可靠性，降低太阳能光伏板的整体成本，还能够提高电能质量。

在本申请中，低压直流用电单元具有特殊的低压控制电路，可直接与太阳能光伏系统连接使用。特别是其加热元件，具有接近100％热电转换效率，加热速度快，无需预热，无有害电磁波辐射，可实现静音加热，低压使用安全等优点。此外，该系统应用范围广泛，尤其是可有效解决西北偏远贫苦地区无电的现状、还缓解了西北、西南以及东南等广大地区并网弃光限电现象。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的太阳能光伏板低压直流智能家电系统示意框图；

图2是根据本申请的一个实施例的电暖器的示意图；

图3是根据本申请的一个实施例的低压直流热水壶中发热元件示意图；

图4是根据本申请的一个实施例的低压直流热水器中发热元件示意图；

图5是根据本申请的一个实施例的智能低压直流电热炉中发热元件示意图；

图6是根据本申请的一个实施例的低压直流电饭锅中发热元件示意图；

图7是根据本申请的一个实施例的电热炉的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实施例提供了太阳能光伏板低压直流智能家电系统，包括：太阳能光伏板10，直流配电装置20，储能装置30和低压直流用电单元50；太阳能光伏板10中的半导体材料可以选用单晶硅、多晶硅、非晶硅及碲化镉等，其整体输出功率可以根据用户的实际负载情况确定。

太阳能光伏板10的电能输出端连接于直流配电装置20的第一供电端，太阳能光伏板10将光电转换后的直流电传输至直流配电装置20，转换后的直流电，在直流配电装置20的控制下，传输至低压直流用电单元 50，对其内部的家用电器进行供电，和/或传输至储能装置30进行储能。

直流配电装置20的第一电能输出端连接于低压直流用电单元50的供电端，直流配电装置20的第二电能输出端连接于储能装置30的供电端。直流配电装置20接收到太阳能光伏板10输出的电能之后，直流配电装置20首先对转换后的电能进行稳压，结合低压直流用电单元50的用电情况、稳压后的电能情况、储能装置30的储能情况等信息，对稳压后的电能进行分配，对低压直流用电单元50和/或储能装置30进行配电。

进一步地，直流配电装置20具体包括：配电单元，稳压单元和显示单元；稳压单元中设置有整流稳压电路，稳压单元用于对太阳能光伏板 10转换后的直流电进行稳压；配电单元连接于稳压单元和储能装置30，配电装置用于根据低压直流用电单元50的所需供电电流，对稳压单元中稳压后的直流电和/或储能装置30中的直流电进行配电；显示单元用于显示直流配电装置20的作业状态，其中，作业状态包括充电作业、放电作业、充电电流数值、放电电流数值、供电电压数值以及供电电流数值。

具体地，太阳能光伏板10转换后的直流电，通过稳压单元中的整流稳压电路进行整流稳压，转换为稳定的直流电，再通过配电单元对低压直流用电单元50中所需供电电流的检测，当转换后稳定的直流电大于所需供电电流时，配电单元将多出的部分传递至储能装置30中，进行储能；当转换后稳定的直流电小于所需供电电流时，配电单元向储能装置30发出放电指令，从储能装置30中获取直流电，与转换后稳定的直流电，共同为低压直流用电单元50进行供电。

同时，配电单元还可以将直流配电装置20的作业状态发送至显示单元，由显示单元进行显示，以便于对整体家电系统的用电情况进行监控。

直流配电装置20的主要作用是控制整个系统的工作状态，一方面，对太阳能光伏板10输出的直流电进行分配、监控、保护，把稳压后的直流电，送往低压直流用电单元50中的智能低压直流负载，为低压直流负载提供供电电流。同时，直流配电装置20还把多余的直流电送往储能装置30中进行储能。并且，当太阳能光伏板10所转换的直流电，不能满足低压直流用电单元50中负载需要时，直流配电装置20又控制储能装置30，将储存的直流电送往低压直流用电单元50。

另一方面，直流配电装置20还对储能装置30起到过充电保护、过放电保护的作用。特别是在温差较大的地方，直流配电装置20还具备温度补偿的功能。

储能装置30的电能输出端连接于低压直流用电单元50的第二供电端，储能装置30用于存储或释放直流电。

具体地，储能装置30一般为蓄电池组，其作用是将太阳能光伏板10 所发出的直流电储存起来，到需要的时候再释放出来。储能装置30一般为铅酸电池，小微型太阳能光伏系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

进一步，储能装置30可以为储能胶体蓄电池，采用阻燃、超强ABS 壳体，以及高分子环氧树脂胶进行密封，造型美观、结构牢固、密封可靠无泄漏，整个寿命期间并不需要定期补水或补酸等维护操作。储能装置30容量大小的配置视系统的负载功率等影响参数而定。

需要强调的是，太阳能光伏板10直接输出DC直流电，本系统的特点在于，终端产品(低压直流用电单元50)可直接使用太阳能输出的直流电，无需转换成交流电，因此也无用到DC-AC逆变器。

进一步地，家电系统还包括：智能供电开关40以及电流传感器或电压传感器；电流传感器或电压传感器设置于直流配电装置20内，电流传感或电压传感器用于检测家电系统中的电流检测值或电压检测值；智能供电开关40设置于直流配电装置20的第一电能输出端与低压直流用电单元50的供电端之间，智能供电开关40用于当电流检测值或电压检测值大于预设安全阈值时，由导通状态转换为断开状态，其中，预设安全阈值为电流阈值和电压阈值。

低压直流用电单元50中设置有至少一组发热元件，发热元件由新型柔性碳材料制成，可以为微晶石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、玻碳中的任一种形成，具体可参照中国发明专利201910272749.4 及中国发明专利201910271815.6。发热元件通电后迅速产热，以远红外辐射的形式向外传递热量，不发光并且产热均匀柔和。

该发热元件可以为矩形片状，此时，两条供电电极固定连接于矩形发热元件的两端，上述供电电极还通过导线连接于直流配电装置20的第一电能输出端，以便对发热元件进行供电。

该发热元件可以为具有开口的环形片状，此时，两条供电电极固定连接于环形发热元件开口处的两端，上述供电电极还通过导线连接于所述直流配电装置20的第一电能输出端，以便对发热元件进行供电。

进一步地，发热元件包括依次设置的散热保护层、电热元件层和反射隔热层；散热保护层由高导热系数的材料构成，散热保护层用于传导电热元件层产生的热量；电热元件层由上述新型柔性碳材料制成，电热元件层通电后产生热量；反射层用于将电热元件层产生的热量反射至散热保护层；隔热层用于隔离透过反射层的热量。

具体地，散热保护层选用高导热系数材料制成，如耐高温的黑色导热橡胶、黑色导热布或黑色导热涂层。

反射层用于反射加热层热量，可选用铝箔、银浆反射涂料、铝银浆反射涂料或陶瓷纤维等一系列反射材料。

隔热层用于隔离透过反射层的热量，可选用隔热铝箔或锡箔，硅酸铝纤维棉、矿渣纤维棉、延绵、玻璃纤维棉、海泡纤维棉等一系列耐高温、防火、不燃的矿物纤维材料，或者蛭石、膨胀珍珠岩、硅酸钙保温绝热轻体材料等一系列不燃、防火的无机矿物类材料。

进一步地，低压直流用电单元50中设置有智能低压控制电路，智能低压控制电路用于根据设定的温度参数，调节低压直流用电单元50中发热元件两端直流电的大小。

优选地，发热元件还包括：温度传感器；温度传感器设置于发热元件上方的中心位置，温度传感器的信号输出端连接于智能低压控制电路的数据接收端，温度传感器用于检测发热元件的实际温度，并将实际温度传递至智能低压控制电路；智能低压控制电路还用于根据实际温度和设定的温度参数，调节供电电极的直流电大小。

具体地，如图2所示，以电暖器作为该智能家电系统中的一个低压直流用电单元50，在本实施例中，电暖器包括顶部进水管21，底部出水管22，加热容器24，发热元件25，管接头以及循环泵23；加热容器24 的上、下两端分别设置有通孔，上通孔通过第一管接头连接于循环泵23 的进水端，下通孔通过第二管接头与底部出水管22相连；循环泵23的出水端连接于顶部进水管21的热水进水口，循环泵23用于将流经加热容器24的水，泵入顶部进水管21；发热元件25设置于加热容器24内部，发热元件25上设置有供电电极，供电电极用于对发热元件25供电，以使发热元件25产热。

该供电电极通过智能供电开关40连接于直流配电装置20，利用太阳能光伏板10转换的直流电、和/或储能装置30中存储的直流电，对发热元件25进行供电。

进一步地，发热元件25铺设在为一端封闭的石英管的内壁上，该石英管开口端设置有封闭头26，封闭头26用于对石英管进行封闭处理。

具体地，将上述装有发热元件25的石英管设置在电暖器一侧的下方，位置不做限定，石英管利用其内部的发热元件25，对加热容器24内对水加热，热量无损失。

随着电暖器的温度升高，设置在发热元件25中的温度传感器检测其的实际温度，与设定的温度参数进行比较，由电暖器中的智能低压控制电路，对发热元件两端的直流电进行调节，并将调解结果上传至直流配电装置20，最终由直流配电装置20实现对电暖器的供电调节。

需要说明的是，低压直流用电单元50包括热水壶、热水器、电热炉、电饭锅和电暖器中的至少一种。

实施例一：

本实施例给出一种低压直流热水壶的实现方式，其最大初设额定功率为1000W，功率可调。

低压直流热水壶的发热元件设置于底部，如图3所示，发热元件为一个带断口的环形，外径与内径比约为15：1。在本实施例中，设定外径为150mm，内径为10mm。发热元件断口两侧各设置一个电极，电极应与发热元件中的电热元件层有良好的电接触。

设定低压直流热水壶的额定工作电压为±36V、额定加热功率为 1000W，则发热元件的总电阻应为5.18Ω，以新型柔性碳材料方块电阻 10Ω/sq计算，则上述发热元件中，由新型柔性碳材料制成电热元件层的电阻为32.27Ω，因此，还应并联一个6.67Ω的固定电阻。

环形发热元件中间空白处设置一个温度传感器及相应的接触装置，温度传感器引线沿电热元件层断口处引出，连接至智能低压控制电路。当低压直流热水壶工作时，发热元件中的电热元件层按额定加热功率运行，直至温度传感器检测到的实际温度达到100℃后，智能低压控制电路切断电源并声光提示。若工作时传感器测量温度超过120℃时，电热水壶进入保护模式，停止加热并声光报警。

需要说明的是，该低压直流热水壶中设置有电源适配器，有需求的时候也可以连接普通市电运行。

实施例二：

本实施例给出一种低压直流热水器的实现方式，包括储水式和非储水式，考虑到西北地区年均降水量低，设置为可手动加水，电源电压设为±36V，其最大功率设为1000W，满足日常生活用水需要。

该低压直流热水器发热元件设计为水电分离形式。发热元件可以包覆在筒体内壁周围，也可以固定在加热管内壁(外部走水)或外壁(内部走水)，发热元件展开为规格500mm×500mm的正方形。按电源电压±36V、加热功率1000W计算，发热元件总电阻应为5.18Ω。

发热元件中的电热元件层可以设置为一层，此时，在电热元件层两端分别设置电极。发热元件中的新型柔性碳材料电热元件层还可设置为两层重合叠加的形式，如图4所示，可进一步提高加热效率。

当采用两层重合叠加的形式时，设有上中下三个电极，每个电极自左到右贯穿电热元件层，其中，上下电极与两块电热元件层一端电连接，并分别通过低压直流热水器的控制面板连通电源正极，中间电极与两块电热元件层均有良好的电连接，接通电源负极并接地。温度传感器埋设在电热元件层的中间电极中，温度传感器引线沿中间电极引出，与控制面板相连。

当遇到以下情况时，控制面板将切断电源，低压直流热水器进入保护模式并声光报警：

1)温度传感器测量温度大于安全值时；

2)电热元件层电流过大时；

3)温度传感器故障时；

4)低压直流热水器的漏电保护器检测到漏电。

需要说明的是，该低压直流热水器中设置有电源适配器，有需求的时候也可以连接普通市电运行。

实施例三：

本实施例给出一种智能低压直流电热炉的实现方式，该智能低压直流电热炉的初设额定功率为1000W，用于满足日常生活做饭需要。

发热元件位于智能低压直流电热炉的底部，展开为规格 350mm×350mm的正方形，电源电压为±36V。

按电源电压±36V、加热功率1000W计算，发热元件的总电阻应为 5.18Ω。

发热元件中的电热元件层可以设置为一层，此时，在电热元件层两端分别设置电极。发热元件中的新型柔性碳材料电热元件层还可设置为两层重合叠加的形式，如图5所示，可进一步提高加热效率。

当采用两层重合叠加的形式时，设有上中下三个电极，每个电极自左到右贯穿电热元件层，其中，上下电极与两块电热元件层一端电连接，并分别通过智能低压直流电热炉的控制面板连通电源正极，中间电极与两块电热元件层均有良好的电连接，接通电源负极并接地。温度传感器埋设在电热元件层的中间电极中，温度传感器引线沿中间电极引出，与控制面板相连。

当遇到以下情况时，控制面板将切断电源，智能低压直流电热炉进入保护模式并声光报警：

1)温度传感器测量温度大于安全值时；

2)电热元件层电流过大时；

3)温度传感器故障时；

4)低压直流热水器的漏电保护器检测到漏电。

需要说明的是，该智能低压直流电热炉中设置有电源适配器，有需求的时候也可以连接普通市电运行。

实施例四：

本实施例给出一种低压直流电饭锅的实现方式，低压直流电饭锅包含如图6所示一个发热元件，由新型柔性碳材料制成电热元件层为一个带断口的环形，断口两侧各设置一个电极，电极应与电热元件层有良好的电接触。

按新型柔性碳材料方块电阻10Ω/sq、电源电压±36V、加热功率800W 计算，发热元件总电阻应为6.48Ω，环形发热元件外径与内径比约为1： 191。若内径为100mm，外径应为约191mm。

环形电热元件层中间空白处设置一片温度传感器及相应的弹簧接触装置，温度传感器引线沿发热元件断口处引出，连接至智能低压控制电路。当低压直流电饭锅工作时，按预设的温度曲线启动加热程序，使发热元件按预定加热功率和时序运行，直至完成程序后，自动切断电源并声光提示。

若工作时温度传感器测量到的实际温度超过180℃时，低压直流电饭锅进入保护模式，停止加热并声光报警。

需要说明的是，该低压直流电饭锅中设置有电源适配器，有需求的时候也可以连接普通市电运行。

实施例五：

本实施例给出一种智能低压直流电暖器的实现方式，该智能低压直流电暖器初设功率为800W，用于满足日常生活取暖需要。

一种低压直流智能取暖器，将发热元件铺设到电暖器片中，利用自然对流原理，空气被加热后，热空气密度降低，自然上升，冷空气密度大，自然下降，形成空气循环，从而实现室内空气加热。

相比传统金属丝发热，本实施例中的智能低压直流电暖器，其电能转化率提高30％，而与比空调制热相比，本实施例中的智能低压直流电暖器可以节能80％，并且无污染、无噪音。

进一步，发热元件中的电热元件层可以是一块或多块，智能低压直流电暖器总功率为1000W，当电源电压为±36V时，发热元件的总电阻为 5.18Ω。

进一步，本实施例中的智能低压直流电暖器，其发热部位可以为一系列加热管串联的形式，柔性纤维布包裹在加热管内壁和/或外壁上，取热方式仍为空气自然对流原理。

本实施例中给出一种智能低压直流电暖器的另一种实现方式，该智能低压直流电暖器的发热部位于电暖器前端，柔性纤维布包裹在加热管内壁(外部走水)或外壁(内部走水)上，为水暖取热。柔性纤维布展开为规格350mm×350mm的正方形，电源电压为±36V。按电源电压±36V、加热总功率1000W计算，柔性纤维布的总电阻应为5.18Ω。

实施例六：

如图7所示，在本实施例中，设定低压直流用电单元50为电热炉，该电热炉包括壳体，壳体的上表面设置有加热区域，在加热区域下方设置一组发热元件，该发热元件为矩形，其两端设置有供电电极，利用太阳能光伏板10转换的直流电、和/或储能装置30中的直流电对发热元件进行供电。温度传感器设置于加热区域和发热元件之间、位于发热元件的中心位置处。

进一步地，该电热炉还包括：陶瓷微晶面板；陶瓷微晶面板设置于加热区域与散热保护层之间，陶瓷微晶面板用于将散热保护层中的热量传递至加热区域。

优选地，陶瓷微晶面板为圆弧形。

进一步地，电热炉还包括：功能模块，火力旋钮以及火力旋钮指示灯；功能模块设置于火力旋钮的两端，功能模块的数据输出端连接于主控板的指令输入端，功能模块用于向主控板输入加热指令；火力旋钮设置于壳体的正面，火力旋钮正向旋转时，增大加热指令中的预设电流，火力旋钮反向旋转时，减小预设电流，其中，预设电流用于生成加热组件的供电电流；火力旋钮指示灯设置于火力旋钮的上方，火力旋钮指示灯用于等比例显示供电电流的数值。

进一步地，电热炉还包括：散热通道、散热风扇以及蜂鸣器；散热通道设置于壳体的背面，散热风扇设置于壳体的内部、且正对于散热通道，散热风扇旋转时，将壳体内部的空气通过散热通道排出壳体；蜂鸣器设置于壳体的内壁上、且靠近散热通道，蜂鸣器用于当主控板判定加热炉异常时，发出报警信息。

通过对上述实施例中太阳能光伏板低压直流智能家电系统的性能进行统计分析，设定全年日照时数为3200～3300小时，以新疆地区为例，该地区每天最强光照时间约为7个小时。

一般来说，1平方米的晶硅太阳能板光电转换率为120-150W(其光电转换效率按12％-15％计算)，最强光照强度为1KW/m²。以最低120W 计算、最强日照时长7h，则1平方的太阳能光伏板日发电量为1000W/m2 ×12％×7h×1m2＝840Wh(光照强度×转化率×日照时长×面积)，则1平方的太阳能光伏板一年的发电量为306.6度，即1W太阳能光伏板的发电量为2.56度。

分析过程中，尽可能多的考虑该地区用户日常生活所需用电负载，且所有负载均为该系统中的低压直流用电器(低压直流用电单元50)。耗电量统计如表1所示。

表1

考虑到无电户的居住条件有限，且交通不便以及牧民随草场搬迁等原因，某些电器设备不便于使用和携带，节能灯、热水壶，鼓风机、奶油分离器、卫星接收机、收录机将作为与户用系统相配套的必备设备，其他电电器将作为生活条件改善后可能增加的电器，在此一并计算在内。

假设该家庭配备上述所有用电器，则日用电量月为7度电，以每月用电210度,年用电量2500度计算。那么，此家庭需要安装976.56W的太阳能光伏板组件供电，进一步，设计太阳能光伏板组件为1000W。

并网太阳能光伏系统的成本在7-10元/瓦，含组件、逆变器、支架等各种设备，本实用新型没有逆变器、无需直流、交流互转的过程，成本可控制在2-5元/瓦的组件价格。则该用户组件成本约为2000-5000元。再算上终端电器的成本，该外部太阳能光伏系统的成本约为4000-8000 元，以最高投资成本8000计算。

假定太阳能光伏板组件寿命为25年，则该新疆家庭的平均用电成本为8000/2500/25＝0.13元/度电，与新疆地区现行市电价格0.39元/度相比，每年可节省650元。

进一步，需要说明的是，8000元为含终端用电器的价格。若用户家庭负载降低，相应系统的成本也会降低。

需要注意的是，本实施例中的太阳能光伏板低压直流智能家电系统，还能带来客观的环保收益，经过统计分析，环保收益如下：

每瓦光伏发电组件平均每年发2.56KW·h，替代燃煤发电(每发1千瓦时电排放二氧化碳约为1.4千克)，该1000瓦光伏发电组件平均每年减排二氧化碳3584kg；按照欧洲光伏产业协会估计，光伏发电取代柴油发电机的二氧化碳减排效果为1千克/千瓦时，因而用此系统替代柴油发电机，平均每年减排二氧化碳2560kg。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了太阳能光伏板低压直流智能家电系统，包括：太阳能光伏板的电能输出端连接于直流配电装置的第一供电端；直流配电装置的第一电能输出端连接于低压直流用电单元的供电端，直流配电装置的第二电能输出端连接于储能装置的供电端；储能装置的电能输出端连接于直流配电装置的第二供电端；低压直流用电单元的供电端连接于直流配电装置的第一电能输出端，低压直流用电单元中设置有至少一组发热元件，发热元件为矩形片状和/或具有开口的环形片状，发热元件由柔性碳材料制成，发热元件通电后产生热量。通过本申请中的技术方案，无需逆变器和交流配电箱，将光电转换后的电能直接输出至发热元件进行电加热，降低了传统太阳能家电系统的成本，是一套独立的供电系统，同时提高了电能质量。

在本申请中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本申请的原理进行说明，并非意在对本申请进行限制。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对实用新型所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (8)

1.太阳能光伏板低压直流智能家电系统，其特征在于，该家电系统包括太阳能光伏板(10)，直流配电装置(20)，储能装置(30)和低压直流用电单元(50)；

所述太阳能光伏板(10)的电能输出端连接于所述直流配电装置(20)的第一供电端，所述太阳能光伏板(10)将光电转换后的直流电传输至所述直流配电装置(20)；

所述直流配电装置(20)的第一电能输出端连接于所述低压直流用电单元(50)的供电端，所述直流配电装置(20)的第二电能输出端连接于所述储能装置(30)的供电端，所述直流配电装置(20)用于对所述低压直流用电单元(50)和/或所述储能装置(30)进行配电；

所述储能装置(30)的电能输出端连接于所述直流配电装置(20)的第二供电端，所述储能装置(30)用于存储或释放直流电；

所述低压直流用电单元(50)的供电端连接于所述直流配电装置(20)的第一电能输出端，所述低压直流用电单元(50)中设置有至少一组发热元件，所述发热元件为矩形片状和/或具有开口的环形片状，所述发热元件由柔性碳材料制成，所述发热元件通电后产生热量。

2.如权利要求1所述的太阳能光伏板低压直流智能家电系统，其特征在于，所述发热元件为矩形片状，所述发热元件还包括：两条供电电极；

所述供电电极固定连接于矩形发热元件的两端，所述供电电极还通过导线连接于所述直流配电装置(20)的第一电能输出端。

3.如权利要求1所述的太阳能光伏板低压直流智能家电系统，其特征在于，所述发热元件为具有开口的环形片状，所述发热元件还包括：两条供电电极；

所述供电电极固定连接于环形发热元件开口处的两端，所述供电电极还通过导线连接于所述直流配电装置(20)的第一电能输出端。

4.如权利要求2或3任一项所述的太阳能光伏板低压直流智能家电系统，其特征在于，所述低压直流用电单元(50)中设置有智能低压控制电路，所述智能低压控制电路用于根据设定的温度参数，调节所述低压直流用电单元(50)中所述供电电极两端直流电的大小，其中，所述低压直流用电单元(50)包括热水壶、热水器、电热炉、电饭锅和电暖器中的至少一种。

5.如权利要求4所述的太阳能光伏板低压直流智能家电系统，其特征在于，所述发热元件还包括依次设置的散热保护层、电热元件层、反射层和隔热层；

所述散热保护层由高导热系数的材料构成，所述散热保护层用于传递所述电热元件层产生的热量；

所述电热元件层由柔性碳材料制成，所述电热元件层连接于所述供电电极，所述电热元件层通电后产生热量；

所述反射层用于将所述电热元件层产生的热量反射至所述散热保护层；

所述隔热层用于隔离透过所述反射层的热量。

6.如权利要求4所述的太阳能光伏板低压直流智能家电系统，其特征在于，所述发热元件还包括：温度传感器；

所述温度传感器的检测端设置于所述发热元件上方的中心位置，所述温度传感器的信号输出端连接于所述智能低压控制电路的数据接收端，所述温度传感器用于检测所述发热元件的实际温度，并将所述实际温度传递至所述智能低压控制电路；

所述智能低压控制电路还用于根据所述实际温度和所述设定的温度参数，调节所述供电电极的直流电大小。

7.如权利要求1所述的太阳能光伏板低压直流智能家电系统，其特征在于，所述直流配电装置(20)包括：配电单元，稳压单元和显示单元；

所述稳压单元中设置有整流稳压电路，所述稳压单元用于对太阳能光伏板(10)转换后的直流电进行稳压；

所述配电单元连接于所述稳压单元和所述储能装置(30)，所述配电装置用于根据所述低压直流用电单元(50)的所需供电电流，对所述稳压单元中稳压后的直流电和/或所述储能装置(30)中的直流电进行配电；

所述显示单元用于显示所述直流配电装置(20)的作业状态，其中，所述作业状态包括充电作业、放电作业、充电电流数值、放电电流数值、供电电压数值以及供电电流数值。

8.如权利要求1所述的太阳能光伏板低压直流智能家电系统，其特征在于，所述家电系统还包括：智能供电开关(40)以及电流传感器或电压传感器；

所述电流传感器或电压传感器设置于所述直流配电装置(20)内，所述电流传感或电压传感器用于检测所述家电系统中的电流检测值或电压检测值；

所述智能供电开关(40)设置于所述直流配电装置(20)的第一电能输出端与所述低压直流用电单元(50)的供电端之间，所述智能供电开关(40)用于当所述电流检测值或所述电压检测值大于预设安全阈值时，由导通状态转换为断开状态。

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