CN216346579U - 太阳能供热系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种太阳能供热系统，该系统包括太阳能集热器1、储热水罐2、风机盘管3、循环水泵4、太阳能电池板11、蓄电池12以及充放电控制器13。其中，太阳能集热器1的出水口101与储热水罐2的第一进水口201相连，太阳能集热器1的进水口102与储热水罐2第一出水口202相连；风机盘管3的第三出水口301通过循环水泵4与储热水罐2第二进水口203相连，风机盘管3的第三进水口302与储热水罐2的第二出水口204相连。储热水罐2的底部高于太阳能集热器1的顶部。太阳能电池板11、蓄电池12、循环水泵4、风机盘管3的风机31均与充放电控制器13相连。本申请公开的太阳能供热系统，减少用电设备，无需外界供电，系统运行简单可靠，维护成本低。

Description

太阳能供热系统

技术领域

本申请涉及太阳能应用领域，尤其涉及一种太阳能供热系统。

背景技术

现有技术方案中太阳能供热系统通过太阳能集热器加热载热介质，载热介质为特殊介质，其熔点为-60℃，沸点为160℃；载热介质通过储热水箱内的换热器与水箱内的水换热，并将热量储存在储热水箱中；太阳能集热器和储热水箱内换热器通过定频循环泵驱动工质循环；储热水箱和风机盘管之间通过变频循环泵驱动水循环；此外太阳能供热系统的供电部分设置有逆变器、配电箱以及RS485通信接口等。

目前现有技术方案中太阳能供热系统存在以下缺点：

1)系统采用两个循环泵并且在储热水罐内布置电加热器，耗电部件较多；若仅依靠太阳能电池板供电，所需的电池板面积和储能容量大，因此成本高昂，故障率高，不利于运行维护。

2)系统设有逆变器、配电箱等，并使用RS485接口通信，因此系统复杂，系统维护的技术门槛高。

3)采用特殊的载热介质以满足设备防冻需求，导致系统的载热介质补充困难，成本高，维护不便。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出了一种太阳能供热系统。

本申请的目的在于提出一种太阳能供热系统，减少用电设备，不依赖外界供电独立运行，并且运行简单可靠，维护成本低廉。

为实现上述目的，提出了一种太阳能供热系统，包括太阳能集热器(1)、储热水罐(2)、风机盘管(3)、循环水泵(4)、太阳能电池板(11)、蓄电池(12)以及充放电控制器(13)，

其中，所述太阳能集热器(1)包括出水口(101)和进水口(102)，所述出水口(101)位于所述太阳能集热器(1)的顶部，所述进水口(102)位于所述太阳能集热器(1)的底部；

所述储热水罐(2)包括第一进水口(201)、第一出水口(202)、第二进水口(203) 和第二出水口(204)，所述第一进水口(201)和所述第二出水口(204)位于所述储热水罐(2)侧壁的上部，所述第一出水口(202)位于所述储热水罐(2)的底部，所述第二进水口 (203)位于所述储热水罐(2)侧壁的下部；

所述风机盘管(3)包括风机(31)和(盘管32)，所述盘管(32)进一步包括第三出水口(301)和第三进水口(302)，所述第三出水口(301)位于所述盘管(32)的底部，所述第三进水口(302)位于所述盘管(32)的顶部；

所述出水口(101)与所述第一进水口(201)相连，所述进水口(102)与所述第一出水口(202)相连，所述第三出水口(301)通过所述循环水泵(4)与所述第二进水口(203) 相连，所述第三进水口(302)与所述第二出水口(204)相连；

所述储热水罐(2)的底部高于所述太阳能集热器(1)的顶部；

所述太阳能电池板(11)、所述蓄电池(12)、所述循环水泵(4)、所述风机(31)均与所述充放电控制器(13)相连。

可选的，所述太阳能集热器(1)、所述储热水罐(2)和所述太阳能电池板(11)设置在室外，所述太阳能集热器(1)与水平面的夹角保持为第一预设倾角，所述太阳能电池板(11) 与水平面的夹角保持为第二预设倾角。

可选的，所述储热水罐(2)的底部与所述太阳能集热器(1)的顶部两者的高度差在0.3m 至1m之间。

可选的，所述系统还包括排气口(5)，所述排气口(5)设置于所述出水口(101)与所述第一进水口(201)之间的管道上。

可选的，所述储热水罐(2)还包括压力平衡口(6)，所述压力平衡口(6)设置于所述储热水罐(2)的顶部。

可选的，所述系统还包括净水罐(8)，所述储热水罐(2)还包括浮球阀(7)，

所述浮球阀(7)包括阀门(71)和浮球(72)，所述浮球(72)漂浮在所述储热水罐(2)内的水面上，所述阀门(71)设置于所述储热水罐(2)侧壁的上部，所述阀门(71)和所述浮球(72)通过机械连杆连接；

所述净水罐(8)中的净水通过所述阀门(71)流入所述储热水罐(2)。

可选的，所述储热水罐(2)还包括溢流口(9)，所述溢流口(9)设置于所述储热水罐(2)侧壁的上部。

可选的，其特征在于，所述溢流口(9)的位置高于满水状态时的水位预设值。

可选的，所述系统还包括自力式排水阀(10)，所述自力式排水阀(10)设置于所述进水口(102)与所述第一出水口(202)之间的管路上，所述自力式排水阀(10)的位置位于所述太阳能供热系统的最底端。

可选的，所述系统还包括感温包(111)，所述感温包(111)设置在所述自力式排水阀(10) 的上游。

本申请提出的太阳能供热系统，利用太阳能光热转换实现供暖，利用太阳能光电转换为系统供电，不依赖外界供电独立运行，节能环保，运行可靠，并且维护成本低廉。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

图1是本申请实施例的太阳能供热系统的结构示意图一；

图2是本申请实施例的太阳能供热系统的结构示意图二；

图3是本申请实施例的太阳能供热系统的结构示意图三；

图4是本申请实施例的太阳能供热系统的结构示意图四；

图5是本申请实施例的太阳能供热系统的结构示意图五；

图6是本申请实施例的太阳能供热系统的结构示意图六。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

下面参考附图描述本发明实施例的太阳能供热系统。

图1为太阳能供热系统的结构示意图，如图1所示，太阳能供热系统包括太阳能集热器1、储热水罐2、风机盘管3、循环水泵4、太阳能电池板11、蓄电池12以及充放电控制器13。

在本实施例中，太阳能供热系统中内部载热介质将水作为载热介质，大大降低了系统成本，并且提高了维护便捷性。

具体地，太阳能集热器1可包括出水口101和进水口102，出水口101位于太阳能集热器 1的顶部，进水口102位于太阳能集热器1的底部。

储热水罐2包括第一进水口201、第一出水口202、第二进水口203和第二出水口204。其中，第一进水口201和第二出水口204位于储热水罐2侧壁的上部，第一出水口202位于储热水罐2的底部，第二进水口203位于储热水罐2侧壁的下部。储热水罐2内部的高温水容量可供太阳能供热系统昼夜采暖使用。其中，储热水罐2可以是不锈钢材质，避免发生腐蚀；并且储热水罐2外表面敷设保温层，降低热量损失，提高系统转化效率。

太阳能集热器1通过出水管和回水管与储热水罐2连通，具体来说，太阳能集热器1的出水口101与储热水罐2第一进水口201相连，太阳能集热器1的进水口102与储热水罐2第一出水口202相连。

储热水罐2的储热-放热循环过程为：在日间阳光充足时，太阳能集热器1产生的热量超过当前供暖所需的热量，多余的热量存储至储热水罐2内，使水温不断升高；阳光不足或夜间无阳光时，利用储热水罐2中的存储的高温水对室内供暖，随着放热的进行，储热水罐2 内的水温逐渐降低。

太阳能集热器1与储热水罐2相互连通并且形成了自然循环，自然循环使得水介质在流动过程中无需消耗电能。具体来说，储热水罐2的底部高于太阳能集热器1的顶部，从而使太阳能集热器1中的高温水在浮力的作用下向上注入储热水罐2中，储热水罐2下部的低温水在重力的作用下流入太阳能集热器1，最终形成水的加热循环，使储热水罐2中的水被不断加热。

由于4℃以上的水的温度越高密度越小，储热水罐2内上部水温较高，下部水温较低，在储热水罐2中部形成一定厚度的斜温层。斜温层内部温度梯度较大，将上部高温水和下部低温水分隔，避免完全掺混，有利于提高供暖水的温度和供暖质量。其中，在本实施例中，储热水罐2的底部与太阳能集热器1的顶部两者的高度差在0.3m至1m之间，可以进一步改善储热水罐2和太阳能集热器1之间的循环效果，从而进一步提高供暖水的温度和供暖质量。

风机盘管3包括风机31和盘管32，其中风机31由电动机带动。风机盘管3布置在室内，从而实现为室内供暖。本实施例中，风机31和盘管32为一体式结构，从而简少了设备数量，简化了系统结构。

盘管32进一步包括第三出水口301和第三进水口302，第三出水口301位于盘管32的底部，第三进水口302位于盘管32的顶部。其中，盘管32带有散热翅片，从而提高供暖散热效果。

盘管32的第三出水口301通过循环水泵4与储热水罐2的第二进水口203相连，盘管32 的第三进水口302与储热水罐2的第二出水口204相连。通过循环水泵4将储热水罐2内上部的高温水引入风机盘管3，在风机31的驱动下，室内空气强制对流，被盘管32中的高温水载热介质加热，高温水载热介质将热量传递给室内空气，高温水载热介质完成换热后，低温水回到储热水罐2底部，完成水的放热循环。其中，循环水泵4和风机31需要消耗电能。

太阳能电池板11、蓄电池12、循环水泵4、风机31均与充放电控制器13相连。太阳能电池板11用于实现光电转换，并将转化的多余电能储存在蓄电池12中。蓄电池12将电能供给风机31和循环水泵4。蓄电池12的充放电过程由充放电控制器13控制。其中，风机31和循环水泵4为与蓄电池12输出电压相匹配的直流型号，从而避免使用变压器或逆变器，降低系统复杂程度。当日间阳光充足时，太阳能电池板11产生的电量大于风机31和循环水泵4 所消耗的电量时，多余的电量储存至蓄电池12中；当供阳光不足或夜间无阳光时，蓄电池12释放存储的电能，向风机31和循环水泵4供应电能，从而实现了系统内部电能供给，无需外部电能供应。

在该申请的一个实施例中，太阳能集热器1、储热水罐2和太阳能电池板11均可设置在室外。太阳能集热器1的安装位置可根据当地纬度确认，使得太阳能集热器1与水平面保持第一预设倾角，以保证最大程度的阳光直射，从而提高光热转化率。其中，太阳能集热器1 可以为真空管式或平板式。太阳能电池板11的安装位置可根据当地纬度确认，使太阳能电池板11与水平面保持第二预设倾角，以接受尽可能多的阳光辐射，从而提高光电转化效率。太阳能集热器1与水平面的第一预设倾角和太阳能电池板11与水平面的第二预设倾角可以相同也可以不相同，在此不做具体限定。

在该申请的一个实施例中，如图2所示，太阳能供热系统还包括排气口5，排气口5设置于太阳能集热器1的出水口101与储热水罐2的第一进水口201之间的管道上。当管道内部水温高于水的沸点时，沸腾产生的水蒸气可通过排气口5排出，防止太阳能集热器1和管道内部的压力过高，以保障设备安全。

在该申请的另一个实施例中，如图3所示，储热水罐2还包括压力平衡口6，压力平衡口 6设置于储热水罐2的顶部。压力平衡口6将储热水罐2内外空气连通，保持储热水罐2内外压力平衡，从而保障设备安全。

在该申请的又一个实施例中，如图4所示，太阳能供热系统还包括净水罐8，净水罐8内部填充除垢剂，除垢剂被自来水溶解后进入储热水罐2并参与太阳能供热系统的水循环。通过设置净水罐8净化系统水质，延缓设备水垢形成。另外，储热水罐2还包括浮球阀7，浮球阀7包括阀门71和浮球72。其中，浮球72漂浮在储热水罐2内的水面上，阀门71设置于储热水罐2侧壁的上部，阀门71和浮球72通过机械连杆连接。当储热水罐2内水位低于设定值时，浮球72跟随水面下降，并通过机械连杆结构打开阀门71，净水罐8中的净水通过阀门 71流入储热水罐2；随着储热水罐2内水位升高，浮球72逐渐上升，当水位达到设定值后，阀门71关闭，完成补水过程。浮球阀7的开闭取决于储热水罐2内水位的高低，由机械连杆结构控制，无需外界电力驱动，提高系统转化效率。

在该申请的再一个实施例中，如图5所示，储热水罐2还包括溢流口9，溢流口9设置于储热水罐2侧壁的上部。其中，溢流口9的位置高于储热水罐2满水状态时的水位预设值，从而保证补水过程出现故障导致水位过高时，水从溢流口9流出，以保证设备安全。

在该申请的一个具体实施例中，如图6所示，储热水罐2还包括自力式排水阀10和感温包111。

自力式排水阀10设置于太阳能集热器1进水口102与储热水罐2第一出水口202之间的管路上，并且自力式排水阀10位于太阳能供热系统的最底端，以便将系统中的水全部排出；感温包111设置在自力式排水阀10的上游，太阳能集热器1的回水管壁上。其中，感温包111 内部充注热敏流体介质，当遭遇低温且连阴的极端天气，没有足够的太阳光辐射能，并且储热水罐2内的热量耗尽，系统内部水温接近冰点温度时，感温包111内部的热敏流体体积缩小，从而打开自力式排水阀10，将系统内的水排空，以防水结冰造成设备损坏；同时用户可切断本系统的自来水供应，以免造成水资源浪费。当气温上升至冰点温度以上，感温包111中的热敏流体体积膨胀，使自力式排水阀10关闭。上述排水过程可根据感温包111的初始设定温度自动运行，无需外界电力驱动，降低系统能耗，提高能源利用效率。

本申请的太阳能供热系统，通过太阳能电池板仅为风机和循环水泵进行供电，减少用电设备，无需外界供电，运行简单可靠，维护成本低廉。

下面以一个具体实施方式对太阳能供热系统以及系统工作方式进行详细阐述。

针对现有太阳能供热系统依赖外界供电和维护成本高的问题，本申请提供了一种太阳能供热系统。该系统以水为载热介质，利用太阳能集热器将将水加热后储存在储热水罐中，并通过循环水泵将储热水罐中的高温水提供给室内的风机盘管，实现用户房间内部供暖；太阳能电池板将太阳能转化为电能，储存在蓄电池中，蓄电池将电能提供给循环水泵和风机，驱动供暖水循环，加速室内热交换。本申请提出的太阳能供热系统可依靠太阳能自动独立运行，并利用储热和储电实现昼夜供暖，减少用电设备，无需外界供电，运行简单可靠，维护成本低廉。该系统可用于冬季室内供暖，尤其适用于我国太阳能资源丰富但供电不稳定的部分西部地区的居民冬季采暖。

本实施例中采用的太阳能供热系统的结构可如图6所示，在上一实施例中已经描述，在此不再赘述。下面针对该太阳能供热系统的运行方式进行详细描述。

太阳能供热系统的具体运行方式为：当日间阳光充足时，太阳能集热器1中的水吸收阳光的辐射能量后，温度升高密度减小，在浮力的作用下克服重力流入储热水罐2的上部；储热水罐2底部高于太阳能集热器1顶部，使得储热水罐2底部的低温水可以依靠重力回流入太阳能集热器1，完成水的加热循环。随着循环的不断进行，储热水罐2内的水温逐渐升高，实现了对外供暖的同时将多余的热量进行储存。该过程为自然循环，无需外界供电即可运行。

当阳光不足或夜间无阳光时，储热水罐2中储存的热量为用户供暖。具体来说，风机盘管3布置在需要供暖的室内，通过循环水泵4将储热水罐2内上部的高温水引入风机盘管3，与室内空气充分换热后，水将热量传递给室内空气，实现了对室内供暖；低温水回到储热水罐2底部，完成水的放热循环。

在阳光充足时太阳能电池板11将电能存储至蓄电池12，蓄电池12将电能提供给循环水泵4和风机盘管3，驱动水的放热循环，加速与空气的对流换热，以迅速提升室内温度。其中蓄电池12容量可满足系统昼夜运行的需要。

由于存在排气口5和溢流口9，整个系统并非完全密封，故循环水会有一定损耗。当储热水罐2内的水位下降至设定值以下，储热水罐2内部的浮球阀7将自动打开，使自来水进入；直至达到水位设定值后，浮球阀7自动关闭。浮球阀7为机械式，依靠水位高低自动关闭或开启，无需外界供电。

当遭遇低温且连阴的极端天气，没有足够的太阳光辐射能，储热水罐2内的热量耗尽，系统内部水温接近冰点时，自力式排水阀10将自动打开，将系统内的水排空，以防内部结冰对设备造成损害，保障设备安全。自力式排水阀10无需外界供电即可工作，降低系统能耗。

本申请的有益效果为：1)系统利用太阳能光热转换实现供暖，利用太阳能光电转换为系统供电，减少用电设备，不依赖外界供电独立运行，节能环保，运行可靠；2)系统具有储热和储电功能，可以满足昼夜供暖需求；3)将水作为载热介质，并且介质加热采用自然循环，降低了成本；4)采用机械式浮球阀，可自动补水，且无需耗电；5)在极端天气条件下，系统内部水温接近冰点时，可依靠系统水温控制自动排水，无需供电和人工干预，增加了系统的可靠性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.一种太阳能供热系统，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、储热水罐(2)、风机盘管(3)、循环水泵(4)、太阳能电池板(11)、蓄电池(12)以及充放电控制器(13)，

其中，所述太阳能集热器(1)包括出水口(101)和进水口(102)，所述出水口(101)位于所述太阳能集热器(1)的顶部，所述进水口(102)位于所述太阳能集热器(1)的底部；

所述储热水罐(2)包括第一进水口(201)、第一出水口(202)、第二进水口(203)和第二出水口(204)，所述第一进水口(201)和所述第二出水口(204)位于所述储热水罐(2)侧壁的上部，所述第一出水口(202)位于所述储热水罐(2)的底部，所述第二进水口(203)位于所述储热水罐(2)侧壁的下部；

所述风机盘管(3)包括风机(31)和盘管(32)，所述盘管(32)进一步包括第三出水口(301)和第三进水口(302)，所述第三出水口(301)位于所述盘管(32)的底部，所述第三进水口(302)位于所述盘管(32)的顶部；

所述出水口(101)与所述第一进水口(201)相连，所述进水口(102)与所述第一出水口(202)相连，所述第三出水口(301)通过所述循环水泵(4)与所述第二进水口(203)相连，所述第三进水口(302)与所述第二出水口(204)相连；

所述储热水罐(2)的底部高于所述太阳能集热器(1)的顶部；

所述太阳能电池板(11)、所述蓄电池(12)、所述循环水泵(4)、所述风机(31)均与所述充放电控制器(13)相连。

2.如权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述太阳能集热器(1)、所述储热水罐(2)和所述太阳能电池板(11)设置在室外，所述太阳能集热器(1)与水平面的夹角保持为第一预设倾角，所述太阳能电池板(11)与水平面的夹角保持为第二预设倾角。

3.如权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述储热水罐(2)的底部与所述太阳能集热器(1)的顶部两者的高度差在0.3m至1m之间。

4.如权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述系统还包括排气口(5)，所述排气口(5)设置于所述出水口(101)与所述第一进水口(201)之间的管道上。

5.如权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述储热水罐(2)还包括压力平衡口(6)，所述压力平衡口(6)设置于所述储热水罐(2)的顶部。

6.如权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述系统还包括净水罐(8)，所述储热水罐(2)还包括浮球阀(7)，

所述浮球阀(7)包括阀门(71)和浮球(72)，所述浮球(72)漂浮在所述储热水罐(2) 内的水面上，所述阀门(71)设置于所述储热水罐(2)侧壁的上部，所述阀门(71)和所述浮球(72)通过机械连杆连接；

所述净水罐(8)中的净水通过所述阀门(71)流入所述储热水罐(2)。

7.如权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述储热水罐(2)还包括溢流口(9)，所述溢流口(9)设置于所述储热水罐(2)侧壁的上部。

8.如权利要求7所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述溢流口(9)的位置高于满水状态时的水位预设值。

9.如权利要求1所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述系统还包括自力式排水阀(10)，所述自力式排水阀(10)设置于所述进水口(102)与所述第一出水口(202)之间的管路上，所述自力式排水阀(10)的位置位于所述太阳能供热系统的最底端。

10.如权利要求9所述的太阳能供热系统，其特征在于，所述系统还包括感温包(111)，所述感温包(111)设置在所述自力式排水阀(10)的上游。

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