專利名稱：光機電一體化戶用太陽能熱水器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽能利用裝置領域，涉及光機電一體化戶用太陽能熱水器。
背景技術：
太陽能熱水器由于清潔無污染，又幾乎不消耗常規(guī)能源， 一次性投資長期應用，經 濟實用，安全方便，早已被廣泛應用，并且在進一步發(fā)展；普通整體式太陽能熱水器的 結構主要由太陽能集熱器和儲水箱兩部分組成，而太陽能集熱器是由全玻璃真空集熱管 組排而成，其不足之處在于，玻璃管內走水易結水垢，集熱效率低，玻璃管易破裂而造 成真空失效或跑水，嚴寒的環(huán)境中使用易凍堵、凍裂，另外，系統(tǒng)承壓能力有限，儲水 箱必須放在高于太陽能集熱器的高位，水靠位差自循環(huán)加熱及供使用，位差不足時，水 流無力，應用不便，同時，太陽能集熱器與儲水箱為緊湊連接的一個整體式，通常只能 安裝在建筑屋頂，這對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)較適用，對都市中六層以上建筑必須分體安裝靠輸水 管連通太陽能集熱器與儲水箱，但會帶來很多難以解決的問題；常規(guī)的戶用分體式太陽 能熱水器為太陽能集熱器與儲水箱分離，太陽能集熱器的集熱元件采用金屬熱管，或U 型金屬流道真空管式，配有導熱工質，而儲水箱采用內裝換熱器的承壓式水箱，導熱工 質通過換熱器將熱量傳給儲水箱內的水，它具有普通整體式太陽能熱水器不可比的優(yōu)越 之處，不足之處在于，導熱工質是依靠位差實現自然循環(huán)，因此儲水箱安裝位置必須高 于太陽能集熱器，并且儲水箱與太陽能集熱器之距離越近越好，否則導熱工質熱損失大， 而且循環(huán)流動阻力大，難以正常運行，而對導熱工質進行強制循環(huán)，雖然能克服自然循 環(huán)存在的不足，但涉及以市電驅動循環(huán)泵等一系列問題，不僅會加大運行成本，而且還 要消耗常規(guī)能源，同時還影響安全性，因此這種分體式戶用太陽能熱水器適用性差，至 今應用有限。鑒于上述現狀，雖然太陽能熱水器早已普通應用，但對于都市中的廣大居 民而言，卻可望而不可及。

發(fā)明內容
解決的技術問題
基于太陽能熱水器的基本原理和結構，采用太陽能光伏電源(以下簡稱光伏電源)、 光伏泵與太陽能集熱器(以下簡稱集熱器)三位一體式，對戶用分體式太陽能熱水器中 的導熱工質進行強制循環(huán)；適用性強，尤其適用于都市中的多層、高層住宅性建筑，系 統(tǒng)能源全部采用太陽能，能效比最大化，有效克服了現有技術中存在的不足，便于安裝、 應用，運行可靠，使用壽命長。不僅清潔無污染，節(jié)約能源、資源，而且能滿足廣大居 民的需求。
采用的技術方案-光機電一體化戶用太陽能熱水器，具有戶用分體式太陽能熱水器的基本結構組成， 集熱器、內裝換熱裝置的儲水箱以及導熱工質及其循環(huán)系統(tǒng)，集熱器的集熱元件為金屬 熱管，或U型金屬流道真空管，其特征在于還具有用于導熱工質強制循環(huán)的光伏電源 及以光伏電源驅動的光伏泵，以及配套電路；光伏電源、光伏泵與集熱器三位一體式裝 在機架上。
有益效果
對導熱工質進行強制循環(huán)，傳熱速度及傳熱效率大為提高，儲熱水箱內的水升溫快， 水溫高，從而突破了常規(guī)戶用分體式太陽能熱水器應用安裝中儲水箱與集熱器間的高低 位置及相互距離的定式阻制，儲水箱的位置可高于或低于集熱器的位置，可靠近或遠離 集熱器，適用性強，尤其適用于都市中的多層、高層住宅性建筑，導熱工質循環(huán)系統(tǒng)中 所需的保溫管路可以方便的預埋或配裝，從而能滿足廣大居民的需求；三位一體的結構， 保證了采光面和采光角度的一致性和穩(wěn)定性，光熱、光電轉換同時同步運行，導熱工質 的強制循環(huán)自動智能控制，結構簡單、安全可靠，經濟實用，光機電一體化，光電轉換 的同時還能補充集熱量，使系統(tǒng)能效比最高；克服了現有技術中普通整體式太陽能熱水 器及常規(guī)的戶用分體式太陽能熱水器的不足，改善、充實、確保并擴展了二者的優(yōu)越之 處，節(jié)約能源、資源，無任何污染，同時為利用太陽能光機電結合服務于社會提供了一 個新的思路；本發(fā)明所述的太陽能熱水器，便于標準化設計，批量生產，并易于與相應 的建筑設計配套施工、安裝。


圖l、集熱元件為金屬熱管2時總體結構示意圖2、集熱元件為U型金屬流道真空管13時總體結構示意圖3、光伏電源16中的光電板17的背面裝配示意圖4、光伏電源16中的電路結構圖5、金屬熱管2的裝配結構示意圖，(a)翅片式，(b)翅片兼圓筒式；
具體實施例方式
結合附圖進一步詳加說明；
如圖1所示，光伏電源16、光伏泵7與集熱器三位一體式裝在機架上，集熱元件為 金屬熱管2時總體結構為，集熱器由全玻璃真空管1和裝在其內的金屬熱管2組排而成， 各金屬熱管2的冷端插入聯(lián)集箱3中，聯(lián)集箱3內裝有導熱工質4，儲水箱5內裝有換 熱裝置6并有水的進、出口系統(tǒng)，光伏泵7以潛水泵的方式裝在聯(lián)集箱3內；導熱工質 4的循環(huán)系統(tǒng)為，光伏泵7自其進液口吸入導熱工質4，其出口通過上循環(huán)管8接換熱 裝置6的上位進口 9，換熱裝置6的下位出口 10通過下循環(huán)管11接聯(lián)集箱3的介質進 口 12;光伏電源16產生的直流電源，直接接光伏泵7的電機。
如圖2所示，光伏電源16、光伏泵7與集熱器三位一體式裝在機架上，集熱元件為 U型金屬流道真空管13時總體結構為，集熱器由全玻璃真空管1和裝在其內的U型金
5屬流道真空管13組排而成，各金屬流道真空管13的一端接冷聯(lián)集管14，另一端接熱聯(lián) 集管15， U型金屬流道真空管13及聯(lián)集管內裝有導熱工質4，儲水箱5內裝有換熱裝 置6并有水的進、出口系統(tǒng)；導熱工質4的循環(huán)系統(tǒng)為，光伏泵7的進液口通過下循環(huán) 管11與換熱裝置6的下位出口 10連接、光伏泵7的出液口接冷聯(lián)集管14的冷進口 ， 熱聯(lián)集管15的熱出口通過上循環(huán)管8接換熱裝置6的上位進口 9;光伏電源16產生的 直流電源，直接接光伏泵7的電機。
如圖l、 2、 3所示，光伏電源16由光電板17、配套電器元件及電路組成，光電板 17的背面還裝有輔助換熱器18和內裝相應電路連同電器元件的電氣安裝盒19，輔助換 熱器18串聯(lián)式接在下循環(huán)管11中；光電轉換時，光電板17會產生熱量，溫度升高則 會影響光電轉換的效率，輔助換熱器18用于吸熱降溫的同時，還能為集熱器補充集熱
如圖4所示，配套電路結構為，光電板17的正極先后串聯(lián)阻塞二極管D、溫差繼 電器WZJ之后接最大功率跟蹤適配器MPPT，光電板17的負極接最大功率跟蹤適配器 MPPT的同時，與阻塞二極管D和溫差繼電器WZJ的接點之間串聯(lián)蓄電池或儲能電容 C，最大功率跟蹤適配器MPPT之后接光伏泵7;溫差繼電器WZJ控制光伏水泵7僅在 上循環(huán)管8內的導熱工質的溫度高于下循環(huán)管11內的導熱工質的溫度3 5。C時運fi^; MPPT能保證光電板17與光伏泵7的負載間的協(xié)調、高效、穩(wěn)定的工作狀態(tài)，克服光照 強度、溫度自然條件的改變對電氣匹配的不利影響。
導熱工質循環(huán)系統(tǒng)內必須裝滿低冰點的導熱工質，如防凍液等，以便四季穩(wěn)妥運行。 如圖5所示，金屬熱管2的裝配結構為，在金屬熱管2上裝有與全玻璃真空管1的 內壁配套的金屬導熱體20，其結構為如(a)所示的翅片式，或如(b)所示的翅片兼圓 筒式；金屬導熱體20有利于提高金屬熱管2的工效，有利于集熱。
權利要求
1、光機電一體化戶用太陽能熱水器，具有戶用分體式太陽能熱水器的基本結構組成，集熱器、內裝換熱裝置的儲水箱以及導熱工質及其循環(huán)系統(tǒng)，集熱器的集熱元件為金屬熱管，或U型金屬流道真空管，其特征在于還具有用于導熱工質強制循環(huán)的光伏電源及以光伏電源驅動的光伏泵，以及配套電路；光伏電源、光伏泵與集熱器三位一體式裝在機架上。
2、 根據權利要求1所述的光機電一體化戶用太陽能熱水器，其特征在于光伏電源(16)、光伏泵(7)與集熱器三位一體式裝在機架上，集熱元件為金屬熱管(2)時總體結構為，集熱器由全玻璃真空管(1)和裝在其內的金屬熱管(2)組排而成，各金屬熱管(2)的冷端插入聯(lián)集箱(3)中，聯(lián)集箱(3)內裝有導熱工質(4)，儲水箱(5)內裝有換熱裝置(6)并有水的進、出口系統(tǒng)，光伏泵(7)以潛水泵的方式裝在聯(lián)集箱(3)內；導熱工質(4)的循環(huán)系統(tǒng)為，光伏泵(7)自其進液口吸入導熱工質(4)，其出口通過上循環(huán)管(8)接換熱裝置(6)的上位進口 (9)，換熱裝置(6)的下位出口 (10)通過下循環(huán)管(11)接聯(lián)集箱(3)的介質進口 (12);光伏電源(16)產生的直流電源，直接接光伏泵(7)的電機。
3、 根據權利要求1所述的光機電一體化戶用太陽能熱水器，其特征在于光伏電源(16)、光伏泵(7)與集熱器三位一體式裝在機架上，集熱元件為U型金屬流道真空管(13)時總體結構為，集熱器由全玻璃真空管(1)和裝在其內的U型金屬流道真空管(13)組排而成，各金屬流道真空管(13)的一端接冷聯(lián)集管(14)，另一端接熱聯(lián)集管(15)， U型金屬流道真空管(13)及聯(lián)集管內裝有導熱工質(4)，儲水箱(5)內裝有換熱裝置(6)并有水的進、出口系統(tǒng)；導熱工質(4)的循環(huán)系統(tǒng)為，光伏泵(7)的進液口通過下循環(huán)管(11)與換熱裝置(6)的下位出口 (10)連接、光伏泵(7)的出液口接冷聯(lián)集管(14)的冷進口，熱聯(lián)集管(15)的熱出口通過上循環(huán)管(8)接換熱裝置(6)的上位進口 (9);光伏電源(16)產生的直流電源，直接接光伏泵(7)的電機。
4、 根據權利要求l、 2或3所述的光機電一體化戶用太陽能熱水器，其特征在于光伏電源(16)由光電板(17)、配套電器元件及電路組成，光電板(17)的背面還裝有輔助換熱器(18)和內裝相應電路連同電器元件的電氣安裝盒(19)，輔助換熱器(18)串聯(lián)式接在下循環(huán)管(11)中。
5、 根據權利要求l、 2或3所述的光機電一體化戶用太陽能熱水器，其特征在于配套電路結構為，光電板(17)的正極先后串聯(lián)阻塞二極管D、溫差繼電器WZJ之后接最大功率跟蹤適配器MPPT，光電板(17)的負極接最大功率跟蹤適配器MPPT的同時，與阻塞二極管D和溫差繼電器WZJ的接點之間串聯(lián)蓄電池或儲能電容C，最大功率跟蹤適配器MPPT之后接光伏泵(7)。
6、 根據權利要求4所述的光機電一體化戶用太陽能熱水器，其特征在于配套電路結構為，光電板(17)的正極先后串聯(lián)阻塞二極管D、溫差繼電器WZJ之后接最大功率跟蹤適配器MPPT，光電板(17)的負極接最大功率跟蹤適配器MPPT的同時，與阻塞二極管D和溫差繼電器WZJ的接點之間串聯(lián)蓄電池或儲能電容C，最大功率跟蹤適配器MPPT之后接光伏泵(7)。
7、 根據權利要求l、 2或3所述的光機電一體化戶用太陽能熱水器，其特征在于-金屬熱管(2)的裝配結構為，在金屬熱管(2)上裝有與全玻璃真空管(1)的內壁配套的金屬導熱體(20)，其結構為翅片式，或為翅片兼圓筒式。
8、 根據權利要求4所述的光機電一體化戶用太陽能熱水器，其特征在于金屬熱管(2)的裝配結構為，在金屬熱管(2)上裝有與全玻璃真空管(1)的內壁配套的金屬導熱體(20)，其結構為翅片式，或為翅片兼圓筒式。
9、 根據權利要求5所述的光機電一體化戶用太陽能熱水器，其特征在于金屬熱管(2)的裝配結構為，在金屬熱管(2)上裝有與全玻璃真空管(1)的內壁配套的金屬導熱體(20)，其結構為翅片式，或為翅片兼圓筒式。
10、 根據權利要求6所述的光機電一體化戶用太陽能熱水器，其特征在于金屬熱管(2)的裝配結構為，在金屬熱管(2)上裝有與全玻璃真空管(1)的內壁配套的金屬導熱體(20)，其結構為翅片式，或為翅片兼圓筒式。
全文摘要
光機電一體化戶用太陽能熱水器屬于太陽能利用裝置領域，解決戶用分體式太陽能熱水器的適用性問題；具有全系統(tǒng)承壓戶用分體式太陽能熱水器的基本結構組成，集熱器、內裝換熱裝置(6)的儲水箱(5)以及導熱工質及其循環(huán)系統(tǒng)，還具有用于導熱工質強制循環(huán)，并與集熱器呈三位一體的光伏電源(16)及以光伏電源(16)驅動的光伏泵(7)，并有配套電路；有益之處，克服了普通太陽能熱水器及常規(guī)戶用分體式太陽能熱水器的不足，改善、充實、確保并擴展了二者的優(yōu)越之處；三位一體的結構，使光熱、光電轉換同時同步運行，光電轉換的同時還能補充集熱量；強制循環(huán)自動智能控制，安全可靠，經濟實用，適用性強；便于標準化設計，批量生產，并與相應的建筑設計配套施工、安裝，尤其適用于都市中的多層、高層住宅性建筑，能滿足廣大居民的需求。
文檔編號F24J2/30GK101639293SQ20091009101
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月18日 優(yōu)先權日2009年8月18日
發(fā)明者程翠英, 羅贊繼, 蘇建華 申請人:北京天普太陽能工業(yè)有限公司