CN102759200B - 太阳能发电热水一体机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能技术领域，提供一种太阳能发电热水一体机，包括倾斜支架、循环水箱、多个太阳能电池片和多个玻璃水管，多个太阳能电池片组成多个电池片条状阵列，电池片条状阵列的数量与玻璃水管的数量相等，电池片条状阵列纵向间隔排列在倾斜支架上，玻璃水管纵向排列在倾斜支架上，每个玻璃水管设置在每个电池片条状阵列的上方，玻璃水管的下端封闭，上端与循环水箱相连。本发明将玻璃水管设置在太阳能电池片的上方，取到聚光和降温作用，使太阳能电池板在保持最大聚光倍数的基础上仍能保持正常的温度工作曲线。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电和太阳能热水器技术领域，特别是一种太阳能发电热水一体机。
背景技术
近年来，太阳能光伏发电技术在新能源领域得到了广泛地运用，其材料主要以单晶硅和多晶硅为主。为了提高太阳能电池的利用率，人们采用各种形式的反射聚光或折射聚光与太阳能电池板阵列结合的方法达到效果。太阳能反射聚光技术已发展出许多形式的装置，包括：槽型抛物面聚光、旋转抛物面聚光、复合抛物面聚光、球形聚光、圆渐开线聚光和V形面聚光等。太阳能折射聚光领域目前主要以菲涅尔透镜取代平凸透镜。
在太阳能产业的领域中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。清华大学目前已开发的第三代是真空管式太阳能集热水器，其是在国外技术的基础上研制出具有世界先进水平的真空管式太阳能集热器，有两种真空管热水器，即全玻璃真空管太阳能集热器和热管式，它运用优良的太阳光选择性吸收膜层及高真空保温技术，具有单向导热性能佳、稳定性好等优点。
由于现有的硅晶体太阳能电池板转换率太低，而新型的多结砷化镓电池虽然转换效率很高但国内的制造技术还不成熟，制造以及使用成本较高，许多材料需要从国外进口。作为提高太阳能电池效率的辅助技术，反射聚光和折射聚光技术都存在着各自的缺陷，反射聚光存在聚光倍数不高、占地面积大的问题。折射聚光则存在成本较高、聚光损失大、聚光不均匀，制造难度大，透光度不高的缺点。而为了弥补聚光带来的太阳能电池板过热的问题所增加的水冷系统会大大增加整套系统的成本，所以目前大多停留在试验阶段。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种太阳能发电热水一体机，以期太阳能电池板在保持最大聚光倍数的基础上仍能保持正常的温度工作曲线，并将这部分热能有效的使用在热水器上。
本发明采取的技术方案是：
一种太阳能发电热水一体机，包括倾斜支架、循环水箱、多个太阳能电池片和多个玻璃水管，其特征是，所述多个太阳能电池片组成多个电池片条状阵列，所述电池片条状阵列的数量与所述玻璃水管的数量相等，所述电池片条状阵列纵向间隔排列在所述倾斜支架上，所述玻璃水管纵向排列在所述倾斜支架上，每个玻璃水管设置在每个电池片条状阵列的上方，所述玻璃水管的下端封闭，上端与所述循环水箱相连。
进一步，所述玻璃水管与所述电池片条装阵列之间的距离为5至10CM。
进一步，所述玻璃水管与所述循环水箱相连处设置温度传感器。
进一步，所述太阳能电池片采用热斑效应防护线路连接，所述热斑效应防护线路连接是将电池片条状阵列中的太阳能电池片串联，多个电池片条状阵列并联连接到负载，在所述并联支路上串联一个支路二极管，所述支路二极管的正极与所述并联支路的正极连接，所述支路二极管的负极与所述负载的正极连接，在所述每个太阳能电池片上并联一个旁路二极管，所述旁路二极管的正极与所述太阳能电池片的负极连接，所述旁路二极管的负极与所述太阳能电池片的正极连接。
进一步，所述玻璃水管的截面形状为椭圆形。
本发明的有益效果是：
（1）玻璃水管的聚光作用把光线集中到太阳能电池片上，椭圆形水管的聚光作用更显著；
（2）玻璃水管能够带走太阳能电池片上的热量，延长太阳能电池片的使用寿命。
附图说明
附图1为本发明中的立体结构示意图；
附图2为热水器水循环原理图；
附图3为太阳能热斑效应保护电路图形。
附图中的标记分别为：
1．倾斜支架； 2．太阳能电池片；
3．玻璃水管； 4．循环水箱；
5．温度传感器； 6．储热水箱；
7．补给水箱； 8．热虹吸压头；
9．温控器； 10．电磁阀；
11．入水口； 12．出水口；
13．负载； 14．旁路二极管；
15．支路二极管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明太阳能发电热水一体机的具体实施方式作详细说明。
参见附图1，倾斜支架1上安装太阳能电池片2，太阳能电池片2排成电池片条状阵列，多个电池片条状阵列沿倾斜支架1平行等间距排列，根据倾斜支架1的大小，每个电池片条状阵列由5至20个太阳能电池片串联而成，多条电池片条状阵列并联后输出。在每个电池片条状阵列的上方5至10CM的地方设置一个玻璃水管3，玻璃水管3的截面形状可为圆形、椭圆形或其它形状，使太阳光从玻璃水管3中的水中折射后能够产生聚光作用。玻璃水管3的长度与电池片条状阵列的长度相当。在倾斜支架1的上端安装有循环水箱4，玻璃水管3的上端与循环水箱4相通，玻璃水管3的下端封闭。当阳光照射到玻璃水管3上时，玻璃水管3中的水作为太阳光折射的介质，将阳光聚在太阳能电池片2的表面，太阳能电池片2将太阳光转变成电能存储于太阳能电池片2中，在太阳能电池片2上聚到的热能由于自然循环的方式通过玻璃水管3与循环水箱4中的水进行交换而带走，达到太阳能热水器与太阳能电池板散热循环的功能。
参见附图2，热水器循环结构采用自然循环式定温放水系统。循环回路由玻璃水管3和循环水箱4组成。在玻璃水管3出口处加装温度传感器5，有温控器9控制电磁阀10的开闭。当循环水箱4上部的水温达到预定的温度时，由温控器9自动打开设置在循环水箱3出水管中的电磁阀10，将定温热水注入置于低位处的储热水箱6中。用户使用热水时，热水从出水口12处流出，与此同时补给水箱7自动给循环水箱4补给冷水。补给水箱7的自来水由入水口11处流入补给水箱7。这一过程一直持续到当循环水箱4的热水出口温度低于预定值时，温度控制器9将电磁阀10关闭，停止向储热水箱6排放热水。整个热水循环系统的瞬时流量，取决于各瞬间的热虹吸压头8。
参见附图3，由于太阳能电池组件即使在同一批次中也会存在差异，他们组合成光伏方阵后，组件之间电流和电压不平衡，不可避免要造成在光伏方阵内部产生一定的功率损耗。而玻璃水管折射聚光不均匀会使串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件被当作负载消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的能量，发生“热斑效应”。为了保护电池板方阵，在太阳能电池板方阵的连接采用“热斑效应”防护线路，电池片条状阵列中的太阳能电池片2串联，多个电池片条状阵列并联连接到负载13，防护线路是将在多个电池片条状阵列并联支路上串联一个支路二极管15，支路二极管15的正极与并联支路的正极连接，支路二极管15的负极与负载13的正极连接，支路二极管15的接入避免并联回路中光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所吸收，支路二极管15在独立光伏发电系统中可同时起到防止太阳能电池片2在夜间反充电的功能。在每个太阳能电池片2上并联一个旁路二极管14，旁路二极管14的正极与太阳能电池片2的负极连接，旁路二极管2的负极与太阳能电池片2的正极连接。旁路二极管14的接入避免串联回路中光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所消耗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种太阳能发电热水一体机，包括倾斜支架、循环水箱、多个太阳能电池片和多个玻璃水管，其特征在于：还包括储热水箱、补给水箱、温度传感器和电磁阀，所述储热水箱与所述循环水箱通过所述电磁阀相连，所述多个太阳能电池片组成多个电池片条状阵列，所述电池片条状阵列的数量与所述玻璃水管的数量相等，所述电池片条状阵列纵向间隔排列在所述倾斜支架上，所述玻璃水管纵向排列在所述倾斜支架上，每个玻璃水管设置在每个电池片条状阵列的上方，所述玻璃水管的下端封闭，上端与所述循环水箱相连，所述玻璃水管与所述电池片条装阵列之间的距离为5至10CM，所述温度传感器设置在玻璃水管与所述循环水箱相连处，所述电磁阀由温控器控制开闭，当所述循环水箱上部的水温达到预定的温度时，由所述温控器自动打开设置在循环水箱出水管中的所述电磁阀，将定温热水注入置于低位处的储热水箱中，用户使用热水时，热水从出水口处流出，与此同时所述补给水箱自动给所述循环水箱补给冷水，所述补给水箱的自来水由入水口处流入补给水箱，当循环水箱的热水出口温度低于预定值时，温度控制器将电磁阀关闭，停止向储热水箱排放热水。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电热水一体机，其特征在于：所述太阳能电池片采用热斑效应防护线路连接，所述热斑效应防护线路连接是将电池片条状阵列中的太阳能电池片串联，多个电池片条状阵列并联连接到负载，在每个并联支路上串联一个支路二极管，所述支路二极管的正极与所述并联支路的正极连接，所述支路二极管的负极与所述负载的正极连接，在每个太阳能电池片上并联一个旁路二极管，所述旁路二极管的正极与所述太阳能电池片的负极连接，所述旁路二极管的负极与所述太阳能电池片的正极连接。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能发电热水一体机，其特征在于：所述玻璃水管的截面形状为椭圆形。
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