專利名稱：一種綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統的制作方法
技術領域：
一種綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統技術領域[0001]本實用新型涉及太陽能及空氣能應用領域，尤其涉及的是一種綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統。
背景技術：
[0002]太陽能及空氣能作為主要的可再生能源，因其清潔、安全及可再生等諸多優點而成為二十一世紀可再生能源開發的重點對象。目前人類對太陽能的利用主要集中在發電與供熱兩方面，太陽能發電主要有兩種方式一種是太陽能光伏發電，另一種是太陽能熱發電。太陽能光伏發電是利用太陽能電池將光能轉化為電能，在配合蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜、自動太陽能跟蹤系統、自動太陽能組件除塵系統等設備完成發電過程，這種發電方式的成本很高，而且光伏電池的制造耗能很大。太陽能熱發電是利用大規模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供蒸汽，結合傳統汽輪發電機的工藝，從而達到發電的目的，但是這種發電方式需要建熱電廠，要消耗大量的水資源，既不適合建在無水的沙漠地區，又不適合建在城市，且投資巨大。太陽能供熱，其基本原理是通過集熱器把太陽能轉化成熱能，從而將涼水加熱成方便使用的熱水，以供直接生活使用或取暖。但是利用太陽能供熱在無光照和太陽光照強度不足的情況下，就無法滿足人們對熱能持續充足供應的需求。為了克服上述太陽能供熱在無光照和光照強度不足情況下難以持續充足供熱的缺陷，近年來出現了壓縮機空氣能供熱技術，其基本原理是通過壓縮機壓縮空氣從而產生熱能給水加熱，從而將電能或者其它能源轉換成熱能。雖然該技術能在無光照的條件下工作，但是由于壓縮機本身的缺陷，使其在寒冷的空氣中很難將空氣壓縮產生熱能，從而大大的降低了其節能效果，甚至在高寒的北方空氣能壓縮機供熱技術根本無法使用。另外，現在的太陽能利用系統和空氣能利用系統都是相互獨立的，人們要想同時實現對太陽能和空氣能的利用，就必須制備兩套系統，所以人們在同時利用太陽能和空氣能的時候，不但面臨著上述太陽能利用系統和空氣能利用系統的諸多問題，還將面臨著安裝兩套系統制造成本過高，而且制造和安裝過程都相當復雜的問題。[0003]因此，現有技術還有待于改進和發展。實用新型內容[0004]本實用新型的目的在于提供一種綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，以解決現有技術中太陽能及空氣能利用存在的太陽能發電系統制造成本高、能源消耗大，太陽能供熱不可持續和空氣能供熱適用地域窄，以及綜合利用成本過高和安裝過程復雜等技術問題。[0005]本實用新型的技術方案如下[0006]一種綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其包括聚集太陽能的集熱系統、 利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統、熱水系統和能源管理系統，其中所述利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統包括利用太陽能發電及供熱或利用空氣能供熱的半導體溫差發電裝置；[0007]所述集熱系統包括為所述半導體溫差發電裝置的熱面供熱的太陽能聚集裝置，設置在所述半導體溫差發電裝置的熱面側；[0008]所述吸收半導體溫差發電裝置冷面的熱量給水加熱的熱水系統，設置在半導體溫差發電裝置的冷面側；[0009]所述能源管理系統包括電源控制裝置，所述電源控制裝置包括電流輸入輸出電路，電源控制裝置的電流輸入輸出電路與半導體溫差發電裝置電聯接；還包括電能存儲裝置和/或逆變電路，儲存半導體溫差發電裝置發出電能的電能存儲裝置與電流輸入輸出電路連接；所述將半導體溫差發電裝置發出的電能逆變到電網側的逆變電路與電流輸入輸出電路和電能存儲裝置連接；[0010]所述給半導體溫差發電裝置反向供電的電能存儲裝置通過電流輸入輸出電路與半導體溫差發電裝置電聯接。[0011]所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其中，所述的熱水系統包括熱管組件、熱導介質、水箱，其中，所述熱管組件包括互相連接的蒸發器和冷凝器；[0012]所述熱導介質填充在所述的熱管組件中；[0013]所述熱管組件的蒸發器設置在半導體溫差發電裝置的冷面上；[0014]所述熱管組件的冷凝器設置在水箱的內腔中。[0015]所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其中，所述能源管理系統還包括附加電源和監控裝置，所述附加電源通過逆變電路電聯接到半導體溫差發電裝置，所述監控裝置設置在所述綜合利用太陽能和空氣能的集成功能系統中。[0016]所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其中，所述的蒸發器和冷凝器為S型熱管。[0017]所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其中，還包括一個蒸發平臺，所述蒸發平臺設置于所述半導體溫差發電裝置的冷面上，所述蒸發器設置在蒸發平臺內部。[0018]所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其中，所述水箱中設置有一個加熱裝置，所述加熱裝置為電熱管、光波管或半導體熱泵。[0019]所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其中，所述的太陽能聚集裝置為菲涅爾透鏡、旋轉拋物面太陽熱能聚集器、槽式太陽能聚集器或平板集熱器。[0020]所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其中，所述半導體溫差發電裝置由溫差電偶制作的溫差發電組件組裝而成。[0021]本實用新型通過將集熱裝置設置在太陽能及空氣能電熱聯產系統中的半導體溫差發電裝置的熱面側，為其供熱；將熱水系統設置在所述的半導體溫差發電裝置的冷面側， 吸收冷面的熱量給水加熱。從而在半導體溫差發電裝置的冷熱面建立溫差，使其因塞貝克效應產生電流，與此同時，熱水系統通過吸收半導體溫差發電裝置冷面的熱量而實現了供熱的效能。另外，本實用新型還在半導體溫差發電裝置上附加一個電源，其供電方向與半導體溫差發電裝置自產的電流方向相反，在無光照或陽光強度不足的情況下，為半導體溫差發電裝置供電，這樣該半導體溫差發電裝置就能在珀爾帖效應下，吸收其周圍的空氣能，從而將空氣能轉化成熱能繼續為熱水系統供熱。本實用新型的結構簡單，生產成本低。綜上所述，本實用新型實現了集太陽能和空氣能的利用于一體，不僅能利用太陽能發電及供熱，即使在無光照或者光照強度不足的情況下也能利用半導體溫差發電裝置將空氣能轉化成熱能，而且這種空氣能的利用方式不受氣候條件影響，即使是在寒冷的北方也能照常使用， 適用地域非常廣闊。有效的克服了現有技術中太陽能發電系統制造成本高、能源消耗大，太陽能供熱不可持續和空氣能供熱適用地域窄，以及綜合利用成本過高和安裝過程復雜等技術問題。
[0022]圖1是本實用新型綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統的原理示意圖；[0023]圖2是本實用新型中菲涅爾透鏡式綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統結構示意圖；[0024]圖3是本實用新型中旋轉拋物鏡面式綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統結構示意圖。
具體實施方式
[0025]為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。[0026]本實用新型包括用于聚集太陽能的集熱系統、利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統、熱水系統和能源管理系統。其中，利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統包括半導體溫差發電裝置，該半導體溫差發電裝置在塞貝克效應下利用太陽能發電及供熱或在珀爾帖效應下吸收空氣中的空氣能將其轉化成熱能。集熱系統包括太陽能聚集裝置，設置在所述半導體溫差發電裝置的熱面側，用于為所述半導體溫差發電裝置的熱面供熱；熱水系統設置在半導體溫差發電裝置的冷面側，用于吸收半導體溫差發電裝置冷面的熱量給水加熱。集熱系統和熱水系統在半導體溫差發電裝置的冷熱面建立溫差，從而使其能在塞貝克效應下發 H1^ ο[0027]能源管理系統包括電源控制裝置、附加電源和監控裝置，所述電源控制裝置包括電流輸入輸出電路，電源控制裝置的電流輸入輸出電路與半導體溫差發電裝置電聯接；還包括電能存儲裝置和/或逆變電路，電能存儲裝置與電流輸入輸出電路連接，用于儲存利用太陽能轉化出的電能；逆變電路與電流輸入輸出電路和電能存儲裝置連接，用于將太陽能轉化出的電能逆變到電網側供家庭使用。[0028]所述附加電源一般為家用交流電(當然，并不限于)，逆變電路連接所述附加電源和電流輸入輸出電路，將所述附加電源的電通過電流輸入輸出電路輸入半導體溫差發電裝置，使其在珀爾帖效應下吸收空氣中的空氣能將其轉化成熱能。所述電能存儲裝置通過電流輸入輸出電路給半導體溫差發電裝置供電，使所述半導體溫差發電裝置在珀爾帖效應下吸收空氣中的空氣能將其轉化成熱能，從而使得本實用新型在無光照或者光照強度不足的情況下，也實現能持續供熱的效能。[0029]所述監控裝置用于調節水溫、監控運行狀態指示和異常狀態報警。[0030]如圖1所示，本實用新型綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統的原理示意圖，本實用新型包括集熱系統12、利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統2和熱水系統13，其中，所述集熱系統設置在所述利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統中半導體溫差發電裝置的熱面，為其供熱；所述熱水系統設置在所述利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統中半導體溫差發電裝置的冷面，吸收所述溫差發電系統的冷面的熱量用以供熱；所述利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統在塞貝克效應的作用下發電。如圖2、圖3所示，集熱系統還包括一個太陽能聚集裝置，如圖2中的菲涅爾透鏡式太陽能聚集器1和圖3中的旋轉拋物面式太陽能聚集器11，用以聚集太陽能。如圖2所示，熱水系統13包括熱管組件8、水箱6。其中熱管組件8包括相互連接的蒸發器3和冷凝器5。熱管組件中填充有熱導介質，該熱導介質可以為水、乙醇、乙醚、笨、丙酮、氨、氟利昂、氬、或二氧化碳等介質。太陽能聚裝置設置在半導體溫差發電裝置的熱面側，通過太陽光能為半導體溫差發電裝置的熱面加熱。熱管組件的蒸發器緊貼在半導體溫差發電裝置的冷面，該熱管組件的冷凝器浸入水箱，通過熱傳導原理吸收半導體溫差發電裝置冷面的熱量，以使其降溫。半導體溫差發電裝置熱冷面建立溫差時，在電回路中因塞貝克效應產生電流。半導體溫差發電裝置冷面散發的熱量通過熱管傳遞到水箱內，給水箱中的水加熱。[0031]另外，在此基礎上附加一個電源，利用電源控制裝置接入溫差發電系統，當無光照或者光照強度不足的時候，智能的能源管理系統開啟該電源，使半導體溫差發電裝置成為一個熱泵，給熱管組件蒸發器加熱。該熱量通過熱管的冷凝器傳遞給水箱內的水。加熱了的循環水攜帶熱量通往淋浴設備或采暖裝置；另外，也可以直接在水箱中設置一個加熱裝置， 當水箱中水溫達不到要求的時候，也可以直接使用該加熱裝置給水箱中的水加熱。[0032]如圖2所示，本實用新型中菲涅爾透鏡式綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統結構示意圖，太陽能聚集器采用面積為150cmX 150cm的菲涅爾透鏡1。半導體溫差發電裝置2放置在菲涅爾透鏡1的焦平面上，半導體溫差發電裝置2由9片型號為 TEG1-127-1. 4-1. 6的溫差發電組件構成，組件的面積為170cm2。該種型號溫差發電組件單片的面積為4cmXkm，采用127對碲化鉍基溫差電材料制作的溫差電偶組裝而成。熱管組件8采用一只環路熱管作為溫差發電系統的散熱器件，環路熱管的熱導介質采用水。該環路熱管的蒸發器3緊貼在半導體溫差發電裝置2的冷面。環路熱管的冷凝器5放入水箱6 中。水箱6的進水口 7和出水口 4分別接在供水回路中。在太陽光入射時，取太陽光強度為800W/m2，該裝置可提供最大電功率達到65W。與此同時，該裝置可為容量150—200升水箱提供熱水，熱水溫度在40°C至50°C的范圍。在長期無光照或太陽能不足以使冷水加熱到所需溫度時，在智能的能源管理器監控下，將電源接入溫差發電系統，給熱管組件蒸發器加熱，產生足以使容量150— 200升水箱加熱至40°C至50°C熱功率。該熱量通過熱管的冷凝器5傳遞給水箱6內的水。加熱了的循環水攜帶熱量通往淋浴設備或采暖裝置。[0033]如圖3所示，本實用新型中旋轉拋物鏡面式綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統結構示意圖，太陽能聚集裝置為一個直徑5 m的旋轉拋物面太陽能集熱器1。面積為 520cm2的半導體溫差發電裝置2放置在旋轉拋物面太陽能集熱器的焦平面上。半導體溫差發電裝置由12片型號為TEHP1-12656-0. 3的溫差發電組件構成。該種型號溫差發電組件單片的面積為5. 6cmX5. 6cm，采用1 對碲化鉍基溫差電材料制作的溫差電偶組裝而成， 單片最大輸出功率可達19W。采用一組環路熱管作為溫差發電系統的散熱器件，環路熱管的熱導介質采用乙醇。該環路熱管的蒸發器3緊貼在溫差發電系統2的冷面。環路熱管的冷凝器5放入水箱6中。水箱6的進水口7和出水口4分別接在供水回路中。在太陽光入射時，取太陽光強度為800W/m2，該系統可以產生的最大發電功率達到200W，同時可為太陽能采暖和熱水一體化系統提供4 kff以上的熱功率，既可以為建筑物提供房屋采暖，又可以為用戶提供生活熱水。在長期無光照或太陽能不足以使冷水加熱到所需溫度時，在智能的能源管理器監控下，將電源接入溫差發電系統，給熱管組件蒸發器加熱，產生4 kW熱功率。熱量通過熱管的冷凝器傳遞給水箱內的水。加熱了的循環水攜帶熱量通往淋浴設備或采暖裝置。[0034] 由上述實施例可以看出，本實用新型通過在半導體溫差發電裝置的一面用太陽能聚集器聚集太陽光為其加熱，另一面用熱管組件的蒸發器為其降溫。在利用溫差發電的同時還能利用溫差發電系統冷面的熱量加熱水箱中的水。能將太陽能同時轉化成電能和熱能，不但可以滿足生活用電的需求，同時還能滿足生活供熱需求。在長期無光照或光照強度不足時，溫差發電系統轉換成為一臺溫差電熱泵，吸收空氣中的空氣能將其轉化成熱能，高效地提供生活用熱。應當理解的是，本實用新型的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，例如，集熱系統所收集的熱能不局限于太陽能，還可以是生物質能或工業及生活余熱，太陽能聚集裝置不限于菲涅爾透鏡、旋轉拋物面，也可以使用槽式聚光器和平板集熱器等太陽能聚集裝置，還可以是現在使用非常廣泛的熱管式集熱器；該太陽能發電和供熱一體化系統中還可以設置一個能源管理器，以調節和分配電能、控制和調節水溫，還可進行運行狀態指示或異常狀態報警等；該太陽能發電和供熱一體化系統的水路管道中還可以設置一個循環泵，以有利于水路的暢通。所有這些改進和變換都應屬于本實用新型權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其特征在于，包括聚集太陽能的集熱系統、利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統、熱水系統和能源管理系統，其中所述利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統包括利用太陽能發電及供熱或利用空氣能供熱的半導體溫差發電裝置；所述集熱系統包括為所述半導體溫差發電裝置的熱面供熱的太陽能聚集裝置，設置在所述半導體溫差發電裝置的熱面側；所述吸收半導體溫差發電裝置冷面的熱量給水加熱的熱水系統，設置在半導體溫差發電裝置的冷面側；所述能源管理系統包括電源控制裝置，所述電源控制裝置包括電流輸入輸出電路，電源控制裝置的電流輸入輸出電路與半導體溫差發電裝置電聯接；還包括電能存儲裝置和 /或逆變電路，儲存半導體溫差發電裝置發出電能的電能存儲裝置與電流輸入輸出電路連接；所述將半導體溫差發電裝置發出的電能逆變到電網側的逆變電路與電流輸入輸出電路和電能存儲裝置連接；所述給半導體溫差發電裝置反向供電的電能存儲裝置通過電流輸入輸出電路與半導體溫差發電裝置電聯接。
2.根據權利要求1所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其特征在于，所述的熱水系統包括熱管組件、熱導介質、水箱，其中，所述熱管組件包括互相連接的蒸發器和冷凝器；所述熱導介質填充在所述的熱管組件中；所述熱管組件的蒸發器設置在半導體溫差發電裝置的冷面上；所述熱管組件的冷凝器設置在水箱的內腔中。
3.根據權利要求1所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其特征在于，所述能源管理系統還包括附加電源和監控裝置，所述附加電源通過逆變電路電聯接到半導體溫差發電裝置，所述監控裝置設置在所述綜合利用太陽能和空氣能的集成功能系統中。
4.根據權利要求2所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其特征在于，所述的蒸發器和冷凝器為S型熱管。
5.根據權利要求2所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其特征在于，還包括一個蒸發平臺，所述蒸發平臺設置于所述半導體溫差發電裝置的冷面上，所述蒸發器設置在蒸發平臺內部。
6.根據權利要求2所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其特征在于，所述水箱中設置有一個加熱裝置，所述加熱裝置為電熱管、光波管或半導體熱泵。
7.根據權利要求1或權利要求2所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其特征在于，所述的太陽能聚集裝置為菲涅爾透鏡、旋轉拋物面太陽熱能聚集器、槽式太陽能聚集器或平板集熱器。
8.根據權利要求1或權利要求2所述的綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，其特征在于，所述半導體溫差發電裝置由溫差電偶制作的溫差發電組件組裝而成。
專利摘要本實用新型公開了一種綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統，包括用于聚集太陽能的集熱系統、利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統、熱水系統和能源管理系統，其中所述利用太陽能及空氣能的熱電聯產系統包括半導體溫差發電裝置，用于利用太陽能發電及供熱或利用空氣能供熱；所述集熱系統包括太陽能聚集裝置，設置在所述半導體溫差發電裝置的熱面側，用于為所述半導體溫差發電裝置的熱面供熱；所述熱水系統設置在半導體溫差發電裝置的冷面側，用于吸收半導體溫差發電裝置冷面的熱量給水加熱。利用本實用新型可及集太陽能和空氣能利用于一體，不僅能實現利用太陽能發電及供熱，在無光照或太陽光強度不足的情況下還能利用空氣能持續供熱。
文檔編號F24J2/32GK202303959SQ20112037575
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者區文, 區煜廣 申請人:區煜廣