CN218820607U - 一种以自然能源为主的农户取暖系统 - Google Patents

Abstract

一种以自然能源为主的农户取暖系统,涉及风能、太阳能利用领域。该系统包括家用土暖器以及为家用土暖器提供能源的自然能源组件，利用太阳能和风能为由上水管、水暖暖气和回水管构成的管路中循环流动的软水提供热量实现农户供暖，该系统设计合理，不需要通过复杂的整流、滤波电路即可实现，节约了成本，且使用清洁能源，更加环保适合在广大的农村区域进行推广应用。

Description

一种以自然能源为主的农户取暖系统

技术领域

本发明涉及风能、太阳能利用领域，特别涉及一种以风力发电机和光伏直接连通纯电阻负载的方法、实现取暖自动控制和通过数据远传实现集中控制的技术。

背景技术

大型风电、光伏发电场在我国已广为分布，全部都是兆瓦级风力发电机和大面积的光伏，并入大电网，远距离输变电送到城市消纳中心。自近年世界范围的两碳目标提出后，我国乡村级分布式电站提上日程，但自然能源发电的分布式电站皆以并网为目的，农户尚未得到直接享用。风力、光伏发电技术通常分为并网使用和离网使用。小型常规的并网和离网系统，都是由风力发电机和光伏板电源、并网（或离网）控制器、并网（或离网）逆变器组成，其中离网使用除了需要控制器、逆变器外还需要蓄电池。而控制器、逆变器造价昂贵，其中仅逆变器价格就相当于风力发电机（同功率的）的价格。较高的价格使农户对风能利用望而却步。风力发电不稳定，家用电器要利用风电，除必须配备控制器外还必须配备逆变器，获得稳定的输出电压才能使用。一般农户也不懂得怎样利用这种不稳定的电能。目前也没有出现利用风能来直接为农户取暖的廉价而实用的技术和产品。

三北地区农户取暖期长达七个月，近年煤炭价格暴涨一倍，一个取暖季农户平均取暖费用高达四千元以上，取暖负担越来越重。燃煤取暖也占社会燃煤很大比例。

而在我国的三北地区有许多风资源非常富集的地区，那里年平均风速达到6米/秒以上，秋冬季春三季天天刮风不止，风力十足。另一方面，为贯彻两碳目标，政府大力推行煤改电，但用市电取暖的高额消费又使得推广困难。如何利用丰富的风能来为半年以上的寒冷季节作取暖之用，成为需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种以自然能源为主的农户取暖系统。

发明所采用的技术方案是：一种以自然能源为主的农户取暖系统,其技术要点是，包括家用土暖器以及为家用土暖器提供能源的风力发电机，其中家用土暖器包括内置软水的水箱，与水箱进水口互通的上水管和水暖暖气的进水端相连接，水暖暖气的出水端通过回水管与回水箱的入水口互通，水箱低于暖器设置，上水管和回水管内的软水被浸没在软水中的三相加热棒加热形成温差并在由上水管、水暖暖气和回水管构成的管路中循环流动用于为水暖暖气提供热量；

风力发电机的三相交流输出端与位于水箱内的三相电热棒连接，

在风力发电机与三相电热棒连接线路上还设有停机继电器、空载带载继电器和与备用电阻连接的电阻继电器，控制器与停机继电器相连接通过控制停机继电器的通断来控制风力发电机是否停机， 控制器与所述空载带载继电器相连接用于通过控制空载带载继电器的通断来控制风力发电机的启动；控制器与电阻继电器连接用于通过控制电阻继电器来控制备用电阻的投入和断开。

上述方案中，还包括为家用土暖气提供能源的光伏板，光伏板的直流输出端与位于水箱内的第一单相电热棒连接。

上述方案中，在光伏板与第一单相电热棒之间设有控制光伏板通断的光伏开关。

上述方案中，在水箱内还设有第二单相电热棒，第二单相电热棒通过市电继电器与市电连接用于通过控制市电继电器的通断来控制第二单相电热棒的通断。

上述方案中，在水箱内还设有用于检测软水温度的水温传感器和用于检测软水液位的液位传感器。

上述方案中，在回水管上设有自然循环阀，与自然循环阀相并联的管路上还设有水泵和水泵电磁阀，水泵电磁阀与水泵连接用于在自然循环阀关闭的情况下通过水泵电磁阀的通断来控制水泵的开关。

上述方案中，在水箱的上方还设有与液位监控器连接的水位电磁阀用于通过控制水位电磁阀的通断来控制液位监控器的开关。

上述方案中，在水位电磁阀所在的管路上还连接软水器。

本发明的有益效果是：本发明以自然能源为主的农户取暖系统，包括家用土暖器以及为家用土暖器提供能源的自然能源组件，利用太阳能和风能为由上水管、水暖暖气和回水管构成的管路中循环流动的软水提供热量，该系统设计合理，不需要通过复杂的整流、滤波电路实现，节约了成本，且使用清洁能源，更加环保，适合在广大的农村区域进行推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中一种以自然能源为主的农户取暖系统的结构示意图；

图2为本发明实施例2中一种以自然能源为主的农户取暖系统的结构示意图；

图3为本发明实施例2中一种以自然能源为主的农户取暖系统的结构示意图；

图4为本发明实施例2中一种以自然能源为主的农户取暖系统的结构示意图；

图中序号说明如下：1风力发电机、2三相电输出端、3三相电热棒、4水箱、5控制器、6备用电阻、7液位监控器、8停机继电器、9备用电阻继电器、10放水阀、11水泵电磁阀、12 水泵、13 暖器、14 自然循环阀、15放气阀、16 回流管、17 上水管、18水温传感器、19水位电磁阀、20软水器、21空载带载继电器、22光伏板、23光伏开关、24市电继电器、25市电、26单相电热棒、27移动通讯器件、28预留热水口、29预留冷水口。

具体实施方式

使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～4和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例采用的一种以自然能源为主的农户取暖系统,使发电机不经过逆变器而直接带纯阻性负载。同时光伏发电的单相电源直接接到单相的纯阻性的电热棒。纯阻性的电热棒浸没在水箱直接加热箱内的软水（纯净水），热水在家用土暖器管路中自动循环、散热。

本实施例的家用土暖器如图1所示，包括暖气13、水箱4以及设置在水箱4内的用于加热的部件，其基本结构原理是：利用置于低于暖器13一定距离的水箱4形成势差，再通过被加热部件加热后的水的温差实现自动循环从而构建家用土暖器。水箱4中的单相电热棒26通电把设置在水箱4内的软水（纯净水）加热，加热的水自动上升聚集在水箱4上部，温度较低的水自动下沉聚集在水箱下部，自动形成上热下冷的状况，水箱4上通过出水口与上水管17互通，水箱4底部通过入水口与回水管16互通。水箱4上部的热水从上部的出水口经上水管17进入暖器13向室内散热，散发热量后的降了温的水下沉到暖器13下部，经回水管16流回水箱4，如此自动往复循环。本实施例的目的是利用自然能源发电与具有自动水循环功能的家用土暖器结合，实现较为高效的室内供暖。为了避免水循环内存在气泡，在上水管17的末端还设有放气阀15。

本实施例利用的自然能源发电包括三种方式：风电、光电以及市电，本实施例以风电为主，在风电不足时，增加了光伏板22作补充发电，以达到显著节约煤炭和市电的目的。本实施例的风力发电机1的三相输出端2直接接到三相电热棒3，而光伏板22的输出直流端经光伏开关23直接连接到单相电热棒26上，光伏板22作为电源与作为纯电阻发热元件的三相电热棒3之间也是直通，没有整流、滤波电路串联在主回路中，这种结构的变化直接解决的采用整流滤波电路造价较贵的问题，使得本实施例可以通过低价能源实现农村的供暖，为后续大规模的推广提供了基础。本实施例在风电、光电都不足时，还利用市电25作临时补充。市电25经市电继电器24连接至另一个单相电热棒上，直接为另一个单相电热棒进行加热。

由于风力发电机1要面临从微风到狂风的很宽的风速范围，其运行需要通过控制器5进行控制。控制器5作为整个农户取暖系统的控制中枢，同时与停机继电器8、空载带载继电器21、备用电阻继电器9、水泵电磁阀11、自然循环阀14、光伏开关23和水位电磁阀19相连，本实施例控制器5的控制过程为：微风时让风力发电机1空载，以利于风轮起动、加速，达到一定转速后让风力发电机1带载，通过空载带载继电器21接通，让风力发电机1的三相输出端2的交流电流直通三相电热棒3。在水温传感器18告知控制器5水温过高时，通过备用电阻继电器9接通备用电阻6，以分流的方式减小三相电热棒3的电流；在风力发电机1输出电流较大、水温也上升较快时，打开水泵电磁阀11，同时关断自然循环阀14，让水泵12强制循环、加快散热；在超额狂风或需要检修时接通停机继电器8的触点让风力发电机1的三相输出端2短路，从而停机。本实施例中在水箱4的表面还设有液位监控器7，当水位低于下限时让水位电磁阀19打开，经软水器20给水箱4补水，补到位时自动切断水位电磁阀19停止补水。同时，在水泵说在管路的末端还连接放水阀10，便于将多余的水排出。

本实施例采用的控制器5中还可以通过安插移动通讯器件27实现运行数据远程传输、远程控制和多用户联网管理。

本实施例按常规的供暖标准每平米50瓦电功率，供应10小时，能量是50w×10H（小时）=500WH（瓦时）=0.5KWH（0.5度电），让农户有基本的50平米得到这一供暖能量，一天需供能量为：0.5 KWH/平米× 50平米=25KWH（25度电）。可以安装3kw风力发电机，一天满发电8小时以上（风资源足的地方，日夜有风，风力机连续工作，折合一天满发8小时），可发3×8=24度电；安装光伏板2KW，一天满发4小时（光伏常规），可发2×4=8度电；自然能源发电合计32度电。超过预算所需的基本的25度电。考虑风能、光能有随机性、不稳定性，给一定折扣，则大体持平。若自然能源有时不足，就自动启用市电作为补充。这样就能大体满足每户基本取暖需要，可以在很大程度上取代燃煤，而且清洁、省事，改善生活质量。

实施例1的以自然能源为主的农户取暖系统适合于风、光资源都较丰富的地区。风力发电机、光伏都可以与居所近距离安装，光伏板可安装在屋顶。风力发电机房前屋后、道路边空地都可以安装，只要吊车能进、具备打地基坑的条件即可。但风力发电机安装环境，要求高于近旁房屋7米以上，风力发电机高度在12~14米，平房一般在5米以下，这样的高差对风力发电干扰不是太大，但距离与风力发电机同等高度或高于风力发电机的高大乔木，应远离60米以上。

在整村、成片地方众多农户采用这种以自然能源为主的取暖系统的情况下，要将众多用户联网到一个信息平台集中管理，开发多用户管理系统，采集记录多用户运行信息，监测故障情况，推行电子收费方式，更高效地运维管理。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：仅采用风力发电机发电。一部分风能资源特别优异的地域，又远离电网，这类地域不仅每天刮风不止，且时间长、风力强劲，户主又有能力有意愿采用较大功率的风力发电机（如5~10kw以上），可采用单一风力发电电源。如图2所示。

实施例3 ：

本实施例与实施例1的区别在于：仅采用光伏板提供能源。风资源较差而光照比较充足的地域，则可以选择那样的只有光伏电源的系统，也同样能达到自然能源为主的供暖目的，如图3所示。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于：有些地方农户或单位原本有烧柴烧煤的带水箱的火炉，不必拆除，可作备用。图4比图1的不同只是多了一付预留接驳口——预留热水口28、预留冷水口29，在,当用户要求的供暖面积较大，或风电、光电供暖温度及供暖时间不满足用户较特殊的要求，有了预留接驳口，原有的带热水箱的火炉就可以方便地接入，加强供暖。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1. 一种以自然能源为主的农户取暖系统, 其特征在于，包括家用土暖器以及为家用土暖器提供能源的风力发电机，其中家用土暖器包括内置软水的水箱，与水箱进水口互通的上水管和水暖暖气的进水端相连接，水暖暖气的出水端通过回水管与回水箱的入水口互通，水箱低于暖器设置，上水管和回水管内的软水被浸没在软水中的三相电热棒加热形成温差并在由上水管、水暖暖气和回水管构成的管路中循环流动用于为水暖暖气提供热量；风力发电机的三相交流输出端与位于水箱内的三相电热棒连接，在风力发电机与三相电热棒连接线路上还设有停机继电器、空载带载继电器和与备用电阻连接的电阻继电器，控制器与停机继电器相连接通过控制停机继电器的通断来控制风力发电机是否停机， 控制器与所述空载带载继电器相连接用于通过控制空载带载继电器的通断来控制风力发电机的启动；控制器与电阻继电器连接用于通过控制电阻继电器来控制备用电阻的投入和断开。

2.如权利要求1所述的以自然能源为主的农户取暖系统,其特征在于，还包括为家用土暖气提供能源的光伏板，光伏板的直流输出端与设置水箱内的第一单相电热棒连接。

3.如权利要求2所述的以自然能源为主的农户取暖系统,其特征在于，在光伏板与第一单相电热棒之间设有控制光伏板通断的光伏开关。

4.如权利要求1～3任一权利要求所述的以自然能源为主的农户取暖系统,其特征在于，在水箱内还设有第二单相电热棒，第二单相电热棒通过市电继电器与市电连接用于通过控制市电继电器的通断来控制第二单相电热棒的通断。

5.如权利要求4所述的以自然能源为主的农户取暖系统,其特征在于，在水箱内还设有用于检测软水温度的水温传感器和用于检测软水液位的液位传感器。

6.如权利要求5所述的以自然能源为主的农户取暖系统,其特征在于，在回水管上设有自然循环阀，与自然循环阀相并联的管路上还设有水泵和水泵电磁阀，水泵电磁阀与水泵连接用于在自然循环阀关闭的情况下通过水泵电磁阀的通断来控制水泵的开关。

7.如权利要求5所述的以自然能源为主的农户取暖系统,其特征在于，在水箱的上方还设有与液位监控器连接的水位电磁阀用于通过控制水位电磁阀的通断来控制液位监控器的开关。

8.如权利要求7所述的以自然能源为主的农户取暖系统,其特征在于，在水位电磁阀所在的管路上还连接软水器。

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