專利名稱：太陽能熱水器的發電轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種溫差發電太陽能熱水器，尤其指一種太陽能熱水器的發電轉換裝置。
背景技術：
太陽能熱水器社會擁有量很多，但每家日常使用太陽能熱水器的次數和總時間相對于閑置時間而言很少，每周的使用次數也就是1-2次左右，常年絕大多數時間熱水器閑置，使太陽能熱水器里面的熱水的熱能白白損失了。申請號為201110039352. 4的中國專利申請，雖然提出了解決上述問題的幾種技術方案，但是溫差發電電能的利用率有待進一步提高。這是因為太陽能熱水器內部熱水的溫度變化較大(與陽光、室外氣溫、用熱水情況等因素有關)，相應的熱水與外界環境的溫差變化也大，這就導致溫差發電材料的溫差發電電壓也變化大，有時可達到相差一倍以上，這就導致它給可充電電池充電的工況變化大，當熱水與外界環境的溫差很大時，溫差發電電壓會過高，使溫差發電電能在溫差發電材料內阻上的損耗增加，不利于溫差發電的效率。
發明內容
本發明的目的是在溫差發電太陽能熱水器原有電路基礎上，設計出溫差發電電能利用率更高的太陽能熱水器的發電轉換裝置。為了實現上述目的，本發明包含溫差發電太陽能熱水器，溫差發電材料分成發電片數量相同的左發電片組(L)和右發電片組(R)，左發電片組(L)的正極接轉換器⑷的下路中心接點，負極接轉換器(K)的上路左接點和可充電電池(E)的負極；右發電片組(R) 的負極接轉換器(K)的下路右接點以及上路的中心接點，正極接轉換器(K)的下路左接點和二極管(D)的正極，二極管(D)的負極接可充電電池(E)的正極。為了實現自動控制，轉換器⑷為電子控制電路的繼電器的開關。電子控制電路由電壓比較器(BJ)、功率輸出電路和繼電器連接而成。電壓比較器(BJ)的輸出端接功率輸出電路的輸入端，功率輸出電路的輸出端接繼電器線圈(J)。由于本發明把溫差發電材料分成發電片數量相同的左發電片組(L)和右發電片組(R)，左發電片組(L)的正極接轉換器(K)的下路中心接點，負極接轉換器(K)的上路左接點和可充電電池(E)的負極，右發電片組(R)的負極接轉換器(K)的下路右接點以及上路的中心接點，正極接轉換器(K)的下路左接點和二極管(D)的正極，二極管(D)的負極接可充電電池(E)的正極。用戶可根據電流表(A)顯示的充電電流大小，嘗試改變轉換器 (K)的左右連接狀態使之達到最佳充電狀態。這就使得當在熱水器內的熱水溫度不高(此時每個溫差發電片發出電壓較低)時，轉換器⑷撥向右側，此時左發電片組(L)與右發電片組(R)正串聯，輸出電壓是相加的，為輸出電壓最高的連接狀態；當熱水器內的熱水溫度高(導致每個溫差發電片發出電壓也高)時，轉換器(K)撥向左側，此時左發電片組(L)與右發電片組(R)為正向并聯輸出，電壓是單個發電片組的輸出值，使過高的輸出電壓降低，但此時輸出電流是單個的兩倍，提高了給可充電電池充電的速度和效率。電子控制電路的增設，可使轉換器(K)的狀態自動隨著溫差發電材料發出電壓的高低而變化，進一步提高了給可充電電池充電的速度和效率。可見本發明提高了太陽能熱水器溫差發電的效率。
圖1是本發明的第一個實施例電路圖；圖2是本發明的第二個實施例電路具體實施例方式為了簡化敘述，在本實施例的圖1、圖2中，只將溫差發電太陽能熱水器的可充電電池E、二極管D、溫差發電材料畫出，并把溫差發電片畫成電池符號。溫差發電太陽能熱水器的其余電路和結構圖省略(相關結構原理可參見申請號為201110039352. 4的中國專利申請)°在圖1中，左發電片組L和右發電片組R構成太陽能熱水器的溫差發電材料。其中左發電片組L和右發電片組R都是由多個同型號的溫差發電片(可用同型號的半導體制冷片)正串聯構成，且左發電片組L和右發電片組R的溫差發電片個數相等，因而在同樣溫差條件下，兩者發電電壓基本相等。轉換器K為雙刀雙擲開關。左發電片組L的正極接轉換器K的下路中心接點，負極接轉換器K的上路左接點和經過電流表A接可充電電池E的負極；右發電片組R的負極接轉換器K的下路右接點以及上路的中心接點，正極接轉換器K的下路左接點和二極管D的正極，二極管D的負極接可充電電池E的正極。電流表A用于監測負載開路時充電電流大小，它也可串聯在溫差發電材料和可充電電池E的其他連線中。溫差發電輸出端X、Y對應負、正極，接溫差發電太陽能熱水器電路的后續電路，后續電路可參見申請號為201110039352. 4的中國專利申請)。用戶可根據電流表A顯示的充電電流大小(或熱水器內的水溫)，嘗試改變轉換器 K的左右連接狀態使之達到最佳充電狀態。當某種原因(比如陰天、洗浴用熱水較多等)使溫差變低，溫差發電材料輸出電壓變低時，轉換器K撥向右側，此時左發電片組L和右發電片組R的電壓是正串聯，電壓相加為串聯輸出連接狀態，輸出溫差發電電壓提高；當某種原因使溫差顯著提高，溫差發電材料輸出電壓顯著升高時，溫差發電電壓又可能太高，此時對可充電電池E充電時將有較多的電能消耗在溫差發電片的內阻上，降低效率，此時轉換器K 要撥向左側，此時左發電片組L和右發電片組R的電壓是并聯輸出連接狀態，輸出溫差發電電壓是一個發電片組的輸出值而使過高的電壓降低，但此時輸出阻抗是原來的一半，因此可以快速給可充電電池E充電，提高了溫差發電效率。因為按物理學原理，電源對外輸出電功率最高的條件是電源的內阻等于負載的電阻，而可充電電池E在充電時對外呈現的電阻較低，如果將溫差發電材料的總內阻降低是有利于提高其對外放電輸出功率的。二極管 D起單向隔離作用，可確保只允許溫差發電材料給可充電電池E充電但不會使可充電電池E 反向給溫差發電材料放電。在圖2中，是在圖1的基礎上增加了帶有自動轉換功能的電子控制電路。轉換器 K改為電子控制電路的繼電器的觸點開關。電子控制電路由電壓比較器BJ、功率輸出電路和繼電器連接而成。三端穩壓器IC的輸入端與可充電電池E并聯，輸出端與電壓比較器BJ的電源輸入端以及電阻R1A2串聯構成的基準電壓的電壓取樣支路相并聯。電阻禮、&、1 3、 R4、&以及電壓比較電路W組成電壓比較器BJ，二極管A為保護二極管，用于抑制繼電器線圈J的自感電動勢，避免損壞其他元件。三極管1\、T2構成復合三極管，與串聯在其基極上的限流電阻&構成功率輸出電路(為了得到足夠的電流來驅動繼電器)。功率輸出電路的輸入端(即限流電阻&的左端)接在電壓比較器BJ的輸出端(即電壓比較電路W的輸出端)，這就可以大電流推動與其集電極相連接的繼電器線圈J使繼電器工作。繼電器線圈J 與二極管A并聯后，其下端接三極管I\、T2的集電極(即功率輸出電路的輸出端)，上端接可充電電池E的正極。三極管T2的發射極接地，基極接三極管T1的發射極。電阻&的滑動端接電壓比較電路W的反相輸入端_，調節電阻1 2，可改變進入電壓比較電路W的反相輸入端-的參考電壓值。電阻R4、R3串聯后再并聯到左發電片組L上，構成溫差發電電壓的取樣支路，可自動檢測溫差發電材料發出電壓的高低。電阻民的滑動端接電壓比較電路W的同相輸入端+，調節電阻R3，可改變進入同相輸入端+的溫差發電電壓值。當電壓比較電路W的同相輸入端+的電壓高于反相輸入端-的電壓時，電壓比較電路W 輸出高電壓(或稱高電平)，通過限流電阻&推動三極管1\、T2導通，使繼電器線圈J有電流而推動轉換器K的中心兩個接點接向左端，此時過程和效果如前所述；當電壓比較電路W 的同相輸入端+的電壓低于反相輸入端-的電壓時，電壓比較器BJ輸出低電壓信號，復合三極管1\、T2截止，使繼電器線圈J無電流而使轉換器K的中心兩個接點復位接向右端，此時過程和效果也如前所述。電阻&、R3為電位器或微調電阻，可通過調節這兩個電阻，使只有當溫差發電材料的總輸出電壓高到可以采用并聯輸出方式給可充電電池E充電時電壓比較電路W才輸出高電壓為宜，此時左發電片組L對應的輸出電壓應大于12V。繼電器線圈 J和轉換器K之間的點畫連線表示兩者聯動，且為同一繼電器上的不同部件，轉換器K的狀態被繼電器線圈J所控制。本實施例各元件參考值如下電阻隊、R2, R3> R4> R5> R6分別為5、10、15、5、3. 9、3千歐姆。三極管1\、T2可都用 C9013或T2用其他中功率低頻三極管。二極管DJb用1N4007。三端穩壓器IC可用7809。 電壓比較電路W可用LM339。繼電器線圈J的額定電壓要用12伏的，繼電器要用帶兩組有四個觸點的，額定電流大于IA就行。左發電片組L和右發電片組R各自用16片半導體制冷片正向串聯構成，半導體制冷片的型號為TEC1-12706。可充電電池E用12V、大于12安時的蓄電池。電流表A用小于2安培的直流電流表。當然，在本發明構思的基礎上，還可以有其他一些變化，例如增加給可充電電池 E恒流充電的電路(但是該電路的加入，不利于溫差發電材料發出電能的利用率)，電子控制電路也可用其他類型的等等，但這些變化都沒有偏離本發明的實質。
權利要求
1.一種太陽能熱水器的發電轉換裝置，包含溫差發電太陽能熱水器，其特征是溫差發電材料分成發電片數量相同的左發電片組(L)和右發電片組(R)，左發電片組(L)的正極接轉換器(K)的下路中心接點，負極接轉換器(K)的上路左接點和可充電電池(E)的負極，右發電片組(R)的負極接轉換器(K)的下路右接點以及上路的中心接點，正極接轉換器(K) 的下路左接點和二極管(D)的正極，二極管(D)的負極接可充電電池(E)的正極。
2.按權利要求1所述的太陽能熱水器的發電轉換裝置，其特征是轉換器(K)為電子控制電路的繼電器的開關。
3.按權利要求2所述的太陽能熱水器的發電轉換裝置，其特征是電子控制電路由電壓比較器(BJ)和功率輸出電路以及繼電器線圈(J)連接而成，電壓比較器(BJ)的輸出端接功率輸出電路的輸入端，功率輸出電路的輸出端接繼電器線圈(J)。
4.按權利要求1所述的太陽能熱水器的發電轉換裝置，其特征是溫差發電材料和可充電電池(E)之間串聯有電流表(A)。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能熱水器的發電轉換裝置。它將發電太陽能熱水器的溫差發電材料分成左發電片組L和右發電片組R，左發電片組L的正極接轉換器K的下路中心接點，負極接轉換器K的上路左接點并通過電流表A接可充電電池E的負極，右發電片組R的負極接轉換器K的下路右接點以及上路的中心接點，正極接轉換器K的下路左接點和二極管D的正極，二極管D的負極接可充電電池E的正極。它還帶有電子控制電路。當熱水器內熱水溫度不高時，轉換器K轉向右側，為串聯輸出連接狀態；當熱水器內的熱水溫度偏高時，轉換器K轉向左側，此時為并聯輸出連接狀態，提高了給可充電電池充電的速度和效率。本發明用于提高溫差發電太陽能熱水器的熱電轉換效率。
文檔編號H02N11/00GK102355166SQ20111024310
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者趙杰 申請人:趙杰