CN218209758U - 一种光热光伏联用的全天候供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光热光伏联用的全天候供暖系统，属于新能源技术领域以解决太阳能资源充足地区缺乏相关的不受时间限制、能稳定供暖的太阳能利用系统的问题。系统包括供热系统、蓄热水箱、光伏供电机组、太阳能控制器、变压供电系统、补热系统、散热装置，供热系统和散热装置均通过供水循环系统与蓄热水箱连接；供热系统包括互相连接的双轴追阳集热器和熔盐集热器。本实用新型通过光热光伏联用对太阳能充分、高效利用，实现集热与能量转换，提供的电能可供系统内所有电气设备的运行，在阳光充足的情况下，不用再额外使用电能驱动循环水的各个泵，提供的热能白天直接热交换供暖，多余的储存用于夜间供暖，实现全天候持续、稳定供暖。

Description

一种光热光伏联用的全天候供暖系统

技术领域

本实用新型属于新能源技术领域，具体涉及一种光热光伏联用的全天候供暖系统。

背景技术

清洁的可再生能源近年来广泛受到关注，地热、风电、太阳能光伏、光热等形式多样的蓄电和蓄热方式都在逐渐实现产业化应用，利用清洁能源供暖一直是各种清洁能源研发和应用的基础方向之一。

在太阳能资源充足的区域，如何能充分利用太阳能资源，同时克服太阳能利用对时间重度依赖的技术难题，也是产业化重点关注的方向。

我国北方大部分区域太阳能、风能资源丰富，秋冬春三季采暖需求旺盛，乡村、城郊、温室大棚等大量分布式场所的采暖仍采用原始的火炕、火炉等方式，使用的燃料以煤炭、天然气为主，这些不可再生燃料的储备量正在逐步枯竭；且这种传统的取暖方式也会排放大量的二氧化碳，使得环境问题愈发突出；甚至燃烧中还会产生一氧化碳，存在潜在的安全风险。

现有技术中，前些年推广的沼气取热，由于其原料和技术维护的限制，未能大面积应用开；风电及风光联合的应用在大型的发电系统应用较多，在村镇、城郊、工业园区、农业供暖等方面应用较少；单一太阳能光热的系统通过太阳能热水器的普及取得了大量用户的好评，但在供暖方面，由于收集热量效率低下，蓄电池成本高造成的储能困难和寿命低的问题，推广应用也受到了限制。

综上，如果在太阳能系统中能同时解决高效集热、低成本实现大量储热、稳定供热这三个技术难题，就能降低太阳能利用中对环境依赖的最大问题，对采暖主体的全天候稳定供暖有重要的产业化意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光热光伏联用的全天候供暖系统，以解决太阳能资源充足地区缺乏相关的不受时间限制、能高效稳定供暖的太阳能利用系统的问题。

为了解决以上问题，本实用新型技术方案为：

一种光伏光热联用全天候供暖系统，包括供热系统、蓄热水箱、散热装置，供热系统和散热装置均通过供水循环系统与蓄热水箱连接；

供热系统包括互相连接的双轴追阳集热器和熔盐集热器；双轴追阳集热器包括聚光锅，聚光锅可跟随阳光的方位自动调节焦点位置；熔盐集热器设在聚光锅焦点位置，熔盐集热器包括内层和外层，内层和外层之间的空腔内填充用于储热的熔盐，外层顶部设有气阀；蓄热水箱中设有上水换热管、加压供暖管；供水循环系统包括补水泵、上水换热泵、加压供暖泵，补水泵用于向蓄热水箱中注水；上水换热管成组设置，成组的一端均设在内层中，成组的另一端分别设在蓄热水箱中和连接在加压供暖泵上；加压供暖管成组设置，成组的一端分别连接在散热装置的进出水口上，成组的另一端分别设在蓄热水箱中和连接在加压供暖泵上。

本实用新型的供热系统创新地采用双轴追阳集热器收集太阳能，可随阳光方向转动调节聚光锅，最大程度地将太阳能的热量聚集在熔盐集热器中，实现集热与储热，配合上水换热管实现水箱与熔盐集热器之间的换热，配合加压供暖泵管实现水箱与散热装置之间的换热，可将白天多余的热能储存在填充于内层和外层空腔间的熔盐介质中，夜晚释放，从而形成一个高效集热、低成本储热、换热的全天候稳定循环，对于太阳能资源充分的西北地区有重要的工程意义。

进一步的，双轴追阳集热器还包括追光传感器、追光控制器，聚光锅设在支座上，支座下方设有旋转底座，旋转底座与聚光锅的边缘之间设有推拉杆，聚光锅上位于推拉杆上方的位置设有可自由转动的万向节，万向节上设有追光传感器；外层内壁设有吸热层，熔岩设在吸热层与内层间；外层底部通过转轴设有可随意翻转的保温盖，外层上部位于转轴上方的位置设有转轴电机，转轴电机连接的皮带轮与转轴连接的皮带轮之间设有传动链条；聚光锅的焦点设在外层底部，打开保温盖后，聚光锅的焦点直接照在吸热层底部；追光控制器输入端连接追光传感器，追光控制器输出端分别连接旋转底座的电机、推拉杆的电机、转轴电机。

双轴追阳集热器通过追光传感器感知阳光方位，将信号传递给追光控制器，进而追光控制器进行以下动作实现对聚光锅的方位调整：通过控制旋转底座的电机实现旋转底座带动聚光锅的旋转，通过控制推拉杆的电机实现聚光锅的抬升与降落，相配合实现聚光锅的全方位转动和摇头，进而保障最大效率的集热；同时通过控制转轴电机来实现保温盖的开合，保证集热时开盖，阳光条件差时保温盖关闭保温，利于蓄热。

进一步的，供暖系统还包括光伏供电机组，光伏供电机组包括互相连接的光伏太阳能板和蓄电池；蓄电池还连接有太阳能控制器，为太阳能控制器提供电力，太阳能控制器控制光伏太阳能板发电的分配；太阳能控制器与追光控制器连接，光伏太阳能板还有一路通过电热棒设在熔盐集热器的熔盐中。用于将多余光伏电能转换成热能储存在熔盐中。

供暖系统中引入光伏供电机组，采用光伏、光热两种太阳能集热方式联用，同时光伏供电机组除了蓄电池蓄电为整个系统供电以外，还将多余的光伏电能转换成热能储存在熔盐中，作为双轴追阳集热器这种光热形式的补充，更加稳定地实现对供暖主体全天候不间断的供暖。

进一步的，供暖系统还包括补热系统，补热系统包括设在蓄热水箱中的电加热棒和温度传感器，电加热棒和温度传感器之间设有温度控制器；温度控制器与太阳能控制器连接，一方面实现蓄电池对温度控制器的供电，另一方面便于太阳能控制器的总控。保证在连续阴天太阳能缺乏时，本系统也能正常运行。

进一步的，蓄电池还连接有变压供电系统，变压供电系统包括第一变压器、第二变压器、第三变压器，第一变压器与补水泵连接，第二变压器与上水换热泵连接，第三变压器与加压供暖泵连接。通过变压供电系统实现蓄电池为供水循环系统所有泵的供电，不再额外使用电力，实现系统内能源自供给和稳定输出热能。

进一步的，第一变压器与补水泵之间设有水箱液位控制器，水箱液位控制器与太阳能控制器连接，水箱液位控制器分别连接上液位传感器和下液位传感器，上液位传感器和下液位传感器设在蓄热水箱中。便于监控蓄热水箱液位，低位补水，防止干烧。

进一步的，第二变压器与上水换热泵之间设有熔盐换热器液位控制器，熔盐换热器液位控制器与太阳能控制器连接，熔盐换热器液位控制器分别连接高液位传感器和低液位传感器，高液位传感器和低液位传感器设在熔盐集热器的内层中。便于熔盐集热器内层中的液位，实现换热水有序进出。

进一步的，蓄热水箱中还设有补水管，补水管连接有补水箱，补水泵设在补水管。为系统提供水源，并当系统水量不足时，自动为系统补充水量。

进一步的，散热装置设在供热主体中；散热装置为暖气片或者地暖管道。供热主体可以是大棚、可以是村镇集中供暖体系，只要是太阳能资源充分的地区，有安装场地，就能引入本系统，散热装置形式不限，壁挂、立式、地暖、水炕等均可通过设计时对供暖管道粗细调节实现。

进一步的，加压供暖管外壁包设保温管套；蓄热水箱外壁包设水箱保温层；熔盐换热器的外层设有熔盐换热器保温层。

进一步的，所有电气、控制相关组件安装在电气安装座上，电气安装座可设置在电气控制柜中。

进一步的，水箱、补水箱、蓄电池、双轴追阳集热器、熔盐集热器等可统一安装在架体上，实现空间集约，也便于平时管理、保养和维修。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型通过光热光伏联用对太阳能充分、高效利用，实现集热与能量转换，提供的电能可供系统内所有电气设备的运行，在阳光充足的情况下，不用再额外使用电能驱动循环水的各个泵，提供的热能白天直接热交换供暖，多余的储存用于夜间供暖，实现对供热主体的全天候持续、稳定供暖。

直接能量来源是太阳能，储存能量是热能和电能。通过井然有序的电路控制，以水循环的形式完成供暖。相比于不可再生资源取暖，太阳能取暖拥有巨大优势，清洁、安全、使用成本低。

（2）本实用新型同时克服了高效集热、低成本实现大量储热、稳定供热这三个技术难题，对稳定供暖有着重要的工程意义。

附图说明

图1为一种光热光伏联用全天候供暖系统的结构示意图；

图2为一种光热光伏联用全天候供暖系统中水箱的结构示意图；

图3为一种光热光伏联用全天候供暖系统中双轴追阳集热器的结构示意图；

图4为一种光热光伏联用全天候供暖系统中熔盐换热器的结构示意图；

图5为一种光热光伏联用全天候供暖系统中熔盐换热器的内部结构示意图；

图6为一种光热光伏联用全天候供暖系统中电气连接关系示意图；

图7为一种光热光伏联用全天候供暖系统中电气安装座的结构示意图。

附图标记如下：

1-蓄热水箱；11-补水管；12-上水换热管；13-加压供暖管；14-上液位传感器；15-下液位传感器；16-补水箱。

2-供水循环系统；21-补水泵；22-上水换热泵；23-加压供暖泵。

3-光伏供电机组；31-光伏太阳能板；32-蓄电池。

4-双轴追阳集热器；41-聚光锅；42-旋转底座；43-推拉杆；44-支座；45-万向节；46-追光传感器；47-追光控制器。

5-熔盐集热器；51-内层；52-外层；53-气阀；54-保温盖；55-转轴；56-转轴电机；57-高液位传感器；58-低液位传感器；59-传动链条。

6-太阳能控制器；61-水箱液位控制器；62-熔盐换热器液位控制器。

7-变压供电系统；71-第一变压器；72-第二变压器；73-第三变压器。

8-补热系统；81-温度控制器；82-电加热棒；83-温度传感器。

9-散热装置；91-供热主体；92-保温管套；93-水箱保温层；94-熔盐换热器保温层。

10-架体；20-电气安装座。

具体实施方式

如图1-7所示，一种光热光伏联用的全天候供暖系统，包括供热系统、蓄热水箱1、光伏供电机组3、太阳能控制器6、变压供电系统7、补热系统8、散热装置9，供热系统和散热装置9均通过供水循环系统2与蓄热水箱1连接。具体的：供热系统包括互相连接的双轴追阳集热器4和熔盐集热器5。

以下按各个子系统介绍本实用新型的结构及其连接关系：

蓄热蓄热水箱1中设有补水管11、上水换热管12、加压供暖管13、上液位传感器14、下液位传感器15。其中补水管11连接有补蓄热水箱16。

供水循环系统2包括补水泵21、上水换热泵22、加压供暖泵23。补水泵21设在补水管11上，用于向蓄热水箱1中注水。

光伏供电机组3包括互相连接的光伏太阳能板31和蓄电池32；光伏太阳能板31还有一路通过电热棒设在熔盐集热器5的熔盐中

双轴追阳集热器4包括可跟随阳光的方位自动调节焦点位置聚光锅41，还包括聚光锅41实现追光的以下结构：追光传感器46和追光控制器47，聚光锅41设在支座44上，支座44下方设有旋转底座42，旋转底座42与聚光锅41的边缘之间设有推拉杆43，聚光锅41上位于推拉杆43上方的位置设有可自由转动的万向节45，万向节45上设有追光传感器46；追光控制器47输入端连接追光传感器46，追光控制器47输出端分别连接旋转底座42的电机、推拉杆43的电机。

熔盐集热器5包括内层51和外层52。内层51中设有高液位传感器57和低液位传感器58；外层52内壁设有吸热层，吸热层与内层51之间的空腔内填充用于储热的熔盐，外层52和吸热层顶部设有气阀53。外层52底部通过转轴55设有可翻转的保温盖54，外层52上部位于转轴55上方的位置设有转轴电机56，转轴电机56连接的皮带轮与转轴55连接的皮带轮之间设有传动链条59；转轴电机56也与追光控制器47输出端连接。

聚光锅41的焦点设在外层52底部，阳光充足时会自动打开保温盖54，聚光锅41的焦点直接照在吸热层底部。

双轴追阳集热器4通过追光传感器46感知阳光方位，将信号传递给追光控制器47，进而追光控制器47进行以下动作实现对聚光锅41的方位调整：通过控制旋转底座42的电机实现旋转底座42带动聚光锅41的旋转，通过控制推拉杆43的电机实现聚光锅41的抬升与降落，相配合实现聚光锅41的全方位转动和摇头，进而保障最大效率的集热；同时通过控制转轴电机46来实现保温盖54的开合，保证集热时开盖，阳光条件差时保温盖关闭保温，利于蓄热。

变压供电系统7与蓄电池32连接，变压供电系统7包括第一变压器71、第二变压器72、第三变压器73。第一变压器71与补水泵21连接，第一变压器71与补水泵21之间设有水箱液位控制器61，水箱液位控制器61分别连接上液位传感器14和下液位传感器15；第二变压器72与上水换热泵22连接，第二变压器72与上水换热泵22之间设有熔盐换热器液位控制器62，熔盐换热器液位控制器62分别连接高液位传感器57和低液位传感器58；第三变压器73与加压供暖泵23连接。通过变压供电系统7实现蓄电池32为供水循环系统2所有泵的供电，不再额外使用电力，实现系统内能源自供给和稳定输出热能。

补热系统8包括设在蓄热水箱1中的电加热棒82和温度传感器83，电加热棒82和温度传感器83之间设有温度控制器81。

水路循环的连接关系为：

上水换热管12成组设置，成组的一端均设在内层51中，成组的另一端分别设在蓄热水箱1中和连接在加压供暖泵23上。

加压供暖管13成组设置，成组的一端分别连接在散热装置9的进出水口上，成组的另一端分别设在蓄热水箱1中和连接在加压供暖泵23上。

自动控制系统依赖太阳能控制器6实现总控。太阳能控制器6与蓄电池32连接，实现电力供应，太阳能控制器6还分别与追光控制器47、水温度控制器81、箱液位控制器61、熔盐换热器液位控制器62连接。

散热装置9设在供热主体91中；散热装置9为暖气片或者地暖管道。供热主体可以是大棚、村镇、城郊、工业园区等分布式供暖体系，只要是太阳能资源充分的地区，有安装场地，就能引入本系统，散热装置形式不限，壁挂、立式、地暖、水炕等均可通过设计时对供暖管道粗细调节实现。

加压供暖管13外壁包设保温管套92；蓄热水箱1外壁包设水箱保温层93；熔盐换热器5的外层52设有熔盐换热器保温层94。

所有电气、控制相关组件安装在电气安装座20上，电气安装座20可设置在电气控制柜中。

蓄热水箱1、补水箱16、蓄电池32、双轴追阳集热器4、熔盐集热器5等可统一安装在架体10上，实现空间集约，也便于平时管理、保养和维修。

需要说明的是，以上提到的各种控制器、传感器配件均为市场购买的现成的商品，其结构、供电、原理对相关领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。系统小试组装运行的相关试验已经完成，有相应图片视频，使用的电子电路元器件均为市场商购，产业化时应用的具体的型号规格需根据本系统应用场景的实际规模进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

Claims (10)

1.一种光伏光热联用全天候供暖系统，包括供热系统、蓄热水箱（1）、散热装置（9），所述供热系统和散热装置（9）均通过供水循环系统（2）与蓄热水箱（1）连接；其特征在于：

所述供热系统包括互相连接的双轴追阳集热器（4）和熔盐集热器（5）；所述双轴追阳集热器（4）包括聚光锅（41），所述聚光锅（41）可跟随阳光的方位自动调节焦点位置；所述熔盐集热器（5）设在聚光锅（41）焦点位置，所述熔盐集热器（5）包括内层（51）和外层（52），所述内层（51）和外层（52）之间的空腔内填充用于储热的熔盐，所述外层（52）顶部设有气阀（53）；

所述蓄热水箱（1）中设有上水换热管（12）、加压供暖管（13）；

所述供水循环系统（2）包括补水泵（21）、上水换热泵（22）、加压供暖泵（23），所述补水泵（21）用于向蓄热水箱（1）中注水；

所述上水换热管（12）成组设置，成组的一端均设在内层（51）中，成组的另一端分别设在蓄热水箱（1）中和连接在加压供暖泵（23）上；

所述加压供暖管（13）成组设置，成组的一端分别连接在散热装置（9）的进出水口上，成组的另一端分别设在蓄热水箱（1）中和连接在加压供暖泵（23）上。

2.如权利要求1所述的一种光伏光热联用全天候供暖系统，其特征在于：所述双轴追阳集热器（4）还包括追光传感器（46）、追光控制器（47），所述聚光锅（41）设在支座（44）上，所述支座（44）下方设有旋转底座（42），所述旋转底座（42）与聚光锅（41）的边缘之间设有推拉杆（43），所述聚光锅（41）上位于推拉杆（43）上方的位置设有可自由转动的万向节（45），所述万向节（45）上设有追光传感器（46）；

所述外层（52）内壁设有吸热层，熔岩设在所述吸热层与内层（51）间；所述外层（52）底部通过转轴（55）设有可随意翻转的保温盖（54），所述外层（52）上部位于转轴（55）上方的位置设有转轴电机（56），所述转轴电机（56）连接的皮带轮与转轴（55）连接的皮带轮之间设有传动链条（59）；

所述聚光锅（41）的焦点设在外层（52）底部，打开保温盖（54）后，聚光锅（41）的焦点直接照在吸热层底部；

所述追光控制器（47）输入端连接追光传感器（46），所述追光控制器（47）输出端分别连接旋转底座（42）的电机、推拉杆（43）的电机、转轴电机（56）。

3.如权利要求2所述的一种光伏光热联用全天候供暖系统，其特征在于：供暖系统还包括光伏供电机组（3），所述光伏供电机组（3）包括互相连接的光伏太阳能板（31）和蓄电池（32）；所述蓄电池（32）还连接有太阳能控制器（6），太阳能控制器（6）与追光控制器（47）连接，所述光伏太阳能板（31）还有一路通过电热棒设在熔盐集热器（5）的熔盐中。

4.如权利要求3所述的一种光伏光热联用全天候供暖系统，其特征在于：供暖系统还包括补热系统（8），所述补热系统（8）包括设在蓄热水箱（1）中的电加热棒（82）和温度传感器（83），所述电加热棒（82）和温度传感器（83）之间设有温度控制器（81）；所述温度控制器（81）与太阳能控制器（6）连接。

5.如权利要求3或4所述的一种光伏光热联用全天候供暖系统，其特征在于：所述蓄电池（32）还连接有变压供电系统（7），所述变压供电系统（7）包括第一变压器（71）、第二变压器（72）、第三变压器（73），所述第一变压器（71）与补水泵（21）连接，所述第二变压器（72）与上水换热泵（22）连接，所述第三变压器（73）与加压供暖泵（23）连接。

6.如权利要求5所述的一种光伏光热联用全天候供暖系统，其特征在于：所述第一变压器（71）与补水泵（21）之间设有水箱液位控制器（61），所述水箱液位控制器（61）与太阳能控制器（6）连接，所述水箱液位控制器（61）分别连接上液位传感器（14）和下液位传感器（15），所述上液位传感器（14）和下液位传感器（15）设在蓄热水箱（1）中。

7.如权利要求5所述的一种光伏光热联用全天候供暖系统，其特征在于：所述第二变压器（72）与上水换热泵（22）之间设有熔盐换热器液位控制器（62），所述熔盐换热器液位控制器（62）与太阳能控制器（6）连接，所述熔盐换热器液位控制器（62）分别连接高液位传感器（57）和低液位传感器（58），所述高液位传感器（57）和低液位传感器（58）设在熔盐集热器（5）的内层（51）。

8.如权利要求1所述的一种光伏光热联用全天候供暖系统，其特征在于：所述蓄热水箱（1）中还设有补水管（11），所述补水管（11）连接有补水箱（16），所述补水泵（21）设在补水管（11）。

9.如权利要求1所述的一种光伏光热联用全天候供暖系统，其特征在于：所述散热装置（9）设在供热主体（91）中；散热装置（9）为暖气片或者地暖管道。

10.如权利要求1所述的一种光伏光热联用全天候供暖系统，其特征在于：所述加压供暖管（13）外壁包设保温管套（92）；所述蓄热水箱（1）外壁包设水箱保温层（93）；所述熔盐集热器（5）的外层（52）设有熔盐换热器保温层（94）。

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