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光伏发电热水系统

阅读：1020发布：2020-07-02

IPRDB可以提供光伏发电热水系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种光伏发电热水系统，包括真空玻璃面板、光伏板、保温集水腔；所述保温集水腔呈前面敞口的扁盒状；所述真空玻璃面板封盖在所述保温集水腔的敞口前面上；所述真空玻璃面板由双层玻璃构成，双层玻璃之间为真空层；所述真空层内平铺有所述光伏板，所述光伏板的背面紧贴着所述双层玻璃的内层玻璃；所述光伏板与外部的充电器、蓄电池通过导电部件顺序电性连接；所述保温集水腔内充满水体，并通过进水管、出水管与保温水箱相连通；所述进水管、出水管中的一根中串接有循环泵。该系统可以对发电效率最大化和产热水效率最大化状态这两种状态进行灵活切换，并且完全避免了太阳能的浪费，使太阳能综合利用效率获得巨大的提高。，下面是光伏发电热水系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光伏发电热水系统，其特征在于：该光伏发电热水系统包括真空玻璃面板（1）、光伏板（2）、保温集水腔（3）；所述保温集水腔（3）呈前面敞口的扁盒状；所述真空玻璃面板（1）封盖在所述保温集水腔（3）的敞口前面上；所述真空玻璃面板由双层玻璃构成，双层玻璃之间为真空层；所述光伏板（2）设置在保温集水腔（3）内部，平行于真空玻璃面板（1）；所述光伏板（2）与外部的充电器、蓄电池通过导电部件顺序电性连接；所述保温集水腔（3）内部充满导热液体；所述导热液体与保温水箱内部的水体通过换热系统实现热传递。

2.根据权利要求1所述的光伏发电热水系统，其特征在于：所述光伏板（2）外部包裹一层透明防水封套；所述保温集水腔（3）内的导热液体即为水，所述换热系统包括进出水管和循环泵，保温集水腔内的水体与保温水箱内的水体通过对流实现热传递。

3.根据权利要求2所述的光伏发电热水系统，其特征在于：所述光伏板（2）贴近所述真空玻璃面板（1）的内层玻璃表面；并且，所述进出水管中的一根连接于保温集水腔（3）的一侧，另一根连接于保温集水腔（3）的另一侧，进水管与出水管的连线处于光伏板（2）背离真空玻璃面板（1）的一侧，且所述保温集热水腔的底平面（4）上阵列有球形凸起（40）。

4.根据权利要求3所述的光伏发电热水系统，其特征在于：各所述球形凸起（40）的尺寸各不相同。

5.根据权利要求1所述的光伏发电热水系统，其特征在于：所述保温集水腔（3）内的导热液体为透明导热油；所述换热系统包括蜿蜒于保温集水腔内部、且连接至保温水箱的换热管及串接在该换热管中的循环泵；所述换热管为以下两种结构之一：其一为闭合回路，内部封装相变介质，该换热管深入保温水箱内部，在保温水箱内部形成弯曲换热路径；其二为开放回路，其两个通水端均与保温水箱内的水体相连通。

6.根据权利要求1所述的光伏发电热水系统，其特征在于：所述循环泵包括一个无极变速电机；该无极变速电机的输入端连接一个放大电路，该放大电路的信号端耦合至一块微型光伏片；所述微型光伏片与所述光伏板（2）平行设置。

说明书全文

光伏发电热水系统

[0001] 本申请为申请号为：201410263108X，名称为：太阳能发电供水综合系统的专利申请的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及太阳能设备领域，特别地，是涉及一种光伏发电热水系统。

[0003]

背景技术

[0004] 随着世界能源的日趋紧张，新能源技术得到了快速的发展；其中，对于太阳能设备，已经形成了大规模产业化，得到了很好的普及。但是，目前的太阳能设备局限于太阳能热水器和光伏发电装置；其中，太阳能热水器主要依靠真空管进行集热，热水封闭在真空管内，与水箱中的水体进行对流导热；光伏发电装置则主要由硅晶片平铺而成，可以将投射到其表面的太阳光照转换为电能，但是，实际上，光伏板的光-电转换效率仅为15%左右，也就是说大部分照射到光伏板上的太阳能都是被浪费的。

[0005] 考虑到太阳能的综合利用，目前已有较多设计将光伏板与真空管结合起来，典型的如申请号为201210213975.3，名称为太阳能综合利用系统的专利申请，其在太阳能真空管阵列的后方设置光伏板，从而将从由太阳能真空管阵列的相邻管体之间的空隙处漏向真空管阵列后方的太阳能搜集起来，进行发电；这样，该系统既可以生产电能，又可以生产热水。对于其他同时产生热水和电能的太阳能系统，其构造也与该申请号为201210213975.3的专利申请基本相同，仅只是真空管与光伏板的相对位置有所不同而已。这样，存在的问题是，该种结构形式的系统，要么是光伏帮遮挡了真空管，要么是真空管遮挡了光伏板，导致我们无法在发电状态最大化和发热状态最大化之间灵活切换；并且，由于光伏板与真空管仍然是相互独立的，仍然无法避免光伏板的发电效率，导致较大程度的太阳能浪费。

[0006]

发明内容

[0007] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种光伏发电热水系统，该系统可以对发电效率最大化和产热水效率最大化状态这两种状态进行灵活切换，并且完全避免了太阳能的浪费，使太阳能综合利用效率获得巨大的提高。

[0008] 本发明解决其技术问题所采用的第一种技术方案是：该光伏发电热水系统包括真空玻璃面板、光伏板、保温集水腔；所述保温集水腔呈前面敞口的扁盒状；所述真空玻璃面板封盖在所述保温集水腔的敞口前面上；所述真空玻璃面板由双层玻璃构成，双层玻璃之间为真空层；所述真空层内平铺有所述光伏板，所述光伏板的背面紧贴着所述双层玻璃的内层玻璃；所述光伏板与外部的充电器、蓄电池通过导电部件顺序电性连接；所述保温集水腔内充满水体，并通过进水管、出水管与保温水箱相连通；所述进水管、出水管中的一根中串接有循环泵。

[0009] 作为优选，所述光伏板采用四角均有导角的硅晶片拼合而成；所述真空玻璃面板的内层玻璃的面向保温集水腔侧阵列有半球形凸起，各所述半球形凸起的位置恰正对于由四块相邻的硅晶片的导角所围成的空档中央；这样，不仅仅提高了所述内层玻璃与所述保温集水腔内部的水体的换热面积；并且，从所述光伏板上各硅晶片的导角空档处漏向光伏板后方的光照，被各半球形凸起所汇聚成强光束，穿过保温集水腔内部的水体，使得强光束经过的束状水体的温度明显高于周围水体的温度，这使得每一强光束处均产生一个快速的局部对流，从而牵引整个保温集水腔内的水体进行快速对流，这大幅促进了保温集水腔内部水体的各个部分对于所述内层玻璃板上的热量的吸收速度。

[0010] 作为优选，所述循环泵包括一个无极变速电机；该无极变速电机的输入端连接一个放大电路，该放大电路的信号端耦合至一块微型光伏片；所述微型光伏片与所述光伏板平行设置；这样，该微型光伏片所产生的实时电流值即可正比例反应出所述光伏板上的单位面积的太阳辐照强度，从而正比例反应出所述光伏板的实时发热功率，从而自动实现对所述无极变速电机的输入电流的实时控制，以使循环泵的循环速度适应于所述保温集水腔内的产热速度，从而尽可能地节约了循环泵的损耗。

[0011]本发明解决其技术问题所采用的第二种技术方案是：该光伏发电热水系统包括真空玻璃面板、光伏板、保温集水腔；所述保温集水腔呈前面敞口的扁盒状；所述真空玻璃面板封盖在所述保温集水腔的敞口前面上；所述真空玻璃面板由双层玻璃构成，双层玻璃之间为真空层；所述光伏板设置在保温集水腔内部，平行于真空玻璃面板；所述光伏板与外部的充电器、蓄电池通过导电部件顺序电性连接；所述保温集水腔内部充满导热液体；所述导热液体与保温水箱内部的水体通过换热系统实现热传递。

[0012] 作为优选，所述光伏板外部包裹一层透明防水封套；所述保温集水腔内的导热液体即为水，所述换热系统包括进出水管和循环泵，保温集水腔内的水体与保温水箱内的水体通过对流实现热传递；该系统结构简单，成本较低；进一步地，所述光伏板贴近所述真空玻璃面板的内层玻璃表面；并且，所述进出水管中的一根连接于保温集水腔的一侧，另一根连接于保温集水腔的另一侧，进水管与出水管的连线处于光伏板背离真空玻璃面板的一侧，且所述保温集热水腔的底平面上阵列有球形凸起；更进一步，各所述球形凸起的尺寸各不相同。

[0013] 作为优选，所述保温集水腔内的导热液体为透明导热油；所述换热系统包括蜿蜒于保温集水腔内部、且连接至保温水箱的换热管及串接在该换热管中的循环泵；所述换热管为以下两种结构之一：其一为闭合回路，内部封装相变介质，该换热管深入保温水箱内部，在保温水箱内部形成弯曲换热路径；其二为开放回路，其两个通水端均与保温水箱内的水体相连通。

[0014] 本发明所提供的两种技术方案的有益效果在于：该光伏发电热水系统在使用过程中，被系统的整个采光面所采集的太阳能首先照射到光伏板上，可以保障光伏板具有最大化的发电状态；而在光伏板最大发电状态下，仅将15%左右的太阳能转换为电能，剩余热量完全传递给与光伏板直接或间接接触的导热液体，最终将该剩余热量完全用于提升保温水箱内的水温；由此可见，对于上述的系统，在大功率发电的状况下，尚且可以实现太阳能的接近100%的利用率；另外，在仅需要热水，而不需要发电的状况下，只需关闭光伏板与充电器、蓄电池之间的电路；即可使光伏板上的光能无法转换为电能，最终只能以热能形式传递给保温水箱，从而使热水供应效率达到最大化。

[0015]

附图说明

[0016] 图1是本光伏发电热水系统的实施例一的侧向示意图。

[0017] 图2是实施例一中，光伏板与真空玻璃面板内层玻璃的正向示意图。

[0018] 图3是实施例一中，真空玻璃面板后方，对应于内层玻璃上半球形凸起处的水体的热对流示意图。

[0019] 图4是本光伏发电热水系统的实施例二的侧向示意图。

[0020] 图5是本光伏发电热水系统的实施例三的侧向示意图。

[0021]

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：实施例一：
图1～图3是本光伏发电热水系统的实施例一，该光伏发电热水系统包括真空玻璃面板、光伏板2、保温集水腔3；所述保温集水腔3呈前面敞口的扁盒状，后面为覆有保温材料（如发泡材料）的底平面4；所述真空玻璃面板封盖在所述保温集水腔3的敞口前面上；所述真空玻璃面板由双层玻璃构成，即外层玻璃11和内层玻璃12，双层玻璃之间为真空层；所述真空层内平铺有所述光伏板2，所述光伏板2的背面紧贴着所述双层玻璃的内层玻璃12；所述光伏板2与外部的充电器（未图示）、蓄电池（未图示）通过导电部件顺序电性连接；所述保温集水腔3内充满水体，并通过进水管30、出水管（未图示）与保温水箱（未图示）相连通；所述进水管30、出水管中的一根中串接有循环泵。

[0023] 在实施例一中，所述光伏板2采用四角均有导角的硅晶片拼合而成；如图2所示，各硅晶片的导角之间围成一个空档20，所述真空玻璃面板的内层玻璃12的面向保温集水腔侧阵列有半球形凸起120，各所述半球形凸起120的位置如图2所示，恰正对于由四块相邻的硅晶片的导角所围成的空档20中央；这样，不仅仅提高了所述内层玻璃12与所述保温集水腔3内部的水体的换热面积；并且，从所述光伏板2上各硅晶片的导角空档20处漏向光伏板2后方的光照，被各半球形凸起120所汇聚成强光束，穿过保温集水腔3内部的水体，使得强光束经过的束状水体的温度明显高于周围水体的温度，这使得每一强光束处均产生一个快速的局部对流，如图3所示，虚直线箭头所示为强光束方向，弯曲箭头所示为水体热量对流方向；各局部快速对流最终牵引整个保温集水腔内的水体进行快速对流，从而大幅促进了保温集水腔3内部水体的各个部分对于所述内层玻璃板12上的热量的吸收速度。

[0024]实施例二：
图4是本光伏发电热水系统的实施例二，在该实施例中，该光伏发电热水系统包括真空玻璃面板1、光伏板2、保温集水腔3；所述保温集水腔3呈前面敞口的扁盒状，所述真空玻璃面板1封盖在所述保温集水腔3的敞口前面上，保温集水腔3的后面为具有保温措施的的底平面4，在本实施例二中，该底平面4亦由真空玻璃平面制成，具有良好的保温效果；所述真空玻璃面板由双层玻璃构成，双层玻璃之间为真空层；所述光伏板2设置在保温集水腔内部，平行于真空玻璃面板1，光伏板2外部包裹一层透明的防水封套；所述光伏板2与外部的充电器、蓄电池通过导电部件顺序电性连接；所述保温集水腔3内部充满水，该保温集水腔3通过进出水管30、31和循环泵（未图示）与保温水箱（未图示）相连通；该系统结构简单，成本较低。

[0025] 并且，在该实施例二中，所述光伏板2贴近所述真空玻璃面板1的内层玻璃表面，其贴近程度为：光伏板2与内层玻璃表面的间距为1mm～3mm，使光伏板2与内层玻璃表面之间形成一层薄水层即可；所述进水管30连接于保温集水腔3的一侧，出水管31连接于保温集水腔3的另一侧，进水管30与出水管31的连线处于光伏板2背离真空玻璃面板1的一侧，且所述保温集热水腔的底平面4上阵列有球形凸起40；该球形凸起40的作用在于，当保温集水腔3中的循环水体从一侧流向另一侧时，每经过一个球形凸起40，就随该球形凸起40的形状被改变一次流动方向，亦即被该球形凸起40扰动一次，从而在保温集水腔3内形成图4所示的曲线箭头所示的水体内部对流，这促使光伏板2上的热量可以快速而均匀地分配到水体中去，提高了换热效率。

[0026] 更进一步地，各所述球形凸起40的尺寸各不相同，这样，可以使保温集水腔3内形成更多的乱流，进一步促进换热效率。

[0027]实施例三：
图5是本光伏发电热水系统的实施例三，其中，该光伏发电热水系统包括真空玻璃面板
1、光伏板2、保温集水腔3；所述保温集水腔3呈前面敞口的扁盒状，所述真空玻璃面板1封盖在所述保温集水腔3的敞口前面上，保温集水腔3的后面为具有保温措施的的底平面4，在本实施例三中，该底平面4亦由真空玻璃平面制成，具有良好的保温效果；所述真空玻璃面板由双层玻璃构成，双层玻璃之间为真空层；所述光伏板2设置在保温集水腔内部，平行于真空玻璃面板1；所述光伏板2与外部的充电器、蓄电池通过导电部件顺序电性连接；所述保温集水腔3内部充满透明导热油；保温集水腔3内部设有一段蜿蜒的换热管5，该换热管5连接至保温水箱，且该换热管5中串接有的循环泵；所述换热管5为以下两种结构之一：其一为闭合回路，内部封装相变介质，该换热管深入保温水箱内部，在保温水箱内部形成弯曲换热路径；其二为开放回路，其两个通水端均与保温水箱内的水体相连通。

[0028] 实施例三的优点在于：一、光伏板2无需再进行防水处理，漏电安全性更好；二、可以方便地通过提速循环泵的速度来提高系统的换热速度，因为导热油相对于光伏板2始终是静止的，因此，大幅提高循环泵的循环速度时，无需考虑保温集水腔3内的液体流动过快而破坏光伏板2的结构紧致性。

[0029]另外，对于上述的三个实施例，所述循环泵优选采用一个无极变速电机；该无极变速电机的输入端连接一个放大电路，该放大电路的信号端耦合至一块微型光伏片；所述微型光伏片与所述光伏板2平行设置；这样，该微型光伏片所产生的实时电流值即可正比例反应出所述光伏板上的单位面积的太阳辐照强度，从而正比例反应出所述光伏板的实时发热功率，从而自动实现对所述无极变速电机的输入电流的实时控制，以使循环泵的循环速度适应于所述保温集水腔内的产热速度，从而尽可能地节约了循环泵的损耗。

[0030] 本发明提供的光伏发电热水系统在使用过程中，被系统的整个采光面所采集的太阳能首先照射到光伏板2上，可以保障光伏板具有最大化的发电状态；而在光伏板最大发电状态下，仅将15%左右的太阳能转换为电能，剩余热量完全传递给与光伏板2直接或间接接触的导热液体，最终将该剩余热量完全用于提升保温水箱内的水温；由此可见，对于上述的系统，在大功率发电的状况下，尚且可以实现太阳能的接近100%的利用率；另外，在仅需要热水，而不需要发电的状况下，只需关闭光伏板与充电器、蓄电池之间的电路；即可使光伏板上的光能无法转换为电能，最终只能以热能形式传递给保温水箱，从而使热水供应效率达到最大化。

[0031] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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