專利名稱：一種具有發(fā)電功能的太陽(yáng)能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效率低成本同時(shí)獲得太陽(yáng)能的熱和電的系統(tǒng)，特別涉及一種可以發(fā)電的太陽(yáng)能熱水器。
背景技術(shù)：
由于石油價(jià)格飛漲、能源短缺，嚴(yán)重制約世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。 各國(guó)更加關(guān)注可再生能源，尤其是太陽(yáng)能的利用。我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，2/3地區(qū)年輻射量大于20MJ/平方米，日照時(shí)數(shù)在2200小時(shí)以上，太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用具有極大的潛力。目前，太陽(yáng)能的利用技術(shù)主要有光熱轉(zhuǎn)換、光伏發(fā)電、光化學(xué)轉(zhuǎn)換等基本方式。光伏電池發(fā)電可以獲得高品位的電能產(chǎn)品，但其主要問(wèn)題是對(duì)太陽(yáng)能總體利用效率較低，成本較高。光熱轉(zhuǎn)換主要特點(diǎn)是效率高、成本低，幾乎可以對(duì)太陽(yáng)能全波段進(jìn)行利用，但與光電轉(zhuǎn)換相比，其最普遍的低溫利用形式不能獲得高品位能源產(chǎn)品。而光伏發(fā)電結(jié)合低溫光熱的集成技術(shù)可以對(duì)太陽(yáng)能全波段能量進(jìn)行一體化利用， 既可以獲得高品位電能，又將大大提高太陽(yáng)能的綜合利用效率。CN 1975282A公開(kāi)了一種太陽(yáng)能聚光熱電聯(lián)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有聚光板，在聚光板的光帶位置上設(shè)置有熱電聯(lián)用裝置，熱電聯(lián)用裝置具有外隔層玻璃，真空層，內(nèi)隔層玻璃， 中空腔以及腔內(nèi)通有氧化硅或氧化鋁納米流體，外隔層玻璃下方設(shè)有太陽(yáng)能電池板...上述技術(shù)采用單獨(dú)的聚光器并在中空腔內(nèi)通有氧化硅或氧化鋁納米流體，成本較高，同時(shí)，該聚光器抗強(qiáng)風(fēng)和抗沙塵污染差，在灰塵遮蓋下太陽(yáng)光的損失大，無(wú)法用于有強(qiáng)風(fēng)和沙塵較多的地區(qū)?，F(xiàn)有熱水器已經(jīng)較好地解決了成本、抗風(fēng)問(wèn)題，對(duì)沙塵污染也比較好清除，但是熱水器只產(chǎn)熱水，沒(méi)法獲得高品位的電能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述技術(shù)方案的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高效率低成本同時(shí)獲得太陽(yáng)能的熱和電的發(fā)電系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，是一種低成本的具有發(fā)電功能的太陽(yáng)能熱水器。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有聚光發(fā)電系統(tǒng)和熱水器進(jìn)行了重大改進(jìn)，首先把現(xiàn)有真空管熱水器的玻璃管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之同時(shí)具有換熱、聚光、控制光譜波長(zhǎng)三大功能，節(jié)省了單獨(dú)的聚光器和控制光譜波長(zhǎng)的鍍膜分光鏡，大大節(jié)約了成本。同時(shí)，在其組合焦點(diǎn)附近設(shè)置光伏電池，把太陽(yáng)光大于IlOOnm波長(zhǎng)的熱光用來(lái)產(chǎn)熱，而經(jīng)過(guò)玻璃管后小于IlOOnm的冷光提供給光伏電池發(fā)電，使得熱水器在生產(chǎn)熱水的同時(shí)生產(chǎn)高品位電能。上述器件陣列裝置于太陽(yáng)跟蹤器控制的框架上，器件始終正對(duì)著太陽(yáng)，利用率比傳統(tǒng)熱水器提高30%以上。由于實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能光熱與光電轉(zhuǎn)換的全光譜綜合利用，使得對(duì)太陽(yáng)能的利用率大于70%。
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為了達(dá)到本發(fā)明的目的，采取如下技術(shù)方案一種具有發(fā)電功能的太陽(yáng)能熱水器，包括太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)跟蹤器，太陽(yáng)能熱水器固定在太陽(yáng)跟蹤器上。太陽(yáng)能熱水器由支架、水箱、透明長(zhǎng)管外管、透明長(zhǎng)管內(nèi)管、超導(dǎo)熱管、光伏電池支架、光伏電池組成，其中透明長(zhǎng)管外管和內(nèi)管可均為透明單層玻璃管、也可是透明玻璃與金屬混合管、透明玻璃與塑料混合管的組合，透明長(zhǎng)管內(nèi)管灌注有普通水、 軟化水、純凈水或水和二元醇的混合液體中的一種，并裝有超導(dǎo)熱管，內(nèi)管外安裝有光伏電池支架，光伏電池安裝在光伏電池支架上。本專利把真空管熱水器的透明長(zhǎng)管的截面設(shè)計(jì)成特殊球面或者非球面透鏡，使之在灌注液體之后具有匯聚太陽(yáng)光的功能以取代單獨(dú)設(shè)置的聚光器，將太陽(yáng)光以數(shù)倍至數(shù)十倍匯聚在光伏電池上，節(jié)約數(shù)倍至數(shù)十倍的太陽(yáng)電池的使用量，并大量節(jié)省了單獨(dú)聚光器的采購(gòu)和維護(hù)成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能熱水器的發(fā)電功能；與此同時(shí)，由于真空管內(nèi)管灌注了可以吸收1100-4000nm紅外線的液體，使得陽(yáng)光中大部分紅外熱光無(wú)法照到光伏電池上，解決了因?yàn)榫酃馐构夥姵匕l(fā)熱損壞或降低效率的技術(shù)瓶頸，由于將太陽(yáng)光全波段利用，其電和熱的總效率大于目前其他熱電聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，并降低了成本。


下面根據(jù)附圖及實(shí)施例對(duì)該專利作進(jìn)一步說(shuō)明圖1為本專利整體結(jié)構(gòu)側(cè)視中1、透明長(zhǎng)管外管；2、透明長(zhǎng)管內(nèi)管；3、超導(dǎo)熱管；4、光伏電池；5、真空隔熱腔；6、內(nèi)管液體；7、超導(dǎo)液體；8、支架；9，底板；10、太陽(yáng)跟蹤器；11、水箱；12、光伏電池冷卻水；13、光伏電池支架；。圖2-1為透明長(zhǎng)管內(nèi)管設(shè)計(jì)成橢圓形雙凸透鏡的截面圖；圖2-2為透明長(zhǎng)管內(nèi)管設(shè)計(jì)成厚度均勻的凸凹透鏡的截面圖；圖2-3為在透明長(zhǎng)管外管對(duì)稱安裝反射鏡時(shí)的截面圖。圖中1、透明長(zhǎng)管外管；2、透明長(zhǎng)管內(nèi)管；3、超導(dǎo)熱管；4、光伏電池；5、真空隔熱腔；6、內(nèi)管液體；12、光伏電池冷卻水；13、光伏電池支架；14、反射鏡圖3為本專利透明長(zhǎng)管平行排列的截面圖；圖4為本專利透明長(zhǎng)管與圖3成45°夾角排列的截面圖；圖5為本專利透明長(zhǎng)管成倒V字排列的截面圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1所示，一種具有發(fā)電功能的太陽(yáng)能熱水器，包括太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)跟蹤器10，太陽(yáng)能熱水器固定在底板9上，太陽(yáng)能熱水器由支架8、水箱11、透明長(zhǎng)管外管1、透明長(zhǎng)管內(nèi)管2、超導(dǎo)熱管3、光伏電池支架13、光伏電池4組成，其中透明長(zhǎng)管外管和內(nèi)管可均為透明單層玻璃管、也可是透明玻璃與金屬的混合管、透明玻璃與塑料的混合管，透明長(zhǎng)管內(nèi)管2內(nèi)套裝超導(dǎo)熱管3，透明長(zhǎng)管內(nèi)管2的外壁外安裝有光伏電池支架13，光伏電池4 安裝在光伏電池支架13上，底板9安裝有太陽(yáng)跟蹤器10。本例中，透明長(zhǎng)管的排列方式如圖3。
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透明長(zhǎng)管內(nèi)管和外管的截面可以設(shè)計(jì)成球面透鏡形狀，也可以設(shè)計(jì)成拋物面、雙曲面等非球面透鏡的形狀；透明長(zhǎng)管內(nèi)管灌裝有對(duì)400-760nm的可見(jiàn)光透射比大于80% (每厘米)、對(duì) 1100-4000nm的紅外光平均吸收比大于90% (每厘米)的液體6 ；該液體6如果不循環(huán)使用，可以是軟化水，純凈水，水和二元醇的混合液，在循環(huán)使用時(shí)，可以使用普通自來(lái)水，并可以省去超導(dǎo)熱管；太陽(yáng)光通過(guò)液體的光程以50-80毫米效果最好；太陽(yáng)跟蹤器10帶動(dòng)多支透明長(zhǎng)管和對(duì)應(yīng)的多排光伏電池；太陽(yáng)跟蹤器可以采用二維自動(dòng)跟蹤，也可以采用一維半自動(dòng)跟蹤；透明長(zhǎng)管外管1在陽(yáng)光的入射、出射面上可以做成至少有一個(gè)面的截面是正透鏡的形狀，其焦距與內(nèi)管的玻璃加液體的組合焦距共同作用時(shí)，對(duì)陽(yáng)光的焦距更短，結(jié)構(gòu)更緊湊。其內(nèi)管的截面是圓形、橢圓形、凸凹、平凸、雙凸、梯形、錐形、矩形等形狀或其組合的一種。該截面設(shè)計(jì)成拋物面、雙曲面等非球面的效果優(yōu)于球面；為了增加聚光倍數(shù)和減少重量，可以在透明外管的陽(yáng)光入射方向，對(duì)稱裝置兩條反射鏡，反射鏡的法線與入射陽(yáng)光的夾角為65-75度；光伏電池4是晶體硅電池或硅基薄膜電池、CdTe薄膜電池、CIS薄膜電池、CIGS薄膜電池中的一種，其形狀是剛性平面長(zhǎng)條形或者柔性曲面長(zhǎng)條形。將其裝置于雙層真空玻璃管內(nèi)管與外管之間的透明長(zhǎng)管內(nèi)管2下方，電池上表面到內(nèi)管中心線的距離為內(nèi)管的組合焦距的0. 5-1. 5倍；雙層真空玻璃管的內(nèi)外管的外表面鍍有1-7層光學(xué)減反射增透膜。實(shí)施例2將透明長(zhǎng)管內(nèi)管截面設(shè)計(jì)成橢圓形雙凸透鏡，焦距較短，結(jié)構(gòu)較緊湊。本例中橢圓的長(zhǎng)軸為133，短軸為90。見(jiàn)圖2-1。實(shí)施例3將透明長(zhǎng)管內(nèi)管截面設(shè)計(jì)成厚度比較均勻的凸凹透鏡，入射光更加均勻，利于提高電池發(fā)電效率。本例中凸凹面的4個(gè)半徑分別為100、105、200、205，內(nèi)管寬度為133，見(jiàn)圖 2-2。實(shí)施例4在透明長(zhǎng)管外管表面加裝反射鏡，便于收集更多的太陽(yáng)光以提高發(fā)電效率，同時(shí)可以減少玻璃管和太陽(yáng)電池的使用量，減輕整體重量，并增加熱水溫度，見(jiàn)圖2-3。實(shí)施例5把整排透明長(zhǎng)管裝置在鋁合金框中，左側(cè)不動(dòng)，右側(cè)抬起。使其整體和圖3所述排列面成45°夾角，參見(jiàn)圖4.每根長(zhǎng)管之間有一定距離，使太陽(yáng)光從出山到正午，可以不受遮擋全部照到透明長(zhǎng)管上，只有午后一小短時(shí)間有遮擋。也可以采用以鋁合金框的中心為軸，人工或者用電機(jī)在午后花費(fèi)幾秒鐘把鋁合金框轉(zhuǎn)動(dòng)90°，則太陽(yáng)光從正午到落山，也可以不受遮擋全部照到管上，省去了占總成本 40%左右的，用以帶動(dòng)整體鋁合金框跟蹤陽(yáng)光的大型太陽(yáng)跟蹤器。在本例中，只需在每根管的中部或一端裝置一個(gè)機(jī)械鐘表結(jié)構(gòu)的微型跟蹤器帶動(dòng)光伏電池支架緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，保證通過(guò)透明長(zhǎng)管聚焦后的光帶始終落在光伏電池上就行。由于光伏電池支架很輕，微型跟蹤器消耗的能源就很少，造價(jià)也很低。實(shí)施例6把透明長(zhǎng)管裝置在倒V型鋁合金框中，每根長(zhǎng)管之間有一定距離，使太陽(yáng)光從出山到正午，可以不受遮擋全部照到左側(cè)的透明長(zhǎng)管上。從正午到太陽(yáng)落山，也可以不受遮擋全部照到右側(cè)的透明長(zhǎng)管上，本結(jié)構(gòu)同樣可以省去占總成本40%左右的，用以帶動(dòng)整體鋁合金框跟蹤陽(yáng)光的大型太陽(yáng)跟蹤器。在本例中，也需在每根管的中部或一端裝置一個(gè)機(jī)械鐘表結(jié)構(gòu)的微型跟蹤器帶動(dòng)光伏電池支架緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，保證通過(guò)透明長(zhǎng)管聚焦后的光帶始終落在光伏電池上就行。由于光伏電池支架很輕，微型跟蹤器消耗的能源就很少，造價(jià)也很低。將本發(fā)明批量裝置于太陽(yáng)房?jī)?nèi)建成太陽(yáng)能聚光發(fā)電廠和供熱廠，可以采用一臺(tái)太陽(yáng)跟蹤器帶動(dòng)幾臺(tái)或幾十臺(tái)熱水器，并可以省去透明長(zhǎng)管外管而只保留內(nèi)管，使得成本進(jìn)一步降低并減少入射太陽(yáng)光的反射損失。本發(fā)明的有益效果在于1、本發(fā)明在傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水器透明管的下方設(shè)置光伏電池，使得熱水器在生產(chǎn)熱水的同時(shí)生產(chǎn)高品位電能。2、本發(fā)明把太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)大于IlOOnm的熱光用來(lái)產(chǎn)熱，波長(zhǎng)小于IlOOnm的冷光提供給光伏電池發(fā)電，使得對(duì)300-4000nm的太陽(yáng)能得到全波段最大限度的利用。3、本發(fā)明把傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水器透明管的截面形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使陽(yáng)光通過(guò)之后均勻地匯聚成線狀光帶，節(jié)約太陽(yáng)光伏電池80%以上，同時(shí)省去常規(guī)太陽(yáng)能聚光發(fā)電包括熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)必需的聚光器和控制光譜波長(zhǎng)的多層鍍膜分光鏡，大大降低了成本。4、本發(fā)明利用透明管中的液體吸收太陽(yáng)光譜中大于IlOOnm波長(zhǎng)的熱光，不但可以用來(lái)生產(chǎn)熱水，而且這部分紅外熱光到達(dá)不了太陽(yáng)光伏電池表面，不會(huì)造成太陽(yáng)光伏電池溫升，解決了太陽(yáng)光伏電池因?yàn)闇厣D(zhuǎn)換效率下降的難題，一舉兩得。5、本發(fā)明在熱水器上裝置了太陽(yáng)跟蹤器控，陽(yáng)光利用率提高30%。6、本發(fā)明用硬質(zhì)透明管代替常規(guī)的鍍銀、鍍鋁聚光器，壽命更長(zhǎng)，也不會(huì)因?yàn)榛疑痴谏w使得產(chǎn)熱產(chǎn)電效率急劇下降。7、本發(fā)明的熱水器透明管同時(shí)具有聚光器、光熱轉(zhuǎn)換器、太陽(yáng)光伏電池冷卻器三大功能，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，成本更低廉。8、本發(fā)明是對(duì)傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水器和熱電聯(lián)產(chǎn)聚光發(fā)電系統(tǒng)的革命性改進(jìn)，將使太陽(yáng)能的高效率低成本利用走進(jìn)千家萬(wàn)戶，緩解能源短缺，改善人類環(huán)境。本技術(shù)領(lǐng)域中的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)熟悉到，以上所述實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的目的，而并非用作對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對(duì)上述實(shí)施例所做的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有發(fā)電功能的太陽(yáng)能熱水器，包括太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)跟蹤器，太陽(yáng)能熱水器固定在太陽(yáng)跟蹤器上；太陽(yáng)能熱水器由支架、水箱、透明長(zhǎng)管外管、透明長(zhǎng)管內(nèi)管、超導(dǎo)熱管、光伏電池支架、光伏電池組成，內(nèi)管外安裝有光伏電池支架，光伏電池安裝在光伏電池支架上，其特征在于透明長(zhǎng)管優(yōu)化設(shè)計(jì)成同時(shí)具有匯聚陽(yáng)光、分光濾熱、光熱轉(zhuǎn)換功能，在透明長(zhǎng)管內(nèi)管外的聚光光帶位置上安裝有光伏電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有發(fā)電功能的太陽(yáng)能熱水器，其特征在于，在透明長(zhǎng)管兩側(cè)的陽(yáng)光入射方向上設(shè)置有兩條反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種具有發(fā)電功能的太陽(yáng)能熱水器，其特征在于，所述的在透明長(zhǎng)管兩側(cè)的陽(yáng)光入射方向上設(shè)置的兩條反射鏡的材料是鏡面金屬板，鋁箔，鍍有鋁、 銀并加保護(hù)層的玻璃板，鍍有鋁、銀并加保護(hù)層的高分子材料中的一種。
全文摘要
一種具有發(fā)電功能的太陽(yáng)能熱水器，包括太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)跟蹤器，太陽(yáng)能熱水器固定在太陽(yáng)跟蹤器上。太陽(yáng)能熱水器由支架、水箱、透明長(zhǎng)管外管、透明長(zhǎng)管內(nèi)管、超導(dǎo)熱管、光伏電池支架、光伏電池組成，其中透明長(zhǎng)管外管和內(nèi)管可均為透明單層玻璃管、也可是透明玻璃與金屬混合管、透明玻璃與塑料混合管的組合，透明長(zhǎng)管內(nèi)管灌注有普通水、軟化水、純凈水或水和二元醇的混合液體中的一種，并裝有超導(dǎo)熱管，內(nèi)管外安裝有光伏電池支架，光伏電池安裝在光伏電池支架上。本發(fā)明利用透明長(zhǎng)管作為天然聚光器，大量節(jié)省了單獨(dú)聚光器的采購(gòu)成本，實(shí)現(xiàn)了熱水器的發(fā)電功能，在透明長(zhǎng)管內(nèi)灌注吸收紅外熱光的液體，使紅外熱光無(wú)法照到光伏電池上，解決了因?yàn)榫酃馐构夥姵匕l(fā)熱而降低效率的問(wèn)題，單位面積發(fā)電效率提高，成本降低。
文檔編號(hào)F24J2/46GK102401481SQ20101028443
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者黃加玉 申請(qǐng)人:北京金吉奧夢(mèng)科技有限公司