一种新型模块化光伏光热互补一体化智能利用系统的制作方法

本实用新型涉及光伏光热综合利用技术领域，尤其涉及一种模块化光伏光热互补一体化智能利用系统。

背景技术：

能源的短缺，已成为人类迫切需要解决的问题。如果能合理的利用好太阳能，将对各国经济发展所面临的环境污染以及能源短缺问题产生积极重要的影响。

目前光热利用、光伏利用已广泛应用于中国广大地区，光热利用中，真空管型太阳能热水器以其操作方便、节能高效等优点已迅速推广全国，对中国节能减排具有积极作用；光伏利用中，太阳能电池板光电转换技术也日趋成熟，光伏光热综合利用技术的产生与应用更是大大提高了太阳能的综合利用效率。

传统的真空管型太阳能热水器存在太阳能利用率偏低、利用渠道结构功能单一且存在能源浪费现象造成真空管型太阳能热水器未能实现太阳能综合有效利用，不能完全发挥真空管型太阳能热水器的优势。目前还没有基于光伏光热利用技术，对真空管型太阳能热水器进行创新设计，缺乏针对提升真空管型太阳能热水器太阳能利用率的研究，相比较现行高效的综合太阳能利用系统效率和利用价值还有很大提升空间。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本实用新型提供了一种模块化光伏光热互补一体化智能利用系统，能够实现光伏光热综合利用，提高太阳能利用率。

本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种模块化光伏光热互补一体化智能利用系统，其特征在于，包括：

向阳伸缩支撑架，呈框架结构；

集热循环装置，安装于所述向阳伸缩支撑架上；

蓄电池；

若干真空管，并列位于所述向阳伸缩支撑架上，由所述向阳伸缩支撑架调整所述真空管与水平面之间的倾斜角，其中，所述真空管包括：

玻璃外管；

玻璃内管，设置于所述玻璃外管内，所述玻璃内管与所述玻璃外管之间形成真空夹层；

太阳能电池板组件，设置于所述玻璃外管的内壁上，与所述蓄电池连接；

导热管，设置于所述玻璃内管的前端，所述导热管的一端伸入所述玻璃内管内，所述导热管的另一端伸入至所述集热循环装置内；

相变材料，填充在所述玻璃内管的内腔与所述导热管之间；

跟踪装置，安装于所述向阳伸缩支撑架上，并与所述真空管连接，能够捕捉太阳光角度的变化，并能够驱动所述玻璃外管绕自身轴线转动，并能够实现光伏和光热模式切换；

控制系统，与所述跟踪装置连接，所述跟踪装置将捕捉的太阳光角度的变化信号传递给控制系统，所述控制系统根据跟踪装置反馈的太阳光角度的变化信号控制跟踪装置，以驱动所述玻璃外管绕自身轴线转动；

其中，在光热模式下，太阳光直接照射于所述玻璃内管上，所述太阳能电池板组件始终处于背光面，在光伏模式下，太阳光直接照射于太阳能电池板组件上，所述玻璃内管始终处于背光面。

作为优选，所述向阳伸缩支撑架具有两个相同的支架组件，所述支架组件包括：

底座；

竖杆，底端安装于所述底座上；

第二伸缩杆，相对于所述竖杆倾斜设置；

第一伸缩杆和第三伸缩杆，均位于所述竖杆与所述第二伸缩杆之间，并连接所述竖杆与所述第二伸缩杆；

滑轮，安装于所述第二伸缩架的底端；

第一驱动源，用于驱动所述第一伸缩杆和所述第二伸缩杆伸缩，以调整所述第二伸缩杆与水平面之间的倾斜角；

其中，两个所述支架组件通过至少一个横杆连接，两个所述第二伸缩杆所在的平面为受光工作面，多个所述真空管设置于所述受光工作面上，并跟随所述第二伸缩杆摆动，以调整所述真空管与水平面之间的倾斜角。

作为优选，所述真空管还包括：

第一封盖，设置于所述玻璃外管的前端，所述第一封盖为环形封盖，所述第一封盖上设有外螺纹；

第二封盖，设置于所述玻璃外管的后端，所述第二封盖上设有外螺纹；

第三封盖，设置于所述玻璃内管的前端；所述第三封盖与所述第一封盖之间设有全封闭式轴承，以使所述玻璃外管可相对于所述玻璃内管绕自身轴线转动。

作为优选，所述跟踪装置包括主动机构，所述主动机构包括：

第二驱动源，用于提供动力；

主动轮，所述第二驱动源可驱动所述主动轮转动；

若干第一从动轮，所述第一从动轮与所述真空管一一对应，所述第一从动轮为环形轮，所述第一从动轮的内壁设有内螺纹，用于与所述第二封盖螺纹连接；

第一传动带，张紧在所述主动轮与若干第一从动轮上，所述主动轮转动，带动所述传动带转动，从而使得所述第一从动轮转动。

作为优选，所述跟踪装置还包括从动机构，所述从动机构包括第二传动带和若干第二从动轮，所述第二从动轮与所述真空管一一对应，所述第二从动轮为环形轮，所述第二从动轮的内壁上设有内螺纹，用于与所述第一封盖螺纹连接。

作为优选，所述集热循环装置包括：

壳体，所述壳体内设有容置空间，所述壳体的底部具有多个螺纹通孔，所述螺纹通孔与所述真空管一一对应，用于与所述第三封盖螺纹连接，所述壳体上还设有流体入口和流体出口，所述流体入口和流体出口均与所述容置空间连通；

保温隔层，设置于所述壳体内壁。

作为优选，所述保温隔层由陶瓷纤维制成，所述陶瓷纤维的厚度为0～1mm。

作为优选，所述玻璃内管外壁上从内到外依次设置减反层和聚光层；所述太阳能电池板组件上朝向玻璃内管的表面设置有隔热层，所述玻璃内管的内壁上设置有吸收层。

作为优选，所述太阳能电池板组件为柔性太阳能电池板组件，所述导热管为热二极管。

作为优选，所述控制系统还与所述第一驱动源连接，以控制所述真空管与水平面之间的倾斜角。

本实用新型的有益效果：

本实用新型中，向阳伸缩支撑架能够调整真空管与水平面之间的倾斜角，即调整真空管的高度角，使真空管集热效率、光伏产电效率分别达到性能最优高度角，跟踪装置捕捉太阳光角度变化驱动真空管的玻璃外管绕自身轴线转动以调整玻璃外管的方位角，实现单轴追光。光热模式下，真空管中太阳能电池板组件处于背光面，太阳光辐直接照射至玻璃内管上，玻璃内管中的相变材料吸收太阳光并热量，通过导热管将热量传递至集热循环装置内，跟踪装置捕捉太阳光角度变化调整真空管外管方位角，使得太阳能电池板组件始终处于背光面，使真空管集热功率达到最高。当产生的热量达到用户要求时，跟踪装置驱动真空管绕自身轴线旋转180°，实现光伏光热模式切换，太阳光直接照射在太阳能电池板组件上，太阳能电池板产电，所产电能储存于蓄电池中供用户使用，在光伏模式下，跟踪装置捕捉太阳光角度变化调整真空管外管方位角，使得太阳光始终直接照射于太阳能电池板组件上，而玻璃内管始终处于背光面，延长真空管寿命，使产电效率达到最高。通过以上过程，实现光伏光热联产，提高太阳能综合利用效率。

本实用新型中，导热管与玻璃内管的间隙填充有相变材料，相比现有技术的真空管，本实用新型由于相变材料导热系数大、储热密度高，热损耗小，稳定性高等优点，能及时吸收真空管所收集的热量，同时能及时的通过导热管将热量传递出去，大大降低热损耗，提高系统稳定性。此外，相变材料可维持整体真空管温度均衡，为太阳能电池板工作提供稳定合适环境，减轻了太阳能电池板的热负荷与温升，使太阳能电池板保持较高的光电转换效率，所产热量均通过导热管传至集热循环系统，使得本实用新型能够供足够多的热量。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的一种模块化光伏光热互补一体化智能利用系统的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的向阳伸缩支撑架的结构示意图；

图3为根据本实用新型实施例的真空管的结构示意图；

图4为根据本实用新型实施例的跟踪装置主动机构310的结构示意图；

图5为根据本实用新型实施例的跟踪装置从动机构320的结构示意图；

图6为根据本实用新型实施例的集热循环装置的结构示意图；

附图标记

100-向阳伸缩支撑架；111-第一伸缩外杆；112-第一伸缩内杆；121-第二伸缩外杆；122- 第二伸缩内杆；131-第三伸缩外杆；132-第三伸缩内杆；

140-第一驱动源；150-底座；160-滑轮；170-螺母；

200-真空管；210-玻璃外管；220-玻璃内管；230-太阳能电池板组件；241-第一封盖； 242-第二封盖；243-第三封盖；250-导热管；260-相变材料；

310-主动机构；311-主动轴；312-键；313-第一传动带；314-第一从动轮；315-主动轮；320- 从动机构；321-第二从动轮；322-第二传动带；

400-集热循环装置；410-壳体；420-保温隔层；431-第一流体入口；432-第一流体出口； 433-第二流体入口；434-第二流体出口；435-排污口。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本实用新型实施例的一种模块化光伏光热互补一体化智能利用系统。

请参阅图1至6，根据本实用新型的实施例的一种模块化光伏光热互补一体化智能利用系统，包括：向阳伸缩支撑架100、真空管200、跟踪装置、集热循环装置400、蓄电池和控制系统。

具体地，如图2所示，向阳伸缩支撑架包括第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆、滑轮和底座150。竖杆的底端安装于所述底座150上，第二伸缩杆相对于所述竖杆倾斜设置，第一伸缩杆和第三伸缩杆均位于所述竖杆与所述第二伸缩杆之间，并连接所述竖杆与所述第二伸缩杆；第一伸缩杆包括第一伸缩外杆111和第一伸缩内杆112，第二伸缩杆包括第二伸缩内杆122和第二伸缩外杆121，第三伸缩杆包括第三伸缩内杆132和第三伸缩外杆131，作为优选，本实施例中的第三伸缩杆有两个，其中一个第三伸缩杆与竖杆垂直，另一个第三伸缩杆与竖杆倾斜。第一伸缩杆的两端分别与竖杆的顶端以及第二伸缩杆的顶端通过螺母170 固定连接，第一伸缩杆为弧形，与集热循环装置400的外壳相匹配。第一驱动源140为第一电机，用于驱动所述第一伸缩杆和所述第二伸缩杆伸缩，以调整所述第二伸缩杆与水平面之间的倾斜角，滑轮160安装于所述第二伸缩架的底端，可前后运动。两个支架组件通过至少一个横杆连接，本实施例中，两个第二伸缩杆的顶端和底端分别通过一个横杆连接，两个竖杆的顶端和底端分别通过一个横杆连接，使得整个向阳伸缩支撑架稳定。两个所述第二伸缩杆所在的平面为受光工作面，多个所述真空管200设置于所述受光工作面上，并跟随所述第二伸缩杆运动，以调整所述真空管200与水平面之间的倾斜角。

如图3所示，真空管200包括玻璃外管210、玻璃内管220、太阳能电池板、第一封盖241、第一封盖241、第三封盖243、导热管、相变材料260。具体地，如图3所示，玻璃外管210和玻璃内管220为同轴线圆套管，玻璃内管220设置在玻璃外管210内，玻璃外管210 和玻璃内管220后端为半球形圆头密封。第一封盖241设置于所述玻璃外管210的前端，第一封盖241为环形封盖，第一封盖241上设有外螺纹；第二封盖242设置于所述玻璃外管210 的后端，第二封盖242上设有外螺纹；第三封盖243设置在玻璃内管220的前端，所述第三封盖243与所述第一封盖241之间设有全封闭式轴承，以使玻璃外管210可相对于玻璃内管 220绕自身轴线转动，所有封盖均为金属材料制成，所述第三封盖243与所述第一封盖241 之间设有全封闭式轴承，使得玻璃外管210的内壁与玻璃内管220外壁组合成环形密闭真空层，除具有传统真空管提高集热效率的优点外，还可使处于真空夹层的太阳能电池板工作不受外界环境干扰，延长系统寿命。太阳能电池板组件230通过封装胶膜贴于玻璃外管210的内壁。太阳能电池板优选为柔性太阳能电池板，以能够与玻璃外管210内壁紧密贴合。

如图3和图6所示，导热管250设置于所述玻璃内管220的前端，所述导热管250的一端伸入所述玻璃内管220内，所述导热管250的另一端伸入至所述集热循环装置400内，所述玻璃内管220的内腔与所述导热管250之间填充有相变材料260，用于吸收太阳光以产生热量。通过导热管250的作用，相变材料260储存的热量与集热循环装置400进行高效换热。作为优选，导热管250优先选用热二极管，以使热量定向传递，降低热量损失。

作为优选，第一封盖241与玻璃外管210的前端之间，第二封盖242与玻璃外管210的后端之间以及第三封盖243与玻璃内管220的前端之间均设有保温陶瓷纤维，陶瓷纤维的厚度为0～1mm之间。所述玻璃内管220外壁上从内到外依次设置减反层和聚光层；所述太阳能电池板组件230表面设置有隔热层，以防止太阳能电池板组件230温度过高，影响使用寿命，玻璃内管220的内壁上设置有吸收层，能够更好的吸收太阳光。

如图6所示，集热循环装置400包括壳体410和保温隔层420；壳体410由铝合金材料制成，所述壳体410内设有容置空间，所述壳体410的底部具有排污口435和多个螺纹通孔，所述螺纹通孔与所述真空管200一一对应，用于与所述第三封盖243螺纹连接；本具体实施例中，集热循环装置400内设有两个独立的容置空间，分别为饮用水容置空间和普通水容置空间，分别用于产生饮用热水和普通热水，壳体410顶端设有第一流体入口431、第二流体入口433，壳体410左端设有第一流体出口432，右端设有第二流体出口434，第一流体入口 431和第一流体出口432均与饮用水容置空间连通，第二流体入口433与第二流体出口434 均与普通水容置空间连通，第一流体入口431和第二流体入口433连通至水源，第一流体出口432连通净水器，由净水器流出的水可供用户直接饮用，第二流体出口434连通普通水容置空间与水箱，可为用户提供热水。保温隔层420设置于所述壳体410的内壁上，用于保温，作为优先，保温层为陶瓷纤维，陶瓷纤维的厚度为0～1mm之间。

如图4和图5所示，跟踪装置安装于所述向阳伸缩支撑架100上，包括主动机构310和从动机构320，主动机构310包括第一箱体以及位于第一箱体内的第二驱动源、主动轴311、主动轮315、若干第一从动轮314和第一传动带313，第一箱体的两端由两个第二伸缩杆的底端支撑，各个从动轮均可转动地设置在第一箱体内。第二驱动源用于提供动力，第二驱动源为第二电机，第二电机的电机轴与主动轴311连接，主动轮315通过键312同轴安装于主动轴311上。所述第一从动轮314与所述真空管200一一对应，所述第一从动轮314为环形轮，所述第一从动轮314的内壁设有内螺纹，用于与所述第二封盖242螺纹连接；第一传动带313 张紧在所述主动轮315与若干第一从动轮314上，所述主动轮315转动，带动所述传动带转动，使得所述第一从动轮314转动，从而使得真空管200的玻璃外壁绕自身轴线转动。从动机构320包括第二箱体和设置在第二箱体内的第二传动带322和若干第二从动轮321，第二箱体的两端分别与两个第二伸缩杆的顶端连接，多个第二从动轮321均可转动地安装于第二箱体内。所述第二从动轮321与所述真空管200一一对应，所述第二从动轮321为环形轮，所述第二从动轮321的内壁上设有内螺纹，用于与所述第三封盖243螺纹连接，从动机构320 对真空管200起到支撑作用。

蓄电池连接太阳能电池板组件230，储存太阳能电池板组件230产生的电力，主要解决用户的照明和系统运行使用。

控制系统与第一驱动源140以及跟踪装置连接，控制系统用于控制所述真空管与水平面之间的倾斜角，使真空管在光热模式或者光伏模式时，均位于最佳倾角位置，实现集热效率、光伏产电效率达到最优。跟踪装置能够捕捉太阳光的角度变化，即单轴追光，控制系统还用于根据跟踪装置反馈的追光信号，控制第二驱动源以控制真空管200的方位角。

本实用新型的工作原理：

通常系统处于光热模式，太阳光直接照射于所述玻璃内管220上，所述太阳能电池板组件230始终处于背光面，跟踪装置捕捉太阳光角度变化并反馈给控制系统，控制系统控制第一驱动源140使向阳伸缩支撑架动作，以调整真空管200的高度角，使玻璃内管220中的相变材料260接收更多的太阳光，同时控制系统通过第二驱动源调整真空管200的玻璃外壁的方位角，避免了太阳能电池板组件230遮蔽太阳光，提高集热效率；随着太阳总辐射量的增加，真空管200所集热量被真空管200中相变材料260吸收，并使相变材料260中热量经导热管传至集热循环装置400，使得本系统能够产出足够的热量供用户使用。当所生产热量达到用户要求时或在预定电、热产出比下，控制系统控制跟踪装置使真空管200绕自身轴线翻转180°，实现光伏光热模式切换，控制系统同时控制向阳伸缩支撑架100调整真空管200 的高度角，并使太阳能电池板组件230达到其效率最佳倾角，此时太阳能电池板组件230吸收太阳光以产生电能，并将电能储存于蓄电池中。在光伏模式中，跟踪装置捕捉太阳光角度变化实时调整真空管200的方位角，使太阳光直接照射于太阳能电池板组件230上，所述玻璃内管220始终处于背光面，提高产电效率，所产电能储存于蓄电池中供用户使用。通过以上过程，实现光伏光热联产，提高太阳能综合利用效率。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。