一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)。包括集熱器陣列、第一光伏電池組、第一直流循環(huán)泵、水箱，所述第一直流循環(huán)泵串聯(lián)集熱器陣列的循環(huán)進(jìn)口和水箱的水循環(huán)出口之間，集熱器陣列的循環(huán)出口和水箱的水循環(huán)進(jìn)口連通；第一直流循環(huán)泵的輸入電源端和第一光伏電池組電連接，且由第一光伏電池組驅(qū)動(dòng)；本實(shí)用新型系統(tǒng)的水力特性與第一直流循環(huán)泵匹配后的伏安特性與第一光伏電池組輸出的伏安特性相互匹配，匹配后的第一直流循環(huán)泵的輸出流量隨著輻照變化而變化，本實(shí)用新型系統(tǒng)的起動(dòng)輻照為100～150W/㎡；所需流量更?。幌到y(tǒng)簡(jiǎn)單穩(wěn)定。在實(shí)際運(yùn)行中，天氣良好時(shí)，采用光伏驅(qū)動(dòng)的直流循環(huán)系統(tǒng)，并無運(yùn)行費(fèi)用的消耗。
【專利說明】一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于太陽能光電光熱綜合利用領(lǐng)域，具體涉及光伏發(fā)電與太陽能熱水系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能被視為最具潛力的未來能源，現(xiàn)已成為世界各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一。我國(guó)開發(fā)利用太陽能已有幾十年的歷史，光熱、光電利用技術(shù)趨于成熟，且已得到廣泛的應(yīng)用。光熱方面，在我國(guó)太陽能熱水系統(tǒng)已被社會(huì)廣泛接受，按循環(huán)方式分為被動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)和主動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)。被動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)要求存儲(chǔ)裝置安裝高度高于集熱器，其不需循環(huán)動(dòng)力，流量與熱水器吸收的太陽能成正比，維護(hù)甚為簡(jiǎn)單，已被社會(huì)廣泛采用。但這種熱水器(系統(tǒng))只適合于獨(dú)立的小面積使用，而對(duì)于大型熱水及采暖系統(tǒng)，或者性能要求較高的熱水系統(tǒng)，或者水箱安裝高度不適宜高于集熱器的熱水系統(tǒng)等等，一般均需要采用主動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)。而且當(dāng)前大力推廣的熱水-采暖-熱泵制冷一體化系統(tǒng)，其中并入的太陽能熱水系統(tǒng)均需采用主動(dòng)循環(huán)方式。當(dāng)前這種主動(dòng)循環(huán)的熱水系統(tǒng)一般采用以下控制方式:當(dāng)集熱器頂端水溫高于水箱底部水溫5時(shí)，控制器開啟啟動(dòng)循環(huán)泵。這種系統(tǒng)流量恒定，性能容易預(yù)測(cè)，同樣條件下較自然循環(huán)系統(tǒng)可獲得較高的水溫，且較容易與建筑一體化設(shè)計(jì)與集中管理，用戶體驗(yàn)更佳。
[0003]目前主動(dòng)循環(huán)式系統(tǒng)的循環(huán)動(dòng)力多為市電，根據(jù)溫差的大小來啟動(dòng)和關(guān)閉循環(huán)。如此，系統(tǒng)依賴于電網(wǎng)，而且輻照較低時(shí)可造成泵的頻繁開啟與關(guān)閉，影響系統(tǒng)壽命。由于系統(tǒng)間歇循環(huán)，循環(huán)流量始終大于系統(tǒng)所需。采用變頻泵取代交流循環(huán)泵，理論上可以有很好的節(jié)能效果，但根據(jù)光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速的技術(shù)過于復(fù)雜、穩(wěn)定性差，成本也很高，并不具有廣泛的經(jīng)濟(jì)型。將太陽光部分轉(zhuǎn)化為電能，作為系統(tǒng)的循環(huán)動(dòng)力，直接驅(qū)動(dòng)直流泵，將是一種很好的解決方案。中國(guó)專利ZL200710029601.5、ZL201020277225.9、ZL200710030104.7等都公開了利用太陽能發(fā)電然后驅(qū)動(dòng)水泵提水的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的普遍特點(diǎn)是光伏輸出需要MPPT控制器，需要蓄電池和充放電控制器，而且這種系統(tǒng)對(duì)于動(dòng)力的需求及水力特性與輻照并無直接相關(guān)性，因而光伏電力僅作為電池的充電電源，其電池組成和輸出伏安特性對(duì)系統(tǒng)的性能并無直接影響。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了實(shí)現(xiàn)利用熱水循環(huán)系統(tǒng)的水力學(xué)特性、泵及電機(jī)特性、光伏的輸出特性之間的耦合關(guān)系，使得系統(tǒng)的循環(huán)流量隨著輻照的強(qiáng)度變化而變化，從而使系統(tǒng)所需的流量更小及電功耗更小、且熱效率更高，本實(shí)用新型提供一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)。
[0005]具體的技術(shù)解決方案如下:
[0006]—種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)包括一組以上的集熱器陣列1、第一光伏電池組2、第一直流循環(huán)泵3、水箱4，所述第一直流循環(huán)泵3串聯(lián)在一組以上的集熱器陣列I的循環(huán)進(jìn)口和水箱4的水循環(huán)出口之間，一組以上的集熱器陣列I的循環(huán)出口和水箱4的水循環(huán)進(jìn)口連通；第一直流循環(huán)泵3的輸入電源端和第一光伏電池組2電連接，且由第一光伏電池組2驅(qū)動(dòng)；所述每組集熱器陣列I為太陽能平板集熱器通過串聯(lián)組成，兩組以上的集熱器陣列I通過并聯(lián)連接；所述第一光伏電池組2為太陽能單晶硅光伏電池組或多晶硅光伏電池組；所述第一直流循環(huán)泵3為直流無刷離心式循環(huán)泵；所述水箱4為保溫水箱；所述太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的水力特性與第一直流循環(huán)泵3匹配后的伏安特性與第一光伏電池組2輸出的伏安特性相互匹配，匹配后的第一直流循環(huán)泵3的輸出流量隨著輻照變化而變化，太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的起動(dòng)輻照為100?150W/ IIf。
[0007]所述太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的輻照為750?850W/ Hl2時(shí)，第一直流循環(huán)泵3達(dá)到最佳流量和揚(yáng)程。
[0008]還包括盤管換熱器8，所述盤管換熱器8位于水箱4內(nèi)，所述第一直流循環(huán)泵3)串聯(lián)在一組以上的集熱器陣列I的循環(huán)進(jìn)口和盤管換熱器8的工質(zhì)出口之間，一組以上的集熱器陣列I的循環(huán)出口和盤管換熱器8的工質(zhì)進(jìn)口連通。
[0009]還包括板式換熱器5，所述第一直流循環(huán)泵3串聯(lián)在一組以上的集熱器陣列I的循環(huán)進(jìn)口和板式換熱器5的工質(zhì)出口之間，一組以上的集熱器陣列I的循環(huán)出口和板式換熱器5的工質(zhì)進(jìn)口連通；板式換熱器5的水循環(huán)出口連通著水箱4的水循環(huán)進(jìn)口，板式換熱器5的水循環(huán)進(jìn)口連通著水箱4的水循環(huán)出口之間串聯(lián)著第二直流循環(huán)泵6，第二直流循環(huán)泵6和第二光伏電池組7電連接，由第二光伏電池組7驅(qū)動(dòng)；其中一組以上的集熱器陣列1、板式換熱器5和第一直流循環(huán)泵3構(gòu)成一次系統(tǒng)，即工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；水箱4、板式換熱器5和第二直流循環(huán)泵6構(gòu)成二次系統(tǒng)，即水循環(huán)系統(tǒng)；所述第二直流循環(huán)泵6為直流無刷離心式循環(huán)泵。
[0010]所述一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量為0.003?0.015L/ (m2 s);所述二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量為 0.008 ?0.05 L/ Cm2 S)。
[0011]所述第一直流循環(huán)泵3和第二直流循環(huán)泵6的額定工作電壓為3的倍數(shù)。
[0012]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)具體說明如下:
[0013]1.集熱器陣列和水箱及管路的按現(xiàn)有熱水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工方法施工；
[0014]2.根據(jù)集熱器系統(tǒng)管路的水力學(xué)特性匹配相應(yīng)的直流泵水力特性。對(duì)于支路流量設(shè)計(jì)較為均勻的一次系統(tǒng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量取在0.003?0.015L/(m2 s)，且在系統(tǒng)條件允許的情況下，盡量采用小的流量值。對(duì)于二次系統(tǒng)，設(shè)計(jì)流量取0.008?0.05 L/(m2 s)之間。此時(shí)，系統(tǒng)的循環(huán)水力特性基本滿足H=RQ~2(其中R值可實(shí)測(cè)，或由管路組成方案按照現(xiàn)有工程標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算)，相應(yīng)的選取的泵的最佳效率點(diǎn)應(yīng)盡量接近或滿足此公式。如圖2，系統(tǒng)的阻力特性曲線與泵的特性曲線的交點(diǎn)在泵的最大效率點(diǎn)處；
[0015]3.系統(tǒng)所選用的直流泵盡量使用無刷直流水泵，且泵體具有較小的啟動(dòng)電流和較寬的工作電壓，且額定工作電壓最好是3的倍數(shù)；
[0016]4.根據(jù)以上原則選定泵體后，需要依據(jù)直流泵安裝到循環(huán)系統(tǒng)上后的整體輸入伏安特性曲線匹配相應(yīng)的第一光伏電池組成。具體原則為，循環(huán)泵在輻照為100?150W/ m2時(shí)候循環(huán)泵啟動(dòng)，開始循環(huán)。當(dāng)集熱器平面所得輻照比當(dāng)?shù)厍绾锰鞖庀碌娜?小時(shí)輻照值的平均值略高時(shí)(如800 ff/ m2)直流循環(huán)泵達(dá)到或接近其設(shè)計(jì)的最佳工況；
[0017]5.系統(tǒng)所匹配的光伏電池陣列輸出應(yīng)滿足(I)使所連接的循環(huán)泵在100?150W/m2時(shí)開始啟動(dòng)循環(huán)，(2)泵體的輸入伏安特性曲線與光伏電池在不同輻照下的輸出伏安特性曲線的交點(diǎn)盡量在各個(gè)曲線的最大輸出功率點(diǎn)左端附近，(3)在當(dāng)?shù)厍绾锰鞖庀碌娜?小時(shí)輻照值的平均值略高時(shí)(如800 W/m2)達(dá)到光伏電池的最佳功率輸出。需要注意的是首先要保證啟動(dòng)輻照值不過大。圖3為一種典型的直流無刷水泵的連接到循環(huán)管路后的伏安特性曲線，圖中顯示直流無刷泵啟動(dòng)電流遠(yuǎn)大于其最小工作電流。如圖4 (I_PV1000是1000W輻照下光伏電池的輸出電流，I_PV500為500W輻照強(qiáng)度下光伏電池的輸出電流，以此類推)所示的匹配情況，當(dāng)輻照超過500W時(shí)泵才能啟動(dòng)，且啟動(dòng)后泵的輸入電壓變化很小，對(duì)應(yīng)的輸出流量也僅微弱變化，這就是不良匹配，系統(tǒng)熱效率十分低下，甚至全天無明顯有效得熱。如圖5所示，使用電池面積相對(duì)于4增加一倍，泵啟動(dòng)后，流量隨著輻照強(qiáng)弱變化，但泵仍需要500W的啟動(dòng)輻照，500W以內(nèi)的輻照能量難以收集，系統(tǒng)全天熱性能降低40%以上。如圖6所示，此為本實(shí)用新型使用的匹配方式之一，所用電池面積相對(duì)于5增加兩倍，此時(shí)泵能在輻照超過100W后啟動(dòng)，啟動(dòng)后輸出流量隨著輻照而變化。此種情況下，系統(tǒng)已經(jīng)能很好的收集太陽熱，系統(tǒng)熱效率與傳統(tǒng)系統(tǒng)熱效率基本一致甚至略高。如圖7所示，此為本實(shí)用新型的另一種匹配方式，改進(jìn)光伏電池陣列的組建方式，如此既保證系統(tǒng)在100W輻照強(qiáng)度時(shí)可以啟動(dòng)循環(huán)，且系統(tǒng)循環(huán)流量隨輻照變化的更為明顯，系統(tǒng)性能也更好，更重要的是所使用的光伏電池面積相對(duì)圖5方式減少25%到40%。
[0018]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面:
[0019]1.熱水系統(tǒng)所需流量更小。現(xiàn)有熱水系統(tǒng)采用溫差控制循環(huán)流量的開啟和關(guān)閉的方式控制熱水系統(tǒng)的運(yùn)行，在運(yùn)行中系統(tǒng)的循環(huán)流量基本為一恒定的值，為保證系統(tǒng)在大輻照情況下仍能有效收集太陽熱，系統(tǒng)設(shè)定的循環(huán)流量值在全天大部分時(shí)間內(nèi)是偏大的，且當(dāng)輻照較小時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)出先頻繁的開啟和關(guān)閉的情況。而本實(shí)用新型中的系統(tǒng)，其循環(huán)流量隨著輻照的增強(qiáng)和增強(qiáng)，小輻照時(shí)候時(shí)系統(tǒng)流量就小，如此，系統(tǒng)全天的平均流量更小。系統(tǒng)所需流量減小意味著所需的泵功率更小，且系統(tǒng)所用管路管徑可以減小。以10 m2的實(shí)測(cè)系統(tǒng)而言，按當(dāng)前工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需約60W的交流泵。但同樣的對(duì)比系統(tǒng)中，使用14W的直流泵系統(tǒng)的全天熱性能即可超過使用交流泵的系統(tǒng)；
[0020]2.系統(tǒng)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，且根據(jù)輻照強(qiáng)度自適應(yīng)控制。系統(tǒng)不需要特別增加控制器，無需蓄電池儲(chǔ)能，無需蓄電池充放電控制器，便可以正常工作起來，且能很大程度上避免傳統(tǒng)溫差控制方案中出現(xiàn)的泵的頻發(fā)啟動(dòng)和關(guān)閉的問題；
[0021]3.系統(tǒng)構(gòu)造成本可能相比更低，且運(yùn)行維護(hù)成本更低。傳統(tǒng)的熱水系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)時(shí)候需要太陽能控制器、交流循環(huán)泵，且需要接入城市電網(wǎng)消耗電能。本實(shí)用新型中的熱水系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)時(shí)候需要太陽能電池板、直流循環(huán)泵。但由于所需直流循環(huán)泵的功率遠(yuǎn)小于交流泵功率，因而相對(duì)于所需的交流泵，直流泵成本可能更低。由于系統(tǒng)所需的驅(qū)動(dòng)功率較小，所配備的光伏電池面積很小，光伏電池的成本甚至還可能低于太陽能控制器的成本。同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行中無需消耗交流電，基本無運(yùn)行電費(fèi)。以實(shí)測(cè)的某個(gè)10 IIf系統(tǒng)為例，采用現(xiàn)有工程標(biāo)準(zhǔn)的熱水系統(tǒng)，使用DN15的管道系統(tǒng)，配備一個(gè)90W的交流循環(huán)泵和一個(gè)太陽能系統(tǒng)控制器。交流循環(huán)泵成本約300元，控制器成本200元。而采用光伏驅(qū)動(dòng)的直流循環(huán)系統(tǒng)使用14W的直流循環(huán)泵和總峰值功率32W的光伏電池。直流循環(huán)泵成本約90元，光伏電池成本約160元。其總構(gòu)造成本反而減少了 250元，且光伏驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無需連接傳感器探頭，無需連接遠(yuǎn)端控制器，無需接入交流電網(wǎng)，安裝時(shí)的電路連線更簡(jiǎn)單方便，若計(jì)算安裝人工成本，其建造成本相對(duì)減少更多。在實(shí)際運(yùn)行中，天氣良好時(shí)候，采用交流泵的系統(tǒng)泵體每天工作約8h，耗電功率約90W，控制器全天24h工作，耗電功率約10W。而采用光伏驅(qū)動(dòng)的直流循環(huán)系統(tǒng)，并無運(yùn)行費(fèi)用的消耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為系統(tǒng)的原理圖。
[0023]圖2為良好匹配的泵及系統(tǒng)的特性曲線圖。
[0024]圖3為實(shí)測(cè)的直流泵用于循環(huán)系統(tǒng)上之后的泵的輸入伏安特性曲線圖。
[0025]圖4為一種電壓不良匹配情況下，光伏電池與系統(tǒng)輸入的伏安特性曲線圖。
[0026]圖5為一種電流良好匹配情況下，光伏電池與系統(tǒng)輸入的伏安特性曲線圖。
[0027]圖6為一種良好匹配情況下，光伏電池與系統(tǒng)輸入的伏安特性曲線圖。
[0028]圖7為一種良好匹配情況下，改進(jìn)結(jié)構(gòu)的光伏電池與系統(tǒng)輸入的伏安特性曲線圖。
[0029]圖8為具有盤管換熱器的光伏驅(qū)動(dòng)的二次循環(huán)熱水系統(tǒng)圖。
[0030]圖9為具有板式換熱器的光伏驅(qū)動(dòng)的二次循環(huán)熱水系統(tǒng)圖。
[0031]上圖中序號(hào):集熱器陣列1、第一光伏電池組2、第一直流循環(huán)泵3、水箱4、板式換熱器5、第二直流循環(huán)泵6、第二光伏電池組7、盤管換熱器8。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地說明。
[0033]實(shí)施例1
[0034]參見圖1，一種光伏驅(qū)動(dòng)的直連熱水系統(tǒng)。包括一組集熱器陣列1、第一光伏電池組2、第一直流循環(huán)泵3、水箱4，第一直流循環(huán)泵3串聯(lián)在一組集熱器陣列I的水循環(huán)進(jìn)口和水箱4的水循環(huán)出口之間，一組集熱器陣列I的水循環(huán)出口和水箱4的水循環(huán)進(jìn)口連通；第一直流循環(huán)泵3的輸入電源端和第一光伏電池組2電連接，且由第一光伏電池組2驅(qū)動(dòng)。
[0035]一組集熱器陣列I采用5塊lmX2m規(guī)格的平板太陽能集熱器并聯(lián)組成陣列，采用DN15的鍍鋅鋼管與容積為750L的保溫的水箱4連接。第一直流循環(huán)泵3為最大揚(yáng)程5米、最大流量500L/h、使用溫度100度、額定工作電壓12V、最大功率14W、壽命2萬小時(shí)的無刷直流隔離水泵；所有管道都需要做好保溫。
[0036]第一光伏電池組2可以是a或b兩種結(jié)構(gòu):
[0037]a、8塊開路電壓7.2V、工作電壓6V、峰值功率4.5W的太陽能單晶硅光伏電池兩兩串聯(lián)之后并聯(lián)而成的陣列，所有電池總峰值功率36W ；
[0038]b、由并聯(lián)陣列與串聯(lián)陣列連接組成陣列，其結(jié)構(gòu)圖如圖8。其中并聯(lián)部分為一塊開路電壓3.6V，工作電壓3V，短路電流1.7A的光伏模塊。其中串聯(lián)部分的光伏電池為13.8V短路電流1.7A。整個(gè)陣列的電池總的峰值功率為24.5W。
[0039]當(dāng)太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的輻照為800W/ IIf時(shí)，第一直流循環(huán)泵3的流量為
0.lL/s、揚(yáng)程為1.7米。
[0040]實(shí)施例2
[0041]參見圖8, —種光伏驅(qū)動(dòng)的二次循環(huán)熱水系統(tǒng)。包括集熱器陣列1、第一光伏電池組2、第一直流循環(huán)泵3、水箱4和盤管換熱器8。盤管換熱器8位于水箱4內(nèi)，第一直流循環(huán)泵3串聯(lián)在集熱器陣列I的循環(huán)進(jìn)口和盤管換熱器8的工質(zhì)出口之間，集熱器陣列I的循環(huán)出口和盤管換熱器8的工質(zhì)進(jìn)口連通。
[0042]其中集熱器陣列I由21塊ImX 2m的平板集熱器每7個(gè)并聯(lián)成一組，然后3組再通過DN25的鍍鋅管并聯(lián)而成。盤管換熱器8的有效換熱面積為15平米。水箱4的容積為
3.5噸。第一直流循環(huán)泵3的額定揚(yáng)程8米，額定流量2立方米每小時(shí)，電壓24V，最大功率180W。第一光伏電池組2的開路電壓為30V、短路電流為10A。
[0043]當(dāng)太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的輻照為800W/ Itl2時(shí)，第一直流循環(huán)泵3的流量為
2.2立方米每小時(shí)、揚(yáng)程約6米。
[0044]實(shí)施例3
[0045]參見圖9, 一種光伏驅(qū)動(dòng)的二次循環(huán)熱水系統(tǒng)。包括集熱器陣列1、第一光伏電池組2、第一直流循環(huán)泵3、水箱4、板式換熱器5、第二直流循環(huán)泵6和第二光伏電池組7 ;第一直流循環(huán)泵3串聯(lián)在集熱器陣列I的循環(huán)進(jìn)口和板式換熱器5的工質(zhì)出口之間，集熱器陣列I的循環(huán)出口和板式換熱器5的工質(zhì)進(jìn)口連通；板式換熱器5的水循環(huán)出口連通著水箱4的水循環(huán)進(jìn)口，板式換熱器5的水循環(huán)進(jìn)口連通著水箱4的水循環(huán)出口之間串聯(lián)著第二直流循環(huán)泵6，第二直流循環(huán)泵6和第二光伏電池組7電連接，由第二光伏電池組7驅(qū)動(dòng)；其中一組以上的集熱器陣列1、板式換熱器5和第一直流循環(huán)泵3構(gòu)成一次系統(tǒng)，即工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；水箱4、板式換熱器5和第二直流循環(huán)泵6構(gòu)成二次系統(tǒng)，即水循環(huán)系統(tǒng)；所述第二直流循環(huán)泵6為直流無刷離心式循環(huán)泵。
[0046]其中集熱器陣列I由21塊lmx2m的平板集熱器每7個(gè)并聯(lián)成一組，然后3組再通過DN25的鍍鋅管并聯(lián)而成。板式換熱器5的等效換熱面積約30平米。第一直流循環(huán)泵3和第二直流循環(huán)泵6均為無刷直流循環(huán)泵，第一光伏電池組2和第二光伏電池組7均為多晶娃光伏電池組成的光伏電池陣列。水箱4的容積為3.5噸。第一直流循環(huán)泵3為額定揚(yáng)程8米、額定流量2立方米每小時(shí)、電壓24V、最大功率180W。第二直流循環(huán)泵6為最大揚(yáng)程5米、最大流量700L每小時(shí)、額定工作電壓為12V。第一光伏電池組2的開路電壓30V，短路電流10A，或者是串聯(lián)部分開路電壓7.2V、短路電流5A與并聯(lián)部分開路電壓29V、短路電流5A的電池陣列按照?qǐng)D8的方式連接而成。第二光伏電池組7的開路電壓14.4V、短路電流3.4A，或者按照案例I中的方案b來匹配。
[0047]當(dāng)太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的輻照為800W/ Itl2時(shí)，第一直流循環(huán)泵3的流量為
2.2立方米每小時(shí)、揚(yáng)程為6米；第二直流循環(huán)泵6的流量為500L/h、揚(yáng)程為1.6米。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)，包括一組以上的集熱器陣列(I)、第一光伏電池組(2)、第一直流循環(huán)泵(3)、水箱(4)，所述第一直流循環(huán)泵(3)串聯(lián)在一組以上的集熱器陣列(I)的循環(huán)進(jìn)口和水箱(4)的水循環(huán)出口之間，一組以上的集熱器陣列(I)的循環(huán)出口和水箱(4)的水循環(huán)進(jìn)口連通；第一直流循環(huán)泵(3)的輸入電源端和第一光伏電池組(2)電連接，且由第一光伏電池組(2)驅(qū)動(dòng)，其特征在于:所述每組集熱器陣列(I)為太陽能平板集熱器通過串聯(lián)組成，兩組以上的集熱器陣列(I)通過并聯(lián)連接；所述第一光伏電池組(2)為太陽能單晶硅光伏電池組或多晶硅光伏電池組；所述第一直流循環(huán)泵(3)為直流無刷離心式循環(huán)泵；所述水箱(4)為保溫水箱；所述太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的水力特性與第一直流循環(huán)泵(3)匹配后的伏安特性與第一光伏電池組(2)輸出的伏安特性相互匹配，匹配后的第一直流循環(huán)泵(3)的輸出流量隨著輻照變化而變化，太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的起動(dòng)輻照為100~150W/ m2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)的輻照為750~850W/ m2時(shí)，第一直流循環(huán)泵(3)達(dá)到最佳流量和揚(yáng)程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)，其特征在于:還包括盤管換熱器(8)，所述盤管換熱器(8)位于水箱(4)內(nèi)，所述第一直流循環(huán)泵(3)串聯(lián)在一組以上的集熱器陣列(I)的循環(huán)進(jìn)口和盤管換熱器(8)的工質(zhì)出口之間，一組以上的集熱器陣列(I)的循環(huán)出口和盤管換熱器(8)的工質(zhì)進(jìn)口連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)，其特征在于:還包括板式換熱器(5)，所述第一直流循環(huán)泵(3)串聯(lián)在一組以上的集熱器陣列(I)的循環(huán)進(jìn)口和板式換熱器(5)的工質(zhì)出口之間，一組以上的集熱器陣列(I)的循環(huán)出口和板式換熱器(5)的工質(zhì)進(jìn)口連通；板式換熱器(5)的水循環(huán)出口連通著水箱(4)的水循環(huán)進(jìn)口，板式換熱器(5)的水循環(huán)進(jìn)口連通著水箱(4)的水循環(huán)出口之間串聯(lián)著第二直流循環(huán)泵(6)，第二直流循環(huán)泵(6)和第二光伏電池組(7)電連接，由第二光伏電池組(7)驅(qū)動(dòng)；其中一組以上的集熱器陣列(I)、板式換熱器(5)和第一直流循環(huán)泵(3)構(gòu)成一次系統(tǒng)，即工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；水箱(4)、板式換熱器(5)和第二直流循環(huán)泵(6)構(gòu)成二次系統(tǒng)，即水循環(huán)系統(tǒng)；所述第二直流循環(huán)泵(6)為直流無刷離心式循環(huán)泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)，其特征在于:所述一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量為0.003~0.015L/ (m2 s);所述二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量為0.008~0.05L/ ( m2 s)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光伏驅(qū)動(dòng)的太陽能主動(dòng)循環(huán)式熱水系統(tǒng)，其特征在于:所述第一直流循環(huán)泵(3)和第二直流循環(huán)泵(6)的額定工作電壓為3的倍數(shù)。
【文檔編號(hào)】F24J2/20GK203771744SQ201420133522
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】季杰, 王艷秋, 袁偉琪, 孫煒, 郭超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)