專利名稱：并網型住宅全自動太陽能供電供熱裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及住宅太陽能的供電、供熱裝置。
背景技術：
太陽能作為清潔而廉價的能源越來越受到人們的青睞和重視。世界上現有的太陽能供 電系統有光電池直接轉換供電系統、獨立連續太陽能供電系統、并網系統、并網與獨立 雙功能混合系統。目前絕大多數住宅用太陽能供熱、供電裝置，多是獨立型太陽能供電裝 置，其缺點是當白天光照強烈時，能產生充足的太陽電能，但此時間段住宅用戶的耗電 處于用電低谷期——該太陽能供電裝置產生的充足電能未得到充分及時的應用，而公共電 網卻因工業生產、商業運營、政府學校辦公等處于用電高峰期——該獨立型太陽能供電裝 置產生的充裕電能卻不能對公共電網做出貢獻；.當晚間或陰雨天時，獨立型太陽能供電裝 置難以滿足住宅用戶對電能的需要，而公共電網卻無法向住宅用戶補充太陽能供電裝置之 不足。傳統并網系統的太陽能裝置較好地克服了獨立型太陽能供電裝置的缺點，其主要由 硅晶電池陣列、控制器及電路組成，即采用硅晶電池將太陽光輻射轉變為電能，再通過一 系列設施將產生的直流電能轉變為一般設備能接受的交流電能，多余的交流電能供給公共 電網，不足的電能從公共電網獲取。但是該并網系統采用的硅晶電池，在光電轉換的過程 中，由于太陽熱輻射造成的半導體穴位電子無序游離，導致光電轉換效率低，成為了影響 該技術推廣應用的主要原因之一。另外，目前市場上各國生產的太陽能光電轉換設備中的重要元件——逆變器，在技術 應用上無法達到硅晶電池設計的技術指標，因而弱化了該技術的普及和應用；且逆變器在 光電系統應用中，由于測控方法帶來的諧波失真，也造成了自身能量抵消而降低了系統效 能。實用新型內容本實用新型的目的是提供一種轉換效率高且成本低、.安裝方便、適合普及應用的并網 型住宅全自動太陽能供電供熱裝置。本實用新型主要由熱管式集熱真空管、太陽能硅晶電池陣列、集熱器、復合式PR多功 能逆變器、采樣跟蹤器、接線箱、功率調節器、溫差間接強迫式太陽能熱水器、自動切換 配電箱、逆流電力電表和電路構成。本實用新型在傳統之并網系統太陽能裝置的基礎上做出的主要改進是1. 在通常的太陽能硅晶電池陣列上，增設了與太陽能熱水器之上水管道相通的冷卻循 環水管。即通過旁設管路中的冷水，對太陽能硅晶電池進行物理降溫，這樣，既減少了半 導體穴位電子無序游離，提髙了硅晶電池的光電轉換效率，同時管路中的冷水通過熱交換 而預熱，從而提高了太陽能熱水器的熱效率.。2. 在太陽能硅晶電池上，采用反并聯二極管和串聯定向二極管對電能進行控制；總出 線也串聯定向二極管。可有效地防止反向電流對硅電池的破壞。此外，在本裝置上或其近旁增加了避雷器。以提高系統的安全性和使用壽命。3. 逆變器主要由正弦波發生器、限幅器、電子電力變換裝置和含LC濾波的逆變器， 構成多功能逆變器。其主要功能是，對直流電源信號進行疊加振蕩，將直流電流、電壓轉 變為交流信號的功能，且對頻率、相位、電壓、電流、有功功率、無功功率、電壓波動率 和高次諧波進行監控和調整。4. 利用電子技術的閉環控制原理，通過系統主回路直流電壓的閉環控制。有利于在實 現太陽能發電系統與供電網絡之間的電能互換的同時，使得太陽能直流電壓在光電轉換時 和對負載做功時，保持最佳恒定狀態。5. 采用溫差間接強迫式太陽能熱水器。該熱水器在接受計算機自動化測控時，系統運 行更加高效、節能。本實用新型在太陽能硅晶電池陣列處增設冷水循環管路后，提高了光電轉換效能；由 于自動控制系統中設置了自動檢測并自動輸出控制諧波信號的諧波消除電路，從而避免了 在光電轉換時產生的直流電動勢對供電網絡產生的脈沖沖擊，提高了太陽能光電轉換裝置 在并網時的安全性；且該自動控制系統，能通過電網自動調整補償供電，保證全部負載連 續正常運行。本實用新型制造成本低，適合并網供電、供熱的普及應用。
圖1.是本實用新型整體結構示意圖；圖2.是本實用新型的電路原理圖；圖3-l、圖3-2是水冷式硅晶太陽能電池裝置的示意圖；圖4.是熱管式集熱真空管集熱器的結構示意圖；圖5.是本實用新型自動控制系統之控制原理示意圖。圖中，l.熱管式集熱真空管集熱器，2.太陽能硅晶電池陣列，3.復合式PR多功能逆變 器，4.采樣跟蹤器，5.接線箱，6.負載功率調節器，7.負載，8.溫差間接強迫式太陽能熱水器， 9.自動切換配電箱，IO.逆流電力電表，ll.用戶電力電表，12.公共電網，13.冷卻循環水管， 14.串聯旁路并聯二極管，15.硅晶太陽能電池，16.電子變頻信號輸入，17.控制電路，18.電生器，20.避雷器，21.限幅器，22.電子電力變換裝置，23.LC濾波逆變 器，27.自動控制系統，28. TPT層，29.玻璃蓋板，30.背板，31.連集管，32.導熱塊，33.隔 熱材料，34.保溫盒，35.支架，36.熱管式集熱真空管，37.套管。
具體實施方式
以下結合附圖敘述一個本實用新型的實施例-本實用新型整體結構如圖1、圖2所示太陽能硅晶電池陣列2將太陽光輻射中波長 小于的光波能量轉換為直流電動勢，并由接線箱5匯集后輸送到采樣跟蹤器4，采樣 跟蹤器4實時跟蹤測量太陽能光電轉換的輸出情況，并將結果輸出到自動控制系統27;自 動控制系統27動態調整復合式PR多功能逆變器3的工作參數，控制太陽能硅晶電池陣列 2產生的直流電動勢轉換為穩定的符合公共電網12要求的正弦波交流電；負載功率調節器 6和自動切換配電箱9在自動控制系統27的測控下，根據負載7的情況，在太陽能供電系 統和公共電網12之間平衡調整，保證負載7穩定運行。逆流電力電表10和用戶電力電表 11，分別用來顯示用戶輸出到公共電網12的電能和從公共電網輸入的電能。太陽輻射之波長大于l.lpm的光波能量和太陽能硅晶電池陣列2未能有效轉換為電能 的能量，在反射損失后轉換為熱能。此部分能量部分被分布在太陽能硅晶電池陣列2后的 冷卻循環水管13中的冷卻水吸收。被預熱的冷卻水，經過熱管式集熱真空管集熱器1時， 被加熱后輸送至溫差間接強迫式太陽能熱水器8,溫差間接強迫式太陽能熱水器8在計算機 自動控制系統27的測控下調整水溫，并將符合用戶要求的熱水輸送給用戶。圖2、圖5顯示了本實用新型的電路原理在太陽能硅晶電池陣列2內，硅晶太陽能電 池15串聯旁路并聯二極管14，總的出線也串聯定向二極管，以防止反向電流對硅晶電池的 破壞。太陽能硅晶電池陣列2產生的直流電，經過采樣跟蹤器4到達正弦波發生器19,正弦 波發生器19、限幅器21、電子電力變換裝置22和LC濾波逆變器23,構成了復合式PR多 功能逆變器3。此部分的主要功能是對直流電源信號進行疊加振蕩，改善自動追蹤自動調整 系統功能后，系統不但具備了直流電流、電壓轉變為交流信號的功能，而且可以對頻率、 相位、電壓、電流、有功功率、無功功率、電壓波動率和高次諧波皆具有良好的監控和調 整功能。本系統的復合式PR多功能逆變器3采用了主回路直流電壓的閉環控制技術，通過電子 電路，將DC/AC轉換形成的正弦波中超過限定標準的瞬間峰值電動勢的電能返回限幅器 21，使其與正常進入系統的電流重新在加權平均整合中進行再次變換。自動控制系統27采用計算機控制，對包括熱水器在內的所有器件進行測控和運行跟蹤，對公共電網12和負載7的波動進行自動調整。 在太陽能硅晶電池陣列2上，設置避雷器20。控制電路17首先跟蹤電網輸入18中的電壓變化，采集相位信息,然后跟蹤系統DC/DC 變換電路產生的電子變頻信號輸入16，并通過自動控制系統27控制逆變器23進行相位同 步，確保系統輸出與電網之相位相同。圖3-l所示，為本實用新型之水冷式硅晶太陽能電池裝置硅晶太陽能電池15安裝在 開口的金屬盒內，金屬盒的前方開口處用玻璃蓋板29密封。金屬盒與硅晶太陽能電池15 間用TPT層28隔開，以防止硅晶太陽能電池15與金屬盒直接接觸發生短路。金屬盒的背 板30上焊有蛇形的鍍鋅紫銅冷卻循環水管13，該水管與溫差間接強迫式太陽能熱水器8的 上水管連通。在整個供電、供熱裝置正式運行時，熱水器水源供應的循環冷水，帶走了在 硅晶太陽能電池15受到陽光照射時傳導的熱量，這樣硅晶太陽能電池15和玻璃蓋板29接 受的熱量就被不斷流動的循環水帶走，于是減少了半導體穴位電子無序游離，從而提高了 硅晶太陽能電池15的光電轉換效率。圖4顯示了熱管式集熱真空管集熱器的結構示意圖該集熱器主要有熱管式真空集熱 管36、導熱塊32、連集管31、隔熱材料33、保溫盒34、支架37、套管35。熱管式真空集 熱管36在工作時，各個真空管將太陽輻射能轉換為熱能傳導給吸熱片中間的熱管，然后再 通過導熱塊32將熱量傳導給連集管31內的循環水。采用這種目前國際上公認的高效集熱 器熱水器，特別是在太陽能硅電池陣列2進行熱交換后，大大提高了該熱水器的工作效能。圖5是本實用新型自動控制系統之控制原理圖。本裝置的自動控制系統27，控制采樣 跟蹤器4連續采集硅晶太陽能電池15的輸出情況，調節正弦波發生器19、復合式PR多功 能逆變器3的工作參數，并在負載功率調節器6的配合下，控制自動切換配電箱9在太陽 能供電系統和公共電網12之間切換，對負載7進行穩定供電。同時，自動控制系統27控 制溫差間接強迫式太陽能熱水器8對熱管式集熱真空管陣列1的輸出水溫進行控制。
權利要求1.并網型住宅全自動太陽能供電供熱裝置，包括太陽能硅晶電池陣列(2)、太陽能熱水器(8)、接線箱(5)、控制器、逆流電力電表(10)和電路，其特征在于有逆變器(3)；所說的太陽能硅晶電池陣列，是在通常的太陽能硅晶電池陣列(2)后安裝著與太陽能熱水器(8)之上水管相通的冷卻循環水管(13)。
2. 根據權利要求1所述的并網型住宅全自動太陽能供電供熱裝置，其特征在于所說的逆變器(3)為正弦波發生器(19)、限幅器(21)、電子電力變換裝置(22)和LC濾波電路(23) 構成的復合式PR多功能逆變器。
3. 根據權利要求1所述的并網型住宅全自動太陽能供電供熱裝置，其特征在于所 說的電路，采用反并聯二極管和串聯定向二極管對電能進行控制，總出線也串聯定向二極管。
4. 根據權利要求l所述的并網型住宅全自動太陽能供電供熱裝置，其特征在于所說 的太陽能熱水器(8)是溫差間接強迫式太陽能熱水器。
專利摘要本實用新型涉及一種并網型住宅太陽能供電供熱裝置。本裝置主要由集熱管、太陽能硅晶電池陣列、逆變器、溫差間接強迫式熱水器、控制器及電路構成。太陽能硅晶電池陣列上安裝有冷卻循環水管；逆變器為正弦波發生器、限幅器、電子電力變換裝置和LC濾波電路構成的復合式PR多功能逆變器；采用熱管式集熱真空管集熱器。本實用新型提高了光電轉換效能，保證了太陽能光電轉換裝置在并網時的安全性，且該自動控制系統，能通過電網自動調整補償供電，保證全部負載連續正常運行。本實用新型制造成本低，適合普及型太陽能住宅的并網供電、供熱。
文檔編號H02J7/00GK201113835SQ20072003285
公開日2008年9月10日 申請日期2007年9月26日 優先權日2007年9月26日
發明者徽 馮, 馮國隆, 馮立雄, 勇 王, 袁麗娟 申請人:馮國隆;馮 徽;袁麗娟;王 勇;馮立雄