專利名稱：基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種節能技術領域的建筑構件，特別是一種基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺。
背景技術：
能源問題是人類發展面臨的一個重大問題，建筑、能源和環境的協調發展已成為趨勢。我國已成為世界上太陽能熱水器產量最多的國家。太陽能熱水器推廣應用范圍正在不斷擴大，正從中、小城市、小城鎮向大中城市的市場擴展，從分散、獨立使用方式向分散、獨立與集中并舉的方式發展。住宅建筑是安裝使用太陽能熱水器的主要場所，因此，應重點研究太陽能熱水器與住宅一體化技術。由于沒有統一的安裝規范，目前在安裝方式上大多處于事后安裝，無序安裝的狀態。太陽能熱水器與建筑業結合的問題，多數小區在規劃時沒有進行太陽能熱利用與建筑一體化的設計，導致太陽能熱利用系統的布局混亂，與建筑不協調，甚至造成視覺污染。因此，注重太陽能建筑一體化是促進我國太陽能產業以及建筑業協調發展的必由之路。
目前，太陽能熱水系統與建筑一體化常見的做法是將太陽能集熱器與南向坡屋面一體化安裝，蓄熱水箱隱蔽在屋面下的閣樓空間或放在其它房間。對于城市中普遍存在的多層尤其高層住宅來說，有限的屋面面積難以滿足用戶的熱水需求，從而阻礙了太陽能熱水系統的推廣應用。因此，開發研究新的太陽能建筑一體化方案已成為上海以及其它大型城市推廣利用太陽能的必然趨勢。
經對現有技術的文獻檢索發現，中國實用新型專利名稱為真空管太陽能陽臺浴室，申請號為02154442，該專利公開了一種基于太陽能熱利用技術的陽臺浴室。包括水箱、集熱器、墻壁、門窗和地板等。通過控制布簾、透光窗的開合，實現了浴室功能、陽光溫室功能、相鄰房間通風、采光功能。該專利主要針對于浴室中的太陽能熱利用，沒有涉及廚房等住宅空間，另外也沒有包括太陽能光伏技術。
發明內容
本實用新型目的是針對現有太陽能建筑一體化陽臺的不足，提出一種基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，使其解決上述的不足，集太陽能熱水供應、太陽能光伏發電功能為一體。相對于常規太陽能熱水供給系統，本實用新型具有太陽能利用率高、易于實現建筑一體化、地域適應性廣等突出特點，符合當前太陽能利用系統與建筑一體化的發展趨勢，尤其對城市多層以及高層住宅中太陽能建筑一體化技術的推廣應用提供指導和借鑒。
本實用新型是通過以下技術方案實現的，本實用新型包括太陽能陽臺封閉系統、太陽能熱水管道系統、換熱盤管、循環水泵、直流電池、直流電池充電控制器、電路、蓄熱水箱以及電加熱盤管。連接方式為太陽能陽臺封閉系統、換熱盤管、蓄熱水箱以及循環水泵通過太陽能熱水管道系統連接，形成太陽能集熱系統。太陽能陽臺封閉系統、直流電池、直流電池充電控制器以及循環水泵通過電路連接，形成太陽能光伏系統。
太陽能陽臺封閉系統包括真空管、熱管、保溫材料、集熱板換熱器、太陽能光伏電池板、板翅式換熱器、聚碳酸酯玻璃、低輻射保溫玻璃及內金屬板。這些部件通過一鋁合金框架構筑為一體，且形成上隔斷和下隔斷兩部分。
聚碳酸酯玻璃為下隔斷前表面，低輻射保溫玻璃為下隔斷后表面，這樣形成一封閉腔體。由于聚碳酸酯玻璃具有極高的太陽輻射穿透率(95％-99％)，絕大部分比例的太陽入射輻射將會穿過該玻璃進入腔體。由于低輻射保溫玻璃具有極低的太陽輻射穿透率(5％)及良好的保溫性能(傳熱系數僅為1.8W/m2·K)，絕大部分比例的太陽入射輻射將會在觸及該玻璃后返回腔體。這樣形成一高熱流密度腔體。熱管蒸發端封閉于雙錋硅玻璃真空管內，并插入該腔體吸收聚集于此的太陽熱，并將所吸收的熱量以管內蒸汽的形式傳至冷凝端。由于真空管之間有50-80mm之間的間隔，太陽可見光線依然能穿過腔體進入陽臺平臺，不會造成光阻隔現象。
太陽能光伏電池板為上隔斷前表面。其背側緊貼一板翅式換熱器，用以冷卻光伏電池從而提高其光伏轉換效率。蓄熱水箱中的水首先進入板翅式換熱器，冷卻太陽能光伏電池后，進入集熱板換熱器，在此吸收熱管冷凝端凝結放熱，而后流回到蓄熱水箱。集熱板換熱器及熱管冷凝端位于上隔斷中部，且為緊配合接觸以實現良好的熱傳遞。一金屬薄板構成上隔斷后表面。在板翅式換熱器、集熱板換熱器及后金屬薄板之間填充有玻璃棉保溫材料，以最大程度地減少熱損失。
蓄熱水箱、板翅式換熱器、集熱板換熱器以及循環水泵通過管道連接。循環水泵采用直流式離心泵，為太陽能集熱系統提供循環動力。太陽能光伏系統通過直流電池驅動循環水泵。
太陽能陽臺主要目的是實現太陽能與建筑一體化，為建筑衛生間以及廚房提供生活熱水。太陽能熱水通過換熱盤管將蓄熱水箱中的水加熱，太陽能不足或陰雨天時開啟電加熱盤管，生活熱水依靠自來水壓力送至各用水點。采用二次換熱方式提供生活熱水，以保證水質清潔。
本實用新型首先通過熱管式太陽能集熱器以及太陽能光伏電池收集太陽輻射能量。其中太陽能光伏電池通過光電轉換產生直流電，并蓄存于直流電池，成為驅動循環水泵的動力。熱管式太陽能集熱器通過光熱轉換收集太陽輻射熱，并蓄存于蓄熱水箱，提供廚房、衛生間等的生活熱水。
本實用新型集太陽能光熱以及光伏利用于一體，使太陽能集熱系統擺脫了對城市電網的依賴，構成了完全由太陽能驅動的可再生能源利用系統，具有環保節能、太陽能利用率高、符合太陽能建筑一體化趨勢等特點。據計算，在太陽能資源較好的地區，對于一組2.7m2的太陽能集熱器(高1.55m，寬1.75m)與0.35m2的太陽能光伏電池(高0.2m，寬1.75m)組合而成的太陽能陽臺封閉系統，采用500升的蓄熱水箱，日均加熱量達到3-5kWh，而蓄熱水箱溫度可達到40℃。該太陽能陽臺全年太陽能保證率可達到80％以上。
本實用新型采用熱管式太陽能集熱器與太陽能光伏電池合理組合，使得太陽能集熱器以及太陽能光伏電池不僅成為太陽能集熱系統的熱源以及動力，而且成為建筑陽臺封閉的一部分，實現了太陽能與建筑陽臺的一體化。采用太陽能光伏系統直接驅動太陽能集熱系統，減少了太陽能光伏系統的逆變控制器以及并網等技術環節，提供了一種新穎的太陽能建筑一體化設計思路，這種裝置尤其適用于城市多層以及高層住宅，形成分布式太陽能熱水系統。而通過太陽能集熱器與太陽能光伏電池的面積優化匹配，使得太陽能集熱系統與太陽能光伏系統保持一定的同步性，整個熱水系統處于高效穩定的運行工況。
本實用新型采用低輻射保溫玻璃作為陽臺封閉內表面，采用聚碳酸酯玻璃作為陽臺封閉外表面，形成一高熱流密度腔體以提高系統熱效率。真空熱管在腔體內間隔布置避免了因安裝該系統而造成的光阻隔現象。
本實用新型采用閉式蓄熱水箱，通過自來水壓力直接向用戶供熱水，不需要額外設置給水增壓泵，可以實現穩定的熱水供應。
本實用新型采用蓄熱水箱內置換熱盤管，通過二次換熱加熱生活熱水，可以保證生活熱水的水質。
本實用新型采用蓄熱水箱內置電加熱盤管，作為太陽能的輔助熱源，保證了生活熱水的全天候供應。
本實用新型采用光熱以及光伏綜合利用技術，構造出太陽能建筑一體化陽臺，在熱水系統以及建筑陽臺構件的規模化生產以及工廠化制作方面具有突出的優點，在建筑業高速發展的我國，具有廣闊的市場前景。可廣泛應用于別墅、多層以及高層住宅，推廣應用具有極大的經濟和社會價值。
圖1為本實用新型的結構示意圖圖2為本實用新型垂直剖面圖圖3為圖2所示I-I剖面圖圖4為圖3所示II-II剖面圖圖5為圖3所示III-III剖面圖圖6為本實用新型熱水系統原理圖圖中，真空管1、熱管2、保溫材料3、集熱板換熱器4、太陽能光伏電池板5、板翅式換熱器6、低輻射保溫玻璃7、聚碳酸酯玻璃8、鋁合金框架9、內金屬板10、太陽能陽臺封閉系統11、太陽能熱水管道系統12、換熱盤管13、循環水泵14、直流電池15、直流電池充電控制器16、電路17、蓄熱水箱18、電加熱盤管19、太陽能集熱系統20、太陽能光伏系統21、上隔斷22、下隔斷23。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型包括太陽能陽臺封閉系統11、太陽能熱水管道系統12、換熱盤管13、循環水泵14、直流電池15、直流電池充電控制器16、電路17、蓄熱水箱18以及電加熱盤管19。連接方式為太陽能陽臺封閉系統11、換熱盤管13、蓄熱水箱18以及循環水泵14通過太陽能熱水管道系統12連接在一起，形成太陽能集熱系統20。太陽能陽臺封閉系統11、直流電池15、直流電池充電控制器16以及循環水泵14通過電路17連接在一起，形成太陽能光伏系統21。
太陽能陽臺封閉系統11包括真空管1、熱管2、保溫材料3、集熱板換熱器4、太陽能光伏電池板5、板翅式換熱器6、聚碳酸酯玻璃7、低輻射保溫玻璃8、鋁合金框架9及內金屬板10。連接方式為真空管1、熱管2和集熱板換熱器4組合為一體，太陽能光伏電池5與板翅式換熱器6組合為一體，以上組件嵌入鋁合金框架9，然后將集熱板換熱器4與板翅式換熱器6通過管件連接在一起，最后將聚碳酸酯玻璃7、低輻射保溫玻璃8、保溫材料3及內金屬板10與鋁合金框架9緊密結合在一起。
鋁合金框架9包括上隔斷22和下隔斷23兩部分。其中，上隔斷22的前表面為太陽能光伏電池板5，上隔斷22的后表面為內金屬板10；下隔斷23的前表面為聚碳酸酯玻璃7，下隔斷23的后表面為低輻射保溫玻璃8。太陽能光伏電池板5與聚碳酸酯玻璃7分別與鋁合金框架9的上隔斷22和下隔斷23連接，共同構成鋁合金框架9的前表面；內金屬板10與低輻射保溫玻璃8分別與鋁合金框架9的上隔斷22和下隔斷23連接，共同構成鋁合金框架9的后表面。
采用太陽能陽臺封閉系統11中各部件的合理組合，使得太陽能捕集裝置(真空管1、熱管2、集熱板換熱器4、板翅式換熱器6、聚碳酸酯玻璃7及低輻射保溫玻璃8)以及太陽能光伏電池5不僅成為太陽能集熱系統20的熱源以及動力，而且成為建筑陽臺的一部分，實現了太陽能與建筑陽臺的一體化。這種裝置尤其適用于城市多層以及高層住宅，形成分布式太陽能熱水系統。
太陽能光伏電池5為鋁合金上隔斷外表面，板翅式換熱器6布置在太陽能光伏電池5背部，蓄熱水箱18中的水首先進入板翅式換熱器6，用來冷卻太陽能光伏電池5，以提高光伏轉換效率。而后進入集熱板換熱器4由熱管2進一步加熱后，流回蓄熱水箱18，實現了能量的梯級利用。
聚碳酸酯玻璃7及低輻射保溫玻璃8(低輻射保溫玻璃的太陽輻射穿透率為5％，傳熱系數為1.8w/m2·K)分別為下隔斷23前、后表面將形成一高熱流密度腔體，從而提高系統熱效率。真空管1在腔體內間隔布置避免了因安裝該系統造成的光阻隔現象。
蓄熱水箱18內置換熱盤管13，通過二次換熱加熱生活熱水，從而保證生活熱水的水質。
蓄熱水箱18內置電加熱盤管19，作為太陽能的輔助熱源，保證了生活熱水的全天候供應。
本實用新型使用時，太陽能光伏電池板5通過光伏轉換效應產生直流電流，經直流電池充電控制器16，蓄存在直流電池15中；直流電池15驅動循環水泵14，使得太陽能熱水管道系統12中的水在換熱盤管13和集熱板換熱器4之間循環，并加熱蓄熱水箱18中的水。電加熱盤管19作為輔助熱源，在太陽能不足的情況下開啟，保證生活熱水的全天候供應。
權利要求1.一種基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，包括太陽能陽臺封閉系統(11)、太陽能熱水管道系統(12)、換熱盤管(13)、循環水泵(14)、直流電池(15)、直流電池充電控制器(16)、電路(17)、蓄熱水箱(18)以及電加熱盤管(19)，其特征在于太陽能陽臺封閉系統(11)、換熱盤管(13)、蓄熱水箱(18)以及循環水泵(14)通過太陽能熱水管道系統(12)連接在一起，形成太陽能集熱系統(20)，太陽能陽臺封閉系統(11)、直流電池(15)、直流電池充電控制器(16)以及循環水泵(14)通過電路(17)連接在一起，形成太陽能光伏系統(21)。
2.根據權利要求1所述的基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，其特征是，太陽能陽臺封閉系統(11)包括真空管(1)、熱管(2)、保溫材料(3)、集熱板換熱器(4)、太陽能光伏電池板(5)、板翅式換熱器(6)、聚碳酸酯玻璃(7)、低輻射保溫玻璃(8)、鋁合金框架(9)及內金屬板(10)，真空管(1)、熱管(2)和集熱板換熱器(4)組合為一體，太陽能光伏電池板(5)與板翅式換熱器(6)組合為一體，以上組件嵌入鋁合金框架(9)，集熱板換熱器(4)與板翅式換熱器(6)通過管件連接在一起，聚碳酸酯玻璃(7)、低輻射保溫玻璃(8)、保溫材料(3)及內金屬板(10)與鋁合金框架(9)緊密結合在一起。
3.根據權利要求2所述的基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，其特征是，鋁合金框架(9)包括上隔斷(22)和下隔斷(23)兩部分，其中，上隔斷(22)的前表面為太陽能光伏電池板(5)，上隔斷(22)的后表面為內金屬板(10)，下隔斷(23)的前表面為聚碳酸酯玻璃(7)，下隔斷(23)的后表面為低輻射保溫玻璃(8)。
4.根據權利要求2所述的基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，其特征是，太陽能光伏電池板(5)與聚碳酸酯玻璃(7)分別與鋁合金框架(9)的上隔斷(22)和下隔斷(23)連接，共同構成鋁合金框架(9)的前表面；內金屬板(10)與低輻射保溫玻璃(8)分別與鋁合金框架(9)的上隔斷(22)和下隔斷(23)連接，共同構成鋁合金框架(9)的后表面。
5.根據權利要求2或者4所述的基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，其特征是，太陽能光伏電池板(5)為上隔斷(22)外表面，板翅式換熱器(6)布置在太陽能光伏電池(5)背部。
6.根據權利要求3或者4所述的基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，其特征是，下隔斷(23)形成一腔體，真空管(1)在腔體內間隔布置。
7.根據權利要求1所述的基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，其特征是，蓄熱水箱(18)內置換熱盤管(13)。
8.根據權利要求1或者7所述的基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，其特征是，蓄熱水箱(18)內置電加熱盤管(19)。
專利摘要一種節能技術領域的基于光熱以及光伏綜合利用的太陽能建筑一體化陽臺，包括太陽能陽臺封閉系統、太陽能熱水管道系統、換熱盤管、循環水泵、直流電池、直流電池充電控制器、電路、蓄熱水箱以及電加熱盤管。太陽能陽臺封閉系統、換熱盤管、蓄熱水箱以及循環水泵通過太陽能熱水管道系統連接，形成太陽能集熱系統。太陽能陽臺封閉系統、直流電池、直流電池充電控制器以及循環水泵通過電路連接，形成太陽能光伏系統。本實用新型集太陽能熱水供應、太陽能光伏發電功能于一體，將太陽能利用裝置與陽臺圍護結構有機復合在一起，提高熱水系統的太陽能利用率，可極大地促進太陽能建筑一體化進程。
文檔編號H01L31/058GK2906459SQ20062004301
公開日2007年5月30日 申請日期2006年6月22日 優先權日2006年6月22日
發明者趙耀國 申請人:趙耀國