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：
本實用新型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，嚴寒的環境中使用易凍堵、凍裂，另外，系統承壓能力有限，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 鎮地區較適用，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越之處，不足之處在于，導熱工質是依靠位 差實現自然循環，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，而且循環流動阻力大，難以正常運行，而對導 熱工質進行強制循環，雖然能克服自然循環存在的不足，但涉及以市電驅動循環泵等一系 列問題，不僅會加大運行成本，而且還要消耗常規能源，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；適用性強，尤其適用于都市中的多層、高層住宅性建筑，系統 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系統，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。
4[0007] 有益效果 對導熱工質進行強制循環，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，導熱工質循環系統中所需 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定性，光熱、光電轉換同時同步運行，導熱工質的強制循環 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越之處，節約能源、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1、集熱元件為金屬熱管2時總體結構示意圖； 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； 圖3、光伏電源16中的光電板17的背面裝配示意圖； 圖4、光伏電源16中的電路結構圖； 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的冷端插入聯集箱3中，聯集箱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，光伏泵7以潛水泵的方式裝在聯集箱3內；導熱工質4的循環系 統為，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通過下循環管11接聯集箱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的一端接冷聯集管14，另一端接熱聯集管15， U型金屬流道真空管13及聯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；導熱工質4的循環系統為，光伏泵7的進液口通過下循環管11與換熱裝置6 的下位出口 10連接、光伏泵7的出液口接冷聯集管14的冷進口，熱聯集管15的熱出口通 過上循環管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1、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串聯式接在下循環管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量。 如圖4所示，配套電路結構為，光電板17的正極先后串聯阻塞二極管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僅在上循環管8內的導熱 工質的溫度高于下循環管11內的導熱工質的溫度3 5t:時運行；MPPT能保證光電板17 與光伏泵7的負載間的協調、高效、穩定的工作狀態，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。 導熱工質循環系統內必須裝滿低冰點的導熱工質，如防凍液等，以便四季穩妥運 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系統，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l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 冷端插入聯集箱(3)中，聯集箱(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，光伏泵(7)以潛水泵的方式裝在聯集箱(3)內；導熱工質(4)的循 環系統為，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)通過下循環管(11)接聯集箱(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)的一端接冷聯集管(14)，另一端接熱聯集管(15)，U型金屬流道 真空管(13)及聯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；導熱工質(4)的循環系統為，光伏泵(7)的進液口通過下循環管(11)與換熱裝置(6) 的下位出口 (10)連接、光伏泵(7)的出液口接冷聯集管(14)的冷進口，熱聯集管(15) 的熱出口通過上循環管(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1、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)串聯式接在下循 環管(11)中。
5. 根據權利要求1、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1、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。
專利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系統，還具有用于導熱工質強制循環，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H02N6/00GK201476347SQ20092017289
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月18日 優先權日2009年8月18日
發明者程翠英, 羅贊繼, 蘇建華 申請人:北京天普太陽能工業有限公司