一種低層建筑物中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低層建筑物中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)，利用光伏光熱一體化裝置將太陽能轉(zhuǎn)換為電能和熱能，電能用于給用戶保溫水箱進(jìn)行電加熱，當(dāng)電能剩余時，將電能儲存于儲能蓄電池裝置中。熱能來自于光伏光熱一體化裝置的冷卻水，其水溫較低，將低溫的水送至槽式聚光太陽能熱利用裝置中，再次加熱，提高熱水的溫度，并將熱水存儲于集中保溫水箱中，合理分配熱水資源。在用戶端保溫水箱中安裝有電加熱裝置，用于在陰雨天氣進(jìn)行電加熱。即使在陰天、冬季等天氣情況下，該系統(tǒng)也能夠連續(xù)提供滿足用戶需要的熱水。
【專利說明】一種低層建筑物中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低層建筑物中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)，屬于能源利用【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，對能源的需求也不斷提高。目前，給居民提供的熱水的主要途徑有太陽能熱水器、電加熱熱水器等。太陽能熱水器在氣象條件良好的情況下能夠提供可靠的生活熱水，但遇到連續(xù)陰雨天氣，太陽能熱水器無法提供生活熱水。電加熱熱水器是將電能轉(zhuǎn)換為熱能，能量轉(zhuǎn)換的過程為高品位的電能轉(zhuǎn)化為低品位的熱能，能量轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生了大量的能源浪費。
[0003]太陽能光伏電池轉(zhuǎn)換效率較低，單晶硅一般約為17%左右。為了進(jìn)步一步提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率，光伏、光熱一體化成為未來太陽能發(fā)展的一個重要方向。溫度是影響光伏電池轉(zhuǎn)換效率的重要因素，電池溫度每上升1度，其光電轉(zhuǎn)換效率下降3%。至5%。，利用翅片散熱，將熱能釋放到大氣中，并且在溫度較高時，散熱效果較差，影響系統(tǒng)性能。
[0004]目前的太陽能熱水器應(yīng)用廣泛，但普遍存在在陰天時不能連續(xù)持續(xù)供熱水，在冬天甚至不能提供可靠的生活熱水。雖然目前已有一些廠家在太陽能熱水器中安裝電加熱系統(tǒng)，其成本較高，而且電能來源于電網(wǎng)，大量的電熱水器的使用，無疑將會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有太陽利用技術(shù)相關(guān)缺點，提供一種低層建筑中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中太陽能轉(zhuǎn)換效率地、太陽能熱水器供熱水不連續(xù)性。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，提供一種低層建筑中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)裝置，該裝置包括
[0007]光伏光熱一體化裝置，將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，同時將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，由光伏電池組件和冷卻裝置構(gòu)成；
[0008]槽式太陽能熱利用裝置，將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，由槽式復(fù)合拋物面、接收器、支架構(gòu)成；
[0009]變流器裝置，用于將光伏陣列產(chǎn)生的直流電能變換為符合系統(tǒng)要求的直流電能，一般為升壓變換器，完成光伏陣列的最大功率跟蹤控制；
[0010]充放電控制器，用于控制蓄電池的充放電，由單片機系統(tǒng)構(gòu)成；
[0011]儲能蓄電池裝置，用于儲存光伏電池產(chǎn)生的直流電能；
[0012]電加熱裝置，是光伏陣列和蓄電池的直流電能轉(zhuǎn)化為熱能，由電加熱管構(gòu)成；
[0013]檢測裝置，用于集中水箱、用戶水箱的水溫以及直流母線的電壓，由溫度傳感器和電壓傳感器等構(gòu)成；
[0014]分流器裝置，用于分配電能，一般由配電柜組成；
[0015]匯流箱裝置，用于匯集光伏陣列產(chǎn)生的直流電，匯流后送至變流器裝置；
[0016]用戶水箱裝置，用于分配熱水，并安裝在用戶端，由保溫水箱構(gòu)成，同時在該水箱中安裝電加熱裝置；
[0017]集中保溫水箱裝置，用于存儲光伏光熱一體化裝置和槽式太陽能熱利用裝置所加熱的水。
[0018]用戶流量計裝置，用以計算用戶用水量，由水表構(gòu)成；
[0019]用戶控制器裝置，用戶設(shè)定用戶用水溫度要求，設(shè)定溫度后，系統(tǒng)檢測集中水箱是否滿足用戶用水溫度要求，若滿足，則直接供水，若不滿足，則經(jīng)過電加熱后達(dá)到要求后供水。
[0020]所述光伏光熱一體化裝置是在太陽能光伏電池背面安裝一個V型冷卻管道，管道可以焊接在電池背面，也可以采用導(dǎo)熱膠粘貼。層壓工藝如圖4所示，最上層為透光面板，下面依次為⑶八膠膜、光伏電池片、絕緣層、吸熱板、保溫層。其中絕緣層上下層都有⑶八膠膜，吸熱板的材料一般可選用導(dǎo)熱性能良好的鋁板。太陽能光伏光熱一體化立體示意圖如圖5所示，中間虛線部分為V型換熱銅管，可采用焊接工藝焊接在背面吸熱板上，也可以采用導(dǎo)熱性能良好的導(dǎo)熱膠粘貼在吸熱板上。如圖所示，光伏光熱一體化裝置安裝時需要設(shè)計安裝角度9，該角度與安裝地點的維度有關(guān)，考慮最大限度吸收太陽能。
[0021〕 所述槽式太陽能熱利用裝置，是將光伏光熱一體化裝置的出口水進(jìn)行加熱，提高熱水品質(zhì)，槽式太陽能熱利用裝置如圖3所示，主要由反光鏡16、集熱器17、支架18組成。反光鏡16將陽光反射到集熱器上，集熱器17接收反射的太陽能，加熱集熱器中間的水。支架18主要是起到支撐和跟蹤作用，一般可設(shè)計為單軸跟蹤，即跟蹤太陽的方位角。
[0022]所述變流器裝置是由升壓變換器，完成光伏陣列的直流變換和和最大功率跟蹤控制光伏陣列產(chǎn)生的直流電能隨著天氣的變換而波動，即使在晴天，云彩的遮擋也會引起電流的變換，為使得輸出電能趨于穩(wěn)定，需要使用直流升壓變換器穩(wěn)定光伏陣列的輸出電能。通常變換器的變流能力有限，在光伏陣列輸出電能小幅度變換，升壓變換器可以起到一定的穩(wěn)壓作用，但輸出變換范圍過大，則需要結(jié)合儲能蓄電池裝置共同穩(wěn)定電能。
[0023]所述充放電控制器，由單片機系統(tǒng)構(gòu)成，用于控制蓄電池的充放電，當(dāng)光伏陣列產(chǎn)生剩余電能時，控制變流器裝置的輸出給蓄電池充電，當(dāng)光伏陣列產(chǎn)生電能不能滿足用戶加熱電能需求時，控制蓄電池給用戶供電，通過加熱器裝置給水加熱。
[0024]所述儲能蓄電池裝置，由鉛酸電池串并聯(lián)構(gòu)成，根據(jù)系統(tǒng)的具體設(shè)計要求，確定鉛酸電池的串并聯(lián)個數(shù)，即確定儲能的容量，用于儲存光伏陣列產(chǎn)生的剩余電能。
[0025]所述電加熱裝置，由電加熱管構(gòu)成，安裝在用戶保溫水箱裝置中，可以將光伏陣列和蓄電池的直流電能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱用戶保溫水箱裝置中的水。
[0026]所述檢測裝置，是由溫度傳感器和電壓傳感器等構(gòu)成，溫度傳感器安裝在用戶保溫水箱裝置中，用于檢測用戶水箱的溫度。電壓傳感器安裝分流箱中，可采用霍爾傳感元件，用于檢測分流箱的電壓。
[0027]所述分流器裝置，由配電柜構(gòu)成，用于給各個用戶供電，電加熱用戶熱水。所述匯流箱裝置，用于匯集光伏陣列產(chǎn)生的直流電，匯流后送至變流器裝置。
[0028]所述用戶保溫水箱裝置，由保溫水箱構(gòu)成，安裝在用戶端，直接給用戶供熱水。用戶水箱裝置的熱水來源于集中保溫水箱裝置，同時在該水箱中安裝電加熱裝置，點加熱所需要的電能來源于光伏陣列產(chǎn)生的電能和儲能蓄電池的電能。用戶保溫水箱裝置的體積為一個家庭正常一天用熱水的容量。
[0029]所述集中保溫水箱裝置，是由保溫水箱構(gòu)成，體積較大，設(shè)計需要滿足約10個用戶一天正常用熱水的體積，用于存儲光伏光熱一體化裝置和槽式太陽能熱利用裝置所加熱的水。
[0030]用戶流量計裝置，由計量水表構(gòu)成，用以計算用戶用水量，為合理的分配集中保溫水箱裝置的熱水，在用戶端需要安裝熱水流量計，確保每個用戶公平合理地分配熱水資源。
[0031]所述用戶控制面板裝置，用戶設(shè)定用戶用水溫度要求，設(shè)定溫度后，系統(tǒng)通過溫度檢測裝置，檢測用戶保溫水箱裝置是否滿足用戶用熱水要求，若滿足，則直接供水，若不滿足，則通過電壓檢測裝置檢測分流箱的供電電壓。由于樓頂面積有限，且光伏成本較高，光伏裝機容量一般能滿足4個用戶同時直接加熱，若超過4個用戶同時啟動電加熱裝置，則超過的客戶需要等待三個正在電加熱的用戶加熱結(jié)束，才能啟動電加熱裝置，即排隊加熱。用戶控制面板上帶用戶保溫水箱裝置溫度顯示，以便客戶掌握自己保溫水箱中的水溫。以一棟樓有10個客戶為例，同時有4個客戶啟動電加熱的幾率也很小，所以該發(fā)明可靠合理。
[0032]本發(fā)明的一種低層建筑物中太陽能光熱光伏聯(lián)合智能供水系統(tǒng)，采用光伏光熱一體化裝置，同時利用槽式太陽能進(jìn)一步加熱，提高供水溫度，采用集中保溫水箱裝置，合理分配熱水資源，還利用光伏陣列進(jìn)行電加熱，進(jìn)一步提高熱水溫度，保證用戶供熱水的穩(wěn)定性與可靠性。
[0033]本發(fā)明未特別限定的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0034]有益效果:
[0035]1)、該裝置安裝建筑物頂部，有效地起到了隔熱、防雨作用。
[0036]2)、該裝置實現(xiàn)了太陽能光伏、光熱一體化，提高了太陽能的轉(zhuǎn)換效率。
[0037]3)、該裝置實現(xiàn)了太陽能光伏、光熱一體化與槽式聚光太陽能的綜合利用系統(tǒng)，提高了熱水的品質(zhì)，減小了電能儲能系統(tǒng)的容量。
[0038]4)、該裝置實現(xiàn)了太陽能連續(xù)提供生活熱水。
[0039]5)、該裝置實現(xiàn)了電加熱功能，但無需吸收電網(wǎng)電能，僅利用太陽能，對環(huán)境無污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明新型太陽能光伏與光熱聯(lián)合供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
[0041]圖中有:光伏光熱一體化裝置1、檢測裝置2、直流匯流箱裝置3、變流器4、分流器裝置5、充放電控制器6、儲能蓄電池7、預(yù)留接口 8、電加熱裝置9、用戶水箱10、用戶控制器
11、流量計12、集中保溫水箱裝置13、槽式太陽利用裝置14。
[0042]圖2是太陽能光伏光熱一體化冷卻水流通意圖
[0043]圖中太陽能光伏光熱一體化裝置，虛線為冷卻水流通路徑。
[0044]圖3是槽式太陽能利用裝置結(jié)構(gòu)圖
[0045]圖中有:槽式復(fù)合拋物面反光板16、真空集熱管17、支架18。
[0046]圖4是太陽能光伏光熱一體化裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0047]圖中有:光伏電池片19、鋁合金邊框20、進(jìn)水口 21、冷卻I型銅管22、出水口 23、保溫層24、絕緣層25、膠膜26、透光面板27。
[0048]圖5是太陽能光伏光熱一體化裝置立體示意圖
[0049]圖中說明了光伏光熱一體化裝置立體結(jié)構(gòu)。
[0050]圖6是太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)設(shè)計實例
[0051]圖中有:光伏光熱一體化裝置1、電加熱裝置9、用戶保溫水箱裝置10、用戶控制器
11、流量計12、集中保溫水箱裝置13、槽式太陽利用裝置14、配電室15。
[0052]圖7是供水系統(tǒng)控制流程圖
[0053]圖中設(shè)計供水流程圖，設(shè)計了電加熱流程。

【具體實施方式】
[0054]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0055]本發(fā)明提供的一種新型太陽能光伏與光熱聯(lián)合供電裝置，該裝置包括:光伏光熱一體化裝置1、檢測裝置2、直流匯流箱裝置3、變流器4、分流器裝置5、充放電控制器6、儲能蓄電池裝置7、預(yù)留接口 8、電加熱裝置9、用戶保溫水箱裝置10、用戶控制器11、流量計
12、集中保溫水箱裝置13、槽式太陽利用裝置14。
[0056]所述光伏光熱一體化裝置1是在光伏電池背面安裝水冷卻系統(tǒng)，從而實現(xiàn)光伏發(fā)電的同時，實現(xiàn)了光熱的利用。光伏光熱一體化裝置1的結(jié)構(gòu)如圖4所示，立體結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。光伏光熱一體化裝置1有兩條通路，即電路和水路，電路是光伏發(fā)電系統(tǒng)通路，收集光伏電池產(chǎn)生的直流電能，送至直流匯流箱裝置3。水路是水冷卻系統(tǒng)通路，利用水冷卻光伏電池，并將冷卻水收集送至槽式太陽利用裝置14輸入端，即光伏光熱一體化裝置1的輸入接冷卻水，輸出分電路和水路，電路與匯流箱裝置3的輸入連接，水路與槽式太陽利用裝置14的輸入連接，冷卻水流過光伏電池的背面，得到一定的熱量，將低溫的水送至槽式太陽利用裝置14，再次加熱，提高熱水的品質(zhì)，因為冷卻水的溫度不宜太高，所以需要利用槽式太陽利用裝置14再次加熱。光伏光熱一體化裝置1的水路采用串聯(lián)連接，水路連接方式如圖2所示，圖2中的虛線為冷卻水的通路，圖2中也標(biāo)出了冷卻水的流動方向和伏光熱一體化模塊之間的連接方法。
[0057]上述所述檢測裝置2，主要功能是完成溫度的檢測與電壓的檢測，分別可采用溫度傳感器和電壓霍爾傳感器，檢測裝置的溫度傳感器安裝用戶保溫水箱裝置10和集中保溫水箱裝置13中，用于檢測水溫。電壓霍爾傳感器則安裝在分流器裝置5中，用于檢測分流器的電壓。檢測裝置2將檢測的溫度信號與電壓信號送至用戶控制器裝置11。
[0058]上述直流匯流箱裝置3的輸入與光伏光熱一體化裝置1的電路輸出連接，輸出與變流器4的輸入連接，變流器4的輸出與分流器裝置5的輸入連接，分流器裝置5的輸出分別于儲能蓄電池裝置7、預(yù)留接口 8、電加熱裝置9連接。
[0059]上述儲能蓄電池裝置7與分流器裝置5連接，兩者之間的能量能夠雙向流動，即在分流器裝置5的電壓過高時，給儲能蓄電池裝置進(jìn)行充電，當(dāng)電壓過低時，儲能蓄電池裝置7進(jìn)行放電，充放電的過程由充放電控制器6控制，該控制器由單片機控制系統(tǒng)構(gòu)成。儲能蓄電池裝置7是由鉛酸蓄電池串并聯(lián)構(gòu)成，根據(jù)系統(tǒng)的功率設(shè)計要求確定串并聯(lián)的個數(shù)。上述的預(yù)留接口 8主要是用于系統(tǒng)的拓展，更加有效地利用系統(tǒng)，預(yù)留接口可連接樓層的應(yīng)急電源和公用路燈等設(shè)備。
[0060]上述電加熱裝置9安裝在用戶保溫水箱裝置10內(nèi)部，由分流器裝置5供電，加熱過程受用戶控制器11控制，所述用戶控制器11的輸入信號來自于檢測裝置2，根據(jù)檢測裝置2的用戶保溫水箱裝置10和集中保溫水箱裝置13的溫度信號和分流器裝置5的電壓信號，控制電加熱裝置9是否加熱，熱水供給系統(tǒng)控制流程流程圖如圖7所示。其中系統(tǒng)中需要檢測用戶保溫水箱裝置10和集中保溫水箱裝置13的溫度，采用熱電偶來實現(xiàn)該溫度的檢測。
[0061]上述用戶保溫水箱裝置10和集中保溫水箱裝置13用于存儲熱水，集中保溫水箱裝置13安裝在戶外，輸入端與槽式太陽利用裝置14的輸出端連接，體積較大，集中存儲熱水。用戶保溫水箱裝置10安裝在用戶室內(nèi)，用戶保溫水箱裝置10的輸入與集中保溫水箱裝置13的輸出連接，同時用戶保溫水箱裝置10內(nèi)部安裝電加熱裝置9。用戶保溫水箱裝置10的輸出端安裝流量計12，計量用戶所用的熱水量。
[0062]上述槽式太陽利用裝置14如圖3所示，主要由反光鏡16、集熱器17、支架18組成。其輸入端與光伏光熱一體化裝置1輸出水路連接，輸出端與集中保溫水箱裝置13的輸入端連接。將光伏光熱一體化裝置1輸出的冷卻水進(jìn)一步加熱，提高熱水品質(zhì)，并儲存于集中保溫水箱裝置13中，集中保溫水箱裝置13再將熱水分配至各個用戶端的用戶保溫水箱裝置10中。
[0063]結(jié)合設(shè)計實例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。如圖6所示，為五層住宅的低層建筑物，在建筑物的頂部安裝光伏光熱一體化裝置1、集中保溫水箱裝置13、槽式太陽利用裝置14和配電室15，其中配電室15包括直流匯流箱裝置3、變流器4、分流器裝置5、充放電控制器6、儲能蓄電池裝置7、預(yù)留接口 8。用戶側(cè)安裝電加熱裝置9、用戶保溫水箱裝置10、用戶控制器11、流量計12。
[0064]本發(fā)明設(shè)計了低層建筑中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)，系統(tǒng)供能方式為:光伏光熱一體化裝置1的冷卻水經(jīng)過槽式太陽利用裝置14進(jìn)行二次加熱，送至集中保溫水箱裝置13中，由集中保溫水箱裝置13分配熱水給各個用戶保溫水箱裝置10，同時在用戶保溫水箱裝置10安裝電加熱裝置9，電加熱裝置9是由光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能蓄電池裝置7供電加熱，無需吸收電網(wǎng)電能。本發(fā)明利用太陽能光伏光熱一體化裝置、槽式太陽能利用裝置提供系統(tǒng)所需要的熱能與電能，實現(xiàn)了連續(xù)供熱水。
[0065]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低層建筑中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)，其特征在于: 光伏光熱一體化裝置(1)的冷卻水通過水管與槽式太陽利用裝置(14)輸入端連接，槽式太陽利用裝置(14)輸出端用保溫水管與保溫水箱裝置(13)輸入連接，集中保溫水箱裝置(13)輸出端與用戶保溫水箱裝置(10)的輸入端連接，用戶保溫水箱裝置(10)的輸出端為直接提供生活熱水。用戶保溫水箱裝置(10)內(nèi)部安裝電加熱裝置(9)，電加熱裝置(9)通過電纜與光伏光熱一體化裝置(1)和儲能蓄電池裝置(7)供電加熱，光伏光熱一體化裝置(1)的光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能蓄電池裝置(7)的連接方式為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低層建筑中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)，其特征在于: 電加熱裝置(9)安裝在用戶保溫水箱裝置(10)內(nèi)部，由儲于儲能蓄電池(7)分配到分流器裝置(5)供電加熱，加熱過程受用戶控制器(11)控制，所述用戶控制器(11)的輸入信號來自于檢測裝置(2)，根據(jù)檢測裝置(2)通過熱電偶檢測的用戶保溫水箱裝置(10)和集中保溫水箱裝置(13)的溫度，控制電加熱裝置(9)是否加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低層建筑中太陽能光伏光熱聯(lián)合智能供水系統(tǒng)，其特征在于: 設(shè)計了五層住宅的低層建筑物的具體系統(tǒng)設(shè)計方案和系統(tǒng)安裝方案。
【文檔編號】H01L31/0525GK104422147SQ201310392147
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】袁銀鳳, 王軍 申請人:南京帕偌特太陽能有限公司