一种碟式太阳能发电供暖系统的制作方法

1.本实用新型涉及太阳能热利用技术领域，具体涉及一种碟式太阳能发电供暖系统。


背景技术：

2.斯特林碟式(又称盘式)太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统，是目前太阳能发电效率最高的太阳能发电系统，最高可达到29.4％。碟式系统的主要特征是采用碟(盘)状抛物面镜聚光集热器，该集热器是一种点聚焦集热器，可使传热工质加热到750℃左右，驱动发动机进行发电。这种系统可以独立运行，作为无电边远地区的小型电源，一般功率为10～25kw，聚光镜直径约10～15m；也可用于较大的用户，把数台至十台装置并联起来，组成小型太阳能热发电站。
3.但是斯特林碟式(又称盘式)太阳能热发电系统的主要发电装置是依赖于斯特林发电机，而斯特林发电机在运行时需要利用热缸与冷缸的温度差实现高效发电，因此如热缸的热量传递到冷缸，或者冷缸出现升温时，会导致冷缸冷却缸内空气的能力下降，必然会导致斯特林发电机的发电效率的降低；而目前的斯特林碟式(又称盘式)太阳能热发电系统往往只有发电的能力，并非常依赖于价格昂贵的蓄电池进行电能存储；如能将发电与热能存储两者进行结合，可极大地提高发电效率的同时进行能源的综合利用及存储，使太阳能发电效益呈现最大化。


技术实现要素：

4.基于上述问题，本实用新型目的在于提供一种可有效提升斯特林发电机组发电效率，同时进行电热混合存储，便于进行能源管理的碟式太阳能发电供暖系统。
5.针对以上问题，提供了如下技术方案：一种碟式太阳能发电供暖系统，包括斯特林盘式太阳能发电装置，所述斯特林盘式太阳能发电装置包括弧形反光板及斯特林发电机，所述斯特林发电机的热缸位于弧形反光板的焦点位置处，所述斯特林发电机的冷缸外套有换热缸套形成冷却腔，所述换热缸套设有与冷却腔连通用于供给冷却液的进液口及出液口；还包括可与斯特林发电机的热缸位置相互切换的采热装置，所述采热装置包括采热进口及采热出口；所述采热进口与进液口之间设有第一三通阀，所述采热出口与出液口之间设有第二三通阀；所述第二三通阀往第一三通阀方向依次经过换热排、补液排气箱及循环泵；所述第一三通阀控制采热进口与循环泵方向连通时，所述第二三通阀控制采热出口与换热排方向连通；所述第一三通阀控制进液口与循环泵方向连通时，所述第二三通阀控制出液口与换热排方向连通；还包括注有储能液的储能水箱，所述换热排位于储能水箱内并浸于储能液中，所述储能水箱设有循环进口及循环出口；还包括蓄电池及与蓄电池电连接的充放电模块，所述斯特林发电机的发电机与充放电模块电连接。
6.上述结构中，换热缸套包裹于斯特林发电机的冷缸外，当弧形反光板的焦点落于热缸上时，能有效降低热传导造成的冷缸温度上升问题，利用冷却液辅助冷却冷缸以保证
冷缸与热缸之间有足够的温差来保证斯特林发电机的高效运转发电，使斯特林发电机上的发电机发出的电能能够经充放电模块存储于蓄电池内；同时经过冷缸的冷却液吸收冷缸的热量后通过换热排对储能水箱的储能液进行热交换，以此提升储能水箱内储能液的温度，从而进行热能的存储，补液排气箱则用于排出经换热冷却后的冷却液中的气泡，避免循环泵循环时泵入空气；由于蓄电池存在充满电的情况，故在蓄电池满电的情况下，斯特林发电机的继续运行发电会造成大量电能的浪费，因此设置采热装置配合第一三通阀及第二三通阀的切换，使弧形反光板的焦点落于采热装置上，直接对采热装置进行加温，利用冷却液并配合换热排、补液排气箱及循环泵对储能液进行热交换，提升热能的采集效率，在蓄电池满电状态下减少太阳能不必要的浪费及损失。
7.本实用新型进一步设置为，所述斯特林盘式太阳能发电装置还包括周转架及设置于周转架上的俯仰架，所述弧形反光板设置于俯仰架上，所述俯仰架上还设有往弧形反光板焦点方向延伸的延伸架；所述延伸架上设有模式切换架，所述斯特林发电机及采热装置设置于模式切换架上。
8.上述结构中，周转架用于控制周转架上方的俯仰架的转动方向，而俯仰架用于控制弧形反光板的俯仰角度，实现对太阳的跟踪，延伸架则用于将斯特林发电机的位置安装至弧形反光板的焦点位置，使斯特林发电机的热缸能捕捉到弧形反光板的焦点位置太阳光热能(现有技术)，由于在进行模式转换时，需要将位于弧形反光板的焦点位置的斯特林发电机的热缸替换成采热装置，因此要将斯特林发电机及采热装置设置到模式切换架上进行切换。
9.本实用新型进一步设置为，所述模式切换架通过蜗轮蜗杆减速器使其在延伸架上180度往复摆动；所述斯特林发电机的热缸及采热装置分别位于模式切换架的两端位置。
10.上述结构中，可有效降低斯特林发电机及采热装置对阳光的遮挡，在不改变受光面积的情况下通过转动180度来实现热缸与采热装置的切换。
11.本实用新型进一步设置为，所述储能水箱内还设有电加热装置，所述电加热装置与充放电模块电连接。
12.上述结构中，当夜间光照不足时，可通过电加热装置对储能水箱内的储能液加温；或者在白天蓄电池满电状态下，利用电加热装置对储能水箱内的储能液进行辅助加温，以减少蓄电池内的电能，进而给斯特林发电机的发电提供电能存储空间；在此需要说明的是，白天蓄电池处于满电状态下，优选采用采热装置采热对储能水箱内的储能液进行储能，其原因在于此方式可尽可能减少能源性质转换时带来的浪费；电加热装置优选为氮化硅加热器。
13.本实用新型进一步设置为，所述储能水箱的循环出口下游依次连接供暖泵、辅助加热装置、供暖设备后与循环进口相连；所述辅助加热装置与充放电模块电连接。
14.上述结构中，供暖泵可将储能液泵往辅助加热装置加热，或者使储能液成为蒸汽状态供给供暖设备使用，并从循环进口回收至储能水箱；所述辅助加热装置的启动与否由供暖设备的使用性质及位于储能水箱内储能液的余温决定；在使用时储能水箱内储能液的温度已无法满足供暖设备的要求，可利用辅助加热装置进行加热升温，至于为何不采用储能水箱内的电加热装置直接对储能水箱内的储能液加温，其原因在于：储能水箱内的储能液量过大，加热时要达到供暖设备温度的要求，必定会使其全部加热，一旦储能水箱内的储
能液整体温度都上升后但无法完全利用完其热能就会造成电能的浪费，而采用辅助加热装置可实现流经多少即加热多少，做到了用多少加热多少，有效避免浪费，为下一个日照循环提供有效的热能承载量；所述辅助加热装置优选为氮化硅加热器。
15.本实用新型进一步设置为，所述采热装置包括采热排及罩于采热排外的透明玻璃罩构成，所述采热进口及采热出口位于采热排上并穿过透明玻璃罩设置，所述透明玻璃罩内腔为真空。
16.上述结构中，采热排通过透明玻璃罩包裹，配合抽真空，尽可能减少采热排采热时的热能散失，尤其是沙漠地区及空气流动较大的区域尤为明显。
17.本实用新型进一步设置为，所述采热排包括两端连通采热进口及采热出口的蛇形管，以及设置于蛇形管上的铝合金换热翅片，所述铝合金换热翅片表面设有黑色阳极氧化层。
18.上述结构中，黑色阳极氧化层吸热效率高，有效提高太阳光中热辐射的捕获效率，同时透明玻璃罩抽真空后，可有效避免铝合金换热翅片、铜制的蛇形管的氧化；透明玻璃罩也能有效防止风沙带来的侵害，避免灰尘附着于铝合金换热翅片上影响热采集；透明玻璃罩自身能有效减少灰尘附着量，同时也便于清理附着于透明玻璃罩上的灰尘。
19.本实用新型进一步设置为，所述透明玻璃罩在采热装置位于弧形反光板的焦点位置处时的非聚光光线入射位置之外的内壁处设有镜面反光层。
20.上述结构中，镜面反光层可将射入透明玻璃罩内未被铝合金换热翅片吸收的光线进行反射，使反射的光线能尽可能的被铝合金换热翅片吸收。
21.本实用新型进一步设置为，所述冷却液为乙二醇的水基型防冻液；所述冷却液沸点高于储能液。
22.上述结构中，储能液采用纯净水，由于冷却液的沸点高于储能液，因此能保证冷却液所传递的热量进行热交换后，使储能液趋于沸腾状态，从而提高热能存储量，同时由于冷却液的沸点较高，可有效减少冷却液的损耗，提升冷却液的冷却液的比热容，同时由于冷却液与储能液为两个封闭的循环，因此两者可有效进行物理隔离，并保证储能水箱内储能液在使用时的安全性。
23.本实用新型的有益效果：换热缸套包裹于斯特林发电机的冷缸外，当弧形反光板的焦点落于热缸上时，能有效降低热传导造成的冷缸温度上升问题，利用冷却液辅助冷却冷缸以保证冷缸与热缸之间有足够的温差来保证斯特林发电机的高效运转发电，使斯特林发电机上的发电机发出的电能能够经充放电模块存储于蓄电池内；同时经过冷缸的冷却液吸收冷缸的热量后通过换热排对储能水箱的储能液进行热交换，以此提升储能水箱内储能液的温度，从而进行热能的存储，补液排气箱则用于排出经换热冷却后的冷却液中的气泡，避免循环泵循环时泵入空气；由于蓄电池存在充满电的情况，故在蓄电池满电的情况下，斯特林发电机的继续运行发电会造成大量电能的浪费，因此设置采热装置配合第一三通阀及第二三通阀的切换，使弧形反光板的焦点落于采热装置上，直接对采热装置进行加温，利用冷却液并配合换热排、补液排气箱及循环泵对储能液进行热交换，提升热能的采集效率，在蓄电池满电状态下减少太阳能不必要的浪费及损失。
附图说明
24.图1为本实用新型的整体原理结构示意图。
25.图2为本实用新型的斯特林盘式太阳能发电装置结构示意图。
26.图3为本实用新型的采热装置结构示意图。
27.图中标号含义：10-斯特林盘式太阳能发电装置；11-弧形反光板；12-斯特林发电机；121-热缸；122-冷缸；123-换热缸套；1231-冷却腔；1232-进液口；1233-出液口；124-发电机；13-周转架；14-俯仰架；15-延伸架；16-模式切换架；17-蜗轮蜗杆减速器；20-采热装置；21-采热进口；22-采热出口；23-采热排；231-蛇形管；232-铝合金换热翅片；24-透明玻璃罩；241-镜面反光层；30-第一三通阀；31-第二三通阀；32-换热排；33-补液排气箱；34-循环泵；40-储能水箱；41-循环进口；42-循环出口；43-电加热装置；44-供暖泵；45-辅助加热装置；46-供暖设备；50-蓄电池；51-充放电模块。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
29.参考图1至图3，如图1至图3所示的一种碟式太阳能发电供暖系统，包括斯特林盘式太阳能发电装置10，所述斯特林盘式太阳能发电装置10包括弧形反光板11及斯特林发电机12，所述斯特林发电机12的热缸121位于弧形反光板11的焦点位置处，所述斯特林发电机12的冷缸122外套有换热缸套123形成冷却腔1231，所述换热缸套123设有与冷却腔1231连通用于供给冷却液的进液口1232及出液口1233；还包括可与斯特林发电机12的热缸121位置相互切换的采热装置20，所述采热装置20包括采热进口21及采热出口22；所述采热进口21与进液口1232之间设有第一三通阀30，所述采热出口22与出液口1233之间设有第二三通阀31；所述第二三通阀31往第一三通阀30方向依次经过换热排32、补液排气箱33及循环泵34；所述第一三通阀30控制采热进口21与循环泵34方向连通时，所述第二三通阀31控制采热出口22与换热排32方向连通；所述第一三通阀30控制进液口1232与循环泵34方向连通时，所述第二三通阀31控制出液口1233与换热排32方向连通；还包括注有储能液的储能水箱40，所述换热排32位于储能水箱40内并浸于储能液中，所述储能水箱40设有循环进口41及循环出口42；还包括蓄电池50及与蓄电池50电连接的充放电模块51，所述斯特林发电机12的发电机124与充放电模块51电连接。
30.上述结构中，换热缸套123包裹于斯特林发电机12的冷缸122外，当弧形反光板11的焦点落于热缸121上时，能有效降低热传导造成的冷缸122温度上升问题，利用冷却液辅助冷却冷缸122以保证冷缸122与热缸121之间有足够的温差来保证斯特林发电机12的高效运转发电，使斯特林发电机12上的发电机124发出的电能能够经充放电模块51存储于蓄电池50内；同时经过冷缸122的冷却液吸收冷缸122的热量后通过换热排32对储能水箱40的储能液进行热交换，以此提升储能水箱40内储能液的温度，从而进行热能的存储，补液排气箱33则用于排出经换热冷却后的冷却液中的气泡，避免循环泵34循环时泵入空气；由于蓄电池50存在充满电的情况，故在蓄电池50满电的情况下，斯特林发电机12的继续运行发电会造成大量电能的浪费，因此设置采热装置20配合第一三通阀30及第二三通阀31的切换，使弧形反光板11的焦点落于采热装置20上，直接对采热装置20进行加温，利用冷却液并配合
换热排32、补液排气箱33及循环泵34对储能液进行热交换，提升热能的采集效率，在蓄电池50满电状态下减少太阳能不必要的浪费及损失。
31.本实施例中，所述斯特林盘式太阳能发电装置10还包括周转架13及设置于周转架13上的俯仰架14，所述弧形反光板11设置于俯仰架14上，所述俯仰架14上还设有往弧形反光板11焦点方向延伸的延伸架15；所述延伸架15上设有模式切换架16，所述斯特林发电机12及采热装置30设置于模式切换架16上。
32.上述结构中，周转架13用于控制周转架13上方的俯仰架14的转动方向，而俯仰架14用于控制弧形反光板11的俯仰角度，实现对太阳的跟踪，延伸架15则用于将斯特林发电机12的位置安装至弧形反光板11的焦点位置，使斯特林发电机12的热缸121能捕捉到弧形反光板11的焦点位置太阳光热能(现有技术)，由于在进行模式转换时，需要将位于弧形反光板11的焦点位置的斯特林发电机12的热缸121替换成采热装置20，因此要将斯特林发电机12及采热装置20设置到模式切换架16上进行切换。
33.本实施例中，所述模式切换架16通过蜗轮蜗杆减速器17使其在延伸架15上180度往复摆动；所述斯特林发电机12的热缸121及采热装置20分别位于模式切换架16的两端位置。
34.上述结构中，可有效降低斯特林发电机12及采热装置20对阳光的遮挡，在不改变受光面积的情况下通过转动180度来实现热缸121与采热装置20的切换。
35.本实施例中，所述储能水箱40内还设有电加热装置43，所述电加热装置43与充放电模块51电连接。
36.上述结构中，当夜间光照不足时，可通过电加热装置43对储能水箱40内的储能液加温；或者在白天蓄电池50满电状态下，利用电加热装置43对储能水箱40内的储能液进行辅助加温，以减少蓄电池50内的电能，进而给斯特林发电机12的发电提供电能存储空间；在此需要说明的是，白天蓄电池50处于满电状态下，优选采用采热装置20采热对储能水箱40内的储能液进行储能，其原因在于此方式可尽可能减少能源性质转换时带来的浪费；电加热装置43优选为氮化硅加热器。
37.本实施例中，所述储能水箱40的循环出口42下游依次连接供暖泵44、辅助加热装置45、供暖设备46后与循环进口41相连；所述辅助加热装置45与充放电模块51电连接。
38.上述结构中，供暖泵44可将储能液泵往辅助加热装置45加热，或者使储能液成为蒸汽状态供给供暖设备46使用，并从循环进口41回收至储能水箱40；所述辅助加热装置45的启动与否由供暖设备46的使用性质及位于储能水箱40内储能液的余温决定；在使用时储能水箱40内储能液的温度已无法满足供暖设备46的要求，可利用辅助加热装置45进行加热升温，至于为何不采用储能水箱40内的电加热装置43直接对储能水箱40内的储能液加温，其原因在于：储能水箱40内的储能液量过大，加热时要达到供暖设备46温度的要求，必定会使其全部加热，一旦储能水箱40内的储能液整体温度都上升后但无法完全利用完其热能就会造成电能的浪费，而采用辅助加热装置45可实现流经多少即加热多少，做到了用多少加热多少，有效避免浪费，为下一个日照循环提供有效的热能承载量；所述辅助加热装置45优选为氮化硅加热器。
39.本实施例中，所述采热装置20包括采热排23及罩于采热排23外的透明玻璃罩24构成，所述采热进口21及采热出口22位于采热排23上并穿过透明玻璃罩24设置，所述透明玻
璃罩24内腔为真空。
40.上述结构中，采热排23通过透明玻璃罩24包裹，配合抽真空，尽可能减少采热排23采热时的热能散失，尤其是沙漠地区及空气流动较大的区域尤为明显。
41.本实施例中，所述采热排23包括两端连通采热进口21及采热出口22的蛇形管231，以及设置于蛇形管231上的铝合金换热翅片232，所述铝合金换热翅片232表面设有黑色阳极氧化层(图中未示出)。
42.上述结构中，黑色阳极氧化层吸热效率高，有效提高太阳光中热辐射的捕获效率，同时透明玻璃罩24抽真空后，可有效避免铝合金换热翅片232、铜制的蛇形管231的氧化；透明玻璃罩24也能有效防止风沙带来的侵害，避免灰尘附着于铝合金换热翅片232上影响热采集；透明玻璃罩24自身能有效减少灰尘附着量，同时也便于清理附着于透明玻璃罩24上的灰尘。
43.本实施例中，所述透明玻璃罩24在采热装置20位于弧形反光板11的焦点位置处时的非聚光光线入射位置之外的内壁处设有镜面反光层241。
44.上述结构中，镜面反光层241可将射入透明玻璃罩24内未被铝合金换热翅片232吸收的光线进行反射，使反射的光线能尽可能的被铝合金换热翅片232吸收。
45.本实施例中，所述冷却液为乙二醇的水基型防冻液；所述冷却液沸点高于储能液。
46.上述结构中，储能液采用纯净水，由于冷却液的沸点高于储能液，因此能保证冷却液所传递的热量进行热交换后，使储能液趋于沸腾状态，从而提高热能存储量，同时由于冷却液的沸点较高，可有效减少冷却液的损耗，提升冷却液的冷却液的比热容，同时由于冷却液与储能液为两个封闭的循环，因此两者可有效进行物理隔离，并保证储能水箱40内储能液在使用时的安全性。
47.本实施例中，第一三通阀30及第二三通阀31可选用电磁阀，配合从蓄电池50采电的单片机(图中未示出)，同时对单片机接入充放电模块51的充放电数据，根据设置充电百分比阈值及低电量百分比阈值，控制蜗轮蜗杆减速器17的工作及第一三通阀30及第二三通阀31的切换，实现自动化控制；如蓄电池50满电状态下(100％的阈值时)切换至采热装置20采热，当模式转换时蜗轮蜗杆减速器17从蓄电池50采电、采热过程中循环泵34从蓄电池50采电、以及周转架13及俯仰架14在对太阳朝向进行追踪时从蓄电池50采电后造成蓄电池50电量低于80％～90％的阈值时，自动切换回斯特林发电机12的发电模式，使蓄电池50保持充沛的电量，以迎接夜间供暖时供暖泵44、辅助加热装置45的用电需求。
48.本实施例中，还包括与单片机相连，用于检测储能水箱40内储能液温度的温控仪(图中未示出)，当储能水箱40内的储能液温度达到沸点(根据海拔高度设定沸点温度)以下1度～5度时(此条件的达成前提是蓄电池50处于满电状态)，单片机控制周转架13及俯仰架14朝向使弧形反光板11背向太阳，避免蓄电池50过充及储能液沸腾(此情况为极端情况下的安全措施，一般根据当地日照时长及日照辐射，设置合适容量的蓄电池50及储能水箱40可避免此情况的发生)。
49.本实用新型的有益效果：换热缸套123包裹于斯特林发电机12的冷缸122外，当弧形反光板11的焦点落于热缸121上时，能有效降低热传导造成的冷缸122温度上升问题，利用冷却液辅助冷却冷缸122以保证冷缸122与热缸121之间有足够的温差来保证斯特林发电机12的高效运转发电，使斯特林发电机12上的发电机124发出的电能能够经充放电模块51
存储于蓄电池50内；同时经过冷缸122的冷却液吸收冷缸122的热量后通过换热排32对储能水箱40的储能液进行热交换，以此提升储能水箱40内储能液的温度，从而进行热能的存储，补液排气箱33则用于排出经换热冷却后的冷却液中的气泡，避免循环泵34循环时泵入空气；由于蓄电池50存在充满电的情况，故在蓄电池50满电的情况下，斯特林发电机12的继续运行发电会造成大量电能的浪费，因此设置采热装置20配合第一三通阀30及第二三通阀31的切换，使弧形反光板11的焦点落于采热装置20上，直接对采热装置20进行加温，利用冷却液并配合换热排32、补液排气箱33及循环泵34对储能液进行热交换，提升热能的采集效率，在蓄电池50满电状态下减少太阳能不必要的浪费及损失。
50.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，上述假设的这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。