專利名稱：太陽能發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能發(fā)電領域，特別是一種利用自然能向家用電器設備提供電源的半自動化或全自動化發(fā)電裝置。
背景技術：
當前在國際市場上，特別是在一些發(fā)展中的國家和地區(qū)，電力供應情況存在供應緊缺的狀況，在我國的大中城市缺電、限電和電力供不應求的現(xiàn)象也較為常見，在邊遠地區(qū)、邊防海島。。。。。。仍有尚無供電設施的地方。隨著社會的發(fā)展，科技的進步，人民的生活水平不斷提高，各種家用電器已經(jīng)進入了千家萬戶，市場供應的各種家電產(chǎn)品緊跟時尚的潮流，層出不窮，滿足人們的科技生活享受，人們的購買能力與日俱增和生活用電的直線上升，必然和工業(yè)、農業(yè)、產(chǎn)業(yè)爭相用電，使國家的供電網(wǎng)超負荷，造成了限電、停電現(xiàn)象時有發(fā)生?！つ壳吧鐣ǔＪ褂玫墓╇娂夹g是(I)小風力發(fā)電受季節(jié)性無風和風力大小的限制；(2)小水利發(fā)電受地理資源和水位落差和水流速度的限制；(3)火力發(fā)電和小型內燃機發(fā)電消耗固體燃料和石油資源，造成環(huán)境污染和噪音。因此上述小型發(fā)電設備不宜進入千家萬戶，更不宜在室內使用。近年來，國內外日益重視環(huán)境的凈化問題，尤其是對于因二氧化碳的排放導致地球變暖的危機感更為深刻。對清潔能源的需求更為迫切，在這樣的背景情況下，太陽能電池組由于其安全性和容易處理的特性，被視為清潔能源的首選之一。太陽能發(fā)電設備通常存在發(fā)電成本高的問題，特別是為了將其引入電力市場，就必須降低發(fā)電費用，實現(xiàn)與火力發(fā)電或原子能發(fā)電持平的費用，使之低成本化。使之不受晝夜或天陰無陽的影響，保持連續(xù)供能發(fā)電的可持續(xù)性。本發(fā)明的目的是提供一種可廣泛應用于家用電器設備的太陽能全天候發(fā)電裝置。采用一種實用、太陽能利用率高，結構簡便的太陽能發(fā)電方法解決人們生活中使用電能的問題，來一場家用電能的革命，讓人們不再為家用能源奔波勞累，以更充沛的活力來創(chuàng)造美好的明天。本發(fā)明采用的技術方案本發(fā)明提出的太陽能發(fā)電裝置由太陽能集熱器、熱能發(fā)電機組、蓄熱儲能系統(tǒng)、太陽能發(fā)電控制器組成。一、太陽能集熱器采用合金材料金屬網(wǎng)或陶瓷片作為吸收體，采用園錐形高壓熔融石英玻璃窗口，使聚焦太陽能可以射入吸收體內部，具有聚光集熱一體，換熱效率高的優(yōu)點。壓力可達到I. 5-3. OMpa，熱效率達60-80 %。家用太陽能集熱器由I個至N個集熱器并連、串聯(lián)，能量轉化規(guī)模按設計需要調正，采用低沸點O 40°C)具節(jié)流膨脹性的工質，儲存在貯液器內，經(jīng)集熱器加熱后汽化形成高溫高壓蒸氣使熱能發(fā)電機組發(fā)電，乏氣工質經(jīng)散熱冷凝后轉為液態(tài)進入循環(huán)。二、太陽能集熱器收集太陽能聚光集熱升溫，使集熱器內腔的低沸點工質很快汽化，並隨著溫度的升高，壓力越來越大，以異丁烷工質為例，溫度為90°C時壓力可達2Mpa這樣的高溫高壓氣體從管道傳送給熱能發(fā)電機組發(fā)電，作功后的工質經(jīng)換熱器對被泵機壓入工質予熱以提高熱利用率，然后由于溫度降低進入冷凝器，冷凝液化進入工質貯存器，然后再泵入太陽能集熱器重新獲得升溫汽化，循環(huán)工作，從而達到太陽能發(fā)電的目的。通過換熱器對熱能發(fā)電機進行冷卻，達到熱能轉換成機械能再轉換成電能的高效率利用和安全運行、效率高的優(yōu)點。壓力可達到1.5-3. OMpa，熱效率達60-80%。為了解決家用太陽能發(fā)電成本高，不能保持連續(xù)性發(fā)電，影響推廣應用的問題，本發(fā)明的太陽能發(fā)電裝置設計了蓄熱儲能系統(tǒng)，可將太陽能發(fā)電的盈余電能儲存起來進行蓄熱儲能發(fā)電三、蓄熱儲能系統(tǒng)的組成由蓄熱體、儲能體和殼體及超級電容器、蓄電池組成。(一)蓄熱體
(I)太陽能發(fā)電的電力輸出端除與用戶供電電路連接外，還與蓄熱體內的電加熱器連接；(2)蓄熱體設計有用保溫材料制成的絕熱外殼，殼體內有N個蓄熱模塊按順序排列，可以最大化的存儲熱能量；(3)蓄熱模塊采用耐高溫的非金屬材料制成(遠紅外氧化鋁蜂窩陶瓷，Ae203、Mg0及其混合物)一般由多個蓄熱模塊組合成一個蓄熱體；(4)利用多個蓄熱體存儲系統(tǒng)可使太陽能發(fā)電全天候更加有效的工作。(二)儲能體(I)超級電容器儲能由于超級電容的電化學雙電容的充放電過程無化學反應，具有高度的可逆性，它具有蓄電池無可比擬的高倍率充放電特性，可快速充電，同時還具有存儲和使用壽命長，原材料容易獲取、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，工作中一般是由多個超級電容器以串聯(lián)組合方式工作與蓄電池組一起，作為一個模組對系統(tǒng)進行充放電。(2)壓縮空氣儲能利用剩余電力驅動壓縮機將空氣高壓壓入儲氣模塊中，在電網(wǎng)負荷高峰期釋放壓縮空氣推動發(fā)電機組發(fā)電。(3)采用把發(fā)條或扭力彈簧的機械能儲存起來組成幾個機械儲能模塊按順序在儲能體中排列，用電時使發(fā)條或扭力彈簧儲存的機械能帶動永磁發(fā)電機旋轉使其發(fā)電。(a)能量多少取決于鋼板長度，鋼板越長，彈性越大，能量就大。(b)功率大小與鋼板的彈性、厚度、圈數(shù)、半徑成正比。(c)根據(jù)彈簧的壓力和扭矩的大小設計制造各種所需功率的發(fā)動機與發(fā)電機組成發(fā)電機組，適用于家庭發(fā)電動力的需要。(d)充能時通過太陽能充能機把太陽能轉化成機械能儲存在儲能模塊中，也可用外力或直流電機把發(fā)條或扭力彈簧上緊。(e)白天儲存，等到?jīng)]有太陽時，利用儲能器中能量轉化為電能輸出，輸電、儲能一體化。四、太陽能熱能發(fā)電機組本發(fā)明提出的太陽能發(fā)電機組，采用稀土永磁材料制成外轉子式發(fā)電機，采用了直聯(lián)的方法獲得了結構緊湊，體積小、重量輕的目的，定子(電樞)繞組采用波形質量較高的正弦分布繞組，為了提高繞線和嵌槽功效，整個繞組線圈的設置可一次性繞成，中間無須接頭，從而提高了整機工作的可靠性，同時降低了成本，體積小、重量輕，符合家用發(fā)電的設計需要。
家用永磁發(fā)電機由定子，轉子，發(fā)電機外殼組成，發(fā)電機定子由電樞線圈和電樞鐵芯構成，轉子則由稀土磁鋼，轉子殼體構成，轉子安裝在定子外，無需聯(lián)軸器，直接安裝在動力機轉軸上定子直接固定在發(fā)電機外殼上，電樞鐵芯采用齒磁密較高的“T”型齒，本發(fā)明采用發(fā)電機部分與動力機部分直聯(lián)方式，結構緊湊，高效可靠，阻力小，成本低，便于攜帶，用于城市停電或電力不足時的家庭發(fā)電。工作原理太陽能經(jīng)太陽能電池轉化為電能和熱能兩個部分，把可利用的電能和熱能通過太陽能控制器轉換成熱發(fā)電的形式發(fā)電，用以產(chǎn)生高溫使集熱器內腔的工質受熱澎脹產(chǎn)生高溫高壓工質氣體，驅動發(fā)電機組發(fā)電，從而將太陽能轉換為電能，作功后的工質經(jīng)換熱器對被泵機壓入的工質予熱以提高熱效率，然后由于高溫高壓工質把大部分熱能轉換成電能后變?yōu)榈蜏氐蛪籂顟B(tài)，進行冷凝液化后再送于貯液器中進行循環(huán)使用，由于低沸點工質氣化迅速、吸收熱量快，冷凝時釋放的熱量少，焓降少，因此太陽能利用效率高。予熱后的工質進 入集熱器的內腔體，構成發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)發(fā)電。發(fā)電機發(fā)出的電能除供用戶用電外，盈余的電能轉換成熱能和機械能蓄存到蓄熱儲能系統(tǒng)中。以備天陰無陽時連續(xù)使用。通過蓄熱儲能系統(tǒng)使本發(fā)明的發(fā)電、供電保持連續(xù)性并具有實用性、穩(wěn)定性，有利于本發(fā)明的規(guī)模化應用與推廣。


圖I是太陽能發(fā)電裝置的結構示意中1.是太陽能光伏電池組與太陽能熱電集熱器構成的聚光集熱組合(光電轉換+熱電轉換)。2.接地故障傳感器；3.太陽能控制器4.逆變系統(tǒng)5.配電盒6.漏電斷路器7.負載8.電源系統(tǒng)9.發(fā)電機組10.蓄熱儲能系統(tǒng) 11.蓄電池12.超級電容器 13.蓄熱模塊 14.儲能模塊圖2是常用蓄熱工質特性表圖3是太陽能發(fā)電裝置的系統(tǒng)原理中1.是太陽能電池組與太陽能熱電集熱器構成的聚光集熱組合(光電轉換+熱電轉換)。15.氣水分離器 16.高壓管17.熱能發(fā)電機組 18.太陽能發(fā)電控制器19.負載20.泵21.貯液器22.冷凝器由于太陽能具有波動性，早中晚強度各不相同，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在早晚或云遮間隙必須依靠儲存的能量維持系統(tǒng)正常運行，按照熱能存儲方式不同，太陽能高溫蓄熱技術可分為以下三種儲熱方式I.潛熱蓄熱通過蓄熱材料發(fā)生相變時放出熱量來實現(xiàn)能量的儲存，具有蓄熱密度大，充放熱過程溫度波動范圍小等優(yōu)點。
2.化學反應蓄熱通過化學反應熱來進行蓄熱，具有儲能密度高，可以長期儲存等優(yōu)點，利用氫氧化鈣分解成氧化鈣和水的逆反應來存儲太陽能。3.顯熱蓄熱主要是通過某種材料溫度的上升與下降而存儲熱能，這是原理簡單技術成熟，材料來源豐富，成本低廉的一種熱能存儲方式。常見的蓄熱工質有導熱油、鈉、硝酸鹽、混凝土、沙-石-礦物油、水蒸氣、陶瓷等其特性見圖2.采用混合熔鹽作為傳熱和蓄熱工質，這種熔鹽在220 V開始熔化，在600 V以下熱性能穩(wěn)定，蓄熱系統(tǒng)由一個冷鹽器和一個熱鹽器組成，兩個貯鹽器的熔鹽熱能可供汽輪機滿負荷運行3h，系統(tǒng)工作時，冷鹽器內的冷鹽經(jīng)熔鹽泵輸送到集熱器內，吸熱升溫后進入熱鹽器同時高溫熔鹽從熱鹽器進入茁氣發(fā)生器，產(chǎn)生高溫高壓茁氣，驅動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電而熔鹽作功后溫度降低則回到冷鹽器，再進入集熱器吸熱循 環(huán)。熔鹽作為熱發(fā)電的傳熱，蓄熱工質的優(yōu)點I.原理簡單，而操作效率大大提高可以將朗肯循環(huán)的效率由導熱油的37. 6%提聞到40 % ο2.通過提高集熱器的溫度，在發(fā)電量不變的情況下可以減少蓄能系統(tǒng)的體積和重量。3.熔鹽與導熱油相比，價格低且不會對環(huán)境產(chǎn)生任何危害。4.可根據(jù)不同的溫度要求選擇不同配比的鹽。五·輔助能源系統(tǒng)負責太陽能發(fā)電裝置的監(jiān)控系統(tǒng)和安全運行的測量。在蓄熱系統(tǒng)供熱出現(xiàn)不足的情況下，通常也可采用天然氣輔助能系統(tǒng)供熱。具體實施本發(fā)明利用太陽能發(fā)電的裝置如圖I、圖3所示，它由太陽能集熱器I、熱能發(fā)電機組9、蓄熱儲能系統(tǒng)10、太陽能發(fā)電控制器3組成，在太陽能集熱器內的熱交換工質采用異丁烷或氨水，集熱器的輸出接汽水分離器15，汽水分離器15的出口端經(jīng)高壓管連接汽輪發(fā)動機，汽輪發(fā)動機的輸出軸連接稀土永磁發(fā)電機，汽輪機的排氣端經(jīng)回氣管連接吸收器21，汽水分離器15的出水端經(jīng)回水管接吸收器21，吸收器21的輸出端經(jīng)輸出管接溶液泵20，溶液泵20的輸出端經(jīng)輸入液管接太陽能集熱器I的輸入端，在高壓管上接有節(jié)流閥，高壓工質氣體通過節(jié)流閥然后進入汽輪發(fā)動機，由所述的稀土永磁發(fā)電機輸出的電流經(jīng)太陽能發(fā)電控制器3(18)向蓄電池11、超級電容器組12充電儲能并供電。太陽能集熱器I內的工質出口與熱能發(fā)電機組9的入口通過高壓管道連接，在高壓管道上串接有調節(jié)閥，冷凝器22的工質進口與熱能發(fā)電機組9的工質出口由管道連接，冷凝器22的工質出口與貯液器21的工質進口由管道連接，貯液器21的工質出口與泵20的工質入口相連接，泵20的工質出口與太陽能集熱器的入口相連接，共同組成工作循環(huán)回路。為保證回路中工質流動方向的穩(wěn)定性，在回路上分別串接單向閥，為調節(jié)泵的出口流量，串接有調節(jié)閥。貯液器上還裝有安全閥和排污閥門。所述的工質為低沸點、中高溫制冷工質，選用新型無氟制冷工質，如異丁烷、異戊烷、丙烷、氨等。為了提高工質的氣化溫度和壓力，太陽能集熱器可采用多個串聯(lián)、并聯(lián)方式連接，以有效利用太陽能集熱器的受熱面積。本發(fā)明的控制器與市電輸入端設有自動轉換開關，當本發(fā)明裝置啟動時，市電輸入自動關閉，太陽能發(fā)電自動導通輸入電能。在這種互用系統(tǒng)中，可以同時輸入直流電與交流電，系統(tǒng)配備的發(fā)電輸出功率，可以按需要配置，達到500W、1000W、3000W，建立容量不同的太陽能光伏熱能供電系統(tǒng)、太陽能發(fā)電控制器為一體化機構，設置功能為逆變器系統(tǒng)、設置在太陽能電池組與系統(tǒng)電源之間的絕緣變壓器、設置在逆變器與電源之間的漏電斷路器、接地故障檢測裝置設于接地電路中。其中太陽能電池組的正極端接地、負極端接地、在太陽能電池組正極端的對地電壓與負極端的對地電壓的絕對值之比為2I處使電路接地。當出現(xiàn)太陽光能不足或沒有光能時，太陽能發(fā)電控制器啟動蓄熱儲能系統(tǒng)，分別啟用蓄熱模塊儲備、空氣能儲備，儲能模塊作為備用電源的啟動配備，以及蓄電池、超級電容器組等，使太陽能發(fā)電裝置全天候連續(xù)發(fā)電，供電。為人們用電提供了便利，因此本發(fā)明具有廣闊的開發(fā)利用前景。能源是人類社會活動的物質基礎，家庭用電的3KW系統(tǒng)，投資低、運行成本低、可獨立設置，有很大的安裝和使用靈活性。設備使用壽命長，不需要熟練的人力看管和維護， 安全、穩(wěn)定、不消耗自然資源，占地面積小、無污染，全天候連續(xù)性發(fā)電，電費低于目前的發(fā)電設施費用，特別適合于城市、區(qū)縣、山區(qū)、牧區(qū)、無電力線的邊遠地區(qū)、邊防部隊及各種需要電力的地方。
權利要求
1.太陽能發(fā)電裝置由太陽能集熱器、熱能發(fā)電機組、蓄熱儲能系統(tǒng)和太陽能發(fā)電控制器組成。其特征是太陽能集熱器由太陽能光伏電池組與太陽能集熱器一體化的組合配置。熱能發(fā)電機組采用稀土永磁材料制成的轉子式發(fā)電機，發(fā)電機部分與動力機部分直連的方式，使其體積小、重量輕、成本低。蓄熱儲能系統(tǒng)由超級電容器、蓄電池組、蓄熱模塊、儲能模塊組成。太陽能發(fā)電控制器采用微電腦芯片智能控制系統(tǒng)對蓄電儲能系統(tǒng)的充放電、太陽能發(fā)電裝置的工作電壓、輸入輸出電流及逆變、控制開關進行多功能管理及保護。
2.根據(jù)權利要求I所述的太陽能發(fā)電裝置的太陽能集熱器為菲涅耳透鏡集熱器。
3.根據(jù)權利要求I所述的太陽能發(fā)電裝置的蓄熱儲能系統(tǒng)其特征在于所述的蓄熱模塊采用耐高溫的非金屬材料制成。蓄熱模塊按順序排列在蓄熱體內，蓄熱體設有用絕熱保溫材料制成的封閉外殼和電加熱器。儲能模塊由壓縮空氣模塊和發(fā)條儲能模塊按順序排列。蓄熱儲能系統(tǒng)由控制器控制開關，并連接驅動發(fā)電機組。
4.根據(jù)權利要求I所述的太陽能發(fā)電裝置的太陽能集熱器采用合金材料金屬網(wǎng)或陶瓷片作為吸收體，采用園錐形高壓熔融石英玻璃窗口，使聚焦太陽能可以射入吸收體內部，具有聚光集熱一體，換熱效率高的優(yōu)點。壓力可達到I. 5-3. OMpa，熱效率達60-80 %。家用太陽能集熱器由I個至N個集熱器并連、串聯(lián)，能量轉化規(guī)模按設計需要調正，采用低沸點(^ 400C )具節(jié)流膨脹性的工質，儲存在貯液器內，經(jīng)集熱器加熱后汽化形成高溫高壓蒸氣使熱能發(fā)電機組發(fā)電，乏氣工質經(jīng)散熱冷凝后轉為液態(tài)進入循環(huán)。
5.根據(jù)權利要求I所述的太陽能發(fā)電裝置的蓄熱儲能系統(tǒng)的組成由蓄熱體、儲能體和殼體及超級電容器、蓄電池組成。
6.根據(jù)權利要求I所述的太陽能發(fā)電裝置的太陽能熱能發(fā)電機組本發(fā)明提出的太陽能發(fā)電機組，采用稀土永磁材料制成外轉子式發(fā)電機，采用了直聯(lián)的方法獲得了結構緊湊，體積小、重量輕的目的，定子(電樞)繞組采用波形質量較高的正弦分布繞組，為了提高繞線和嵌槽功效，整個繞組線圈的設置可一次性繞成，中間無須接頭，從而提高了整機工作的可靠性，同時降低了成本，體積小、重量輕，符合家用發(fā)電的設計需要。家用永磁發(fā)電機由定子，轉子，發(fā)電機外殼組成，發(fā)電機定子由電樞線圈和電樞鐵芯構成，轉子則由稀土磁鋼，轉子殼體構成，轉子安裝在定子外，無需聯(lián)軸器，直接安裝在動力機轉軸上定子直接固定在發(fā)電機外殼上，電樞鐵芯米用齒磁密較聞的“T”型齒,本發(fā)明米用發(fā)電機部分與動力機部分直聯(lián)方式，結構緊湊，高效可靠，阻力小，成本低，便于攜帶，用于城市停電或電力不足時的家庭發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明提出的太陽能發(fā)電裝置由太陽能集熱器、熱能發(fā)電機組、蓄熱儲能系統(tǒng)、太陽能發(fā)電控制器組成。太陽能集熱器采用合金材料金屬網(wǎng)或陶瓷片作為吸收體，采用園錐形高壓熔融石英玻璃窗口，使聚焦太陽能可以射入吸收體內部，具有聚光集熱一體，換熱效率高的優(yōu)點。壓力可達到1.5-3.0Mpa熱效率達60-80％。家用太陽能集熱器由1個至N個集熱器并連、串聯(lián)，能量轉化規(guī)模按設計需要調正，采用低沸點(≥40℃)具節(jié)流膨脹性的工質，儲存在貯液器內，經(jīng)集熱器加熱后汽化形成高溫高壓蒸氣使熱能發(fā)電機組發(fā)電，乏氣工質經(jīng)散熱冷凝后轉為液態(tài)進入循環(huán)。
文檔編號F24J2/05GK102801367SQ20121029715
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月21日 優(yōu)先權日2012年8月21日
發(fā)明者范志平, 王小非, 肖永剛 申請人:范志平, 王小非, 肖永剛