循环补偿式太阳能发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种循环补偿式太阳能发电系统，包括低位高压水箱、太阳能集热系统、高位高压水箱、反向U型管、通过热能交换产生重力的热交换器的热能储热系统、低位高压水箱和高位高压水箱通过高压气体补偿管路、压强计、气体开关阀门与气体压缩机相连接的压力补偿系统，通过透平膨胀机(或汽轮机)高压气体做功、带动交流发电机发电。本发明的目的在于提供一种环保、又具有商业价值的太阳能发电系统。
【专利说明】
循环补偿式太阳能发电系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种循环补偿式太阳能发电系统。
【背景技术】
[0002]目前，公知的太阳能发电，是通过光伏原理，利用光子照射到单晶硅(或多晶硅)电池面板上，光子的能量传递给硅原子，使电子发生跃迀，成为自由电子，在利用pn结的单项导电性，在pn结两侧集聚形成电位差，产生光生载流子形成光生电流，实现光产生电的转换，达到发电的目的。由于制作太阳能电池板的单晶硅或多晶硅等材料成本很高，在单晶硅或多晶硅的制备中有较多的环境污染，而且太阳能电池板的光电转换效率目前全世界的技术来看都是比较低的，所以太阳能电池板发电效率不高，商业利润就比较低。而电能又是我们生活中必须要用的，当今市场上火力发电是通过热蒸汽来发电的热效率较低，由于火力发电成本较低，所以是发电市场上的主力，阻碍了太阳能发电的市场化开发。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明提供一种能够市场化开发的既环保又能够具有商业价值的太阳能发电模式。其原理根据热力学第一定律，利用太阳能真空管吸收太阳能热能增加系统循环水的焓值，再根据分子热运动原理，设计一种反向U型管结构的系统，该系统包括:高位高压水箱、低位高压水箱、反向U型管、太阳能集热系统、高位产生重力的热交换及相变储热系统、透平膨胀机(或汽轮机)、交流发电机等;其中在高位高压水箱内通过太阳能集热系统的热交换使高位高压水箱内的水温度升高、水的密度降低，在利用连接高、低位高压水箱的反向U型管，通过虹吸原理使水在反向U型管内运行，所述反向U型管(低位高压水箱一边)的顶部安装有产生重力的热交换器及热能储热系统、在热交换器下反向U型管的管路上与透平膨胀机(或汽轮机)的出气管相连接，由于循环水经过热交换器能量交换后，内能降低、循环水分子热运动减小，所述循环水密度增大，再通过循环水密度差产生的重力做功通过反向U型管内循环水与膨胀机的出气管出口流出的做功气体进行二次能量交换，使做功气体由常压升为高压并且温度升高，增加做功气体的焓值。做功气体进入低位高压水箱，所述低位高压水箱内的高压做功气体，通过透平膨胀机(或气轮机)做功后成为常压低温气体，通过出气管进入反向U型管内，完成一次焓值增加到焓值减少的对外做功循环。所述做功气体遵循理想气态方程即:PV = nRT，，当高压气体对外做功时，该气体的压强降低、体积增大、温度降低，也就是气体的内能对外做功，通过透平膨胀机(或气轮机)输出动能带动发电机直接发出交流电，完成发电的目的。所述低位高压水内箱的循环水，通过高压补偿循环栗、单向阀，补偿进入高位高压水箱内，保证高位高压水箱内压强高于低位高压水箱内压强，保证所述循环水的流动。
[0004]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:其特征为:所述太阳能集热系统与设置在高位高压水箱(I)内下部的热交换器(17)通过加热补偿循环栗(16)相连;所述太阳能集热系统通过自然循环收集太阳能，太阳能集热系统内含有电加热器(14)补偿能量;所述低位高压水箱(5)通过高压栗(10)、单向阀(11)与高位高压水箱(I)相连;所述高位高压水箱(I)通过反向U型管(2)与低位高压水箱(5)连接;所述反向U型管(2)的顶部接有热能交换产生重力的高位热交换器(3);所述高位热交换器(3)通过自然循环与高位常压供热水箱
[4]相连;所述高位常压供热水箱(4)内有相变储热管(23)存储热水;所述低位高压水箱(5)通过管路连接透平膨胀机(或汽轮机)(7)再通过做功气体回管(19)与反向U型管(2)连接，所述低位高压水箱和高位高压水箱通过高压气体补偿管路(18)、压强计(20)、气体开关阀门(21)与气体压缩机(22)相连接达到压力补偿的目的。所述透平膨胀机(或汽轮机)(7)连接交流发电机(8)发电。
[0005]本发明实施例通过设计一个反向U型管结构系统，利用水的温差、压差及虹吸原理产生循环，太阳能集热器通过热交换器加热高位高压水箱内热水，高位高压水箱的压强略大于反向U型管高度(单位米)除以10商数值的大气压值，并保证高位高压水箱压强高于低位高压水箱压强I个大气压以上，达到保证反向U型管内循环水流动的目的，所述循环水流过反向U型管顶部后，进入热能交换产生重力的高位热交换器交换出部分热能、再沿着反向U型管路通过接入的出气管溶入〔透平(或活塞)膨胀机做功后的〕做功气体，使做功气体与循环水混合再次进行热交换，再通过重力做功使循环水和做功气体一同向下流入低位高压水箱;所述低位高压水箱底部通过管路连接高压水栗再连接单向阀、通过高压水栗的能量补偿，所述循环水通过高压水栗流入高位高压水箱，该高压水栗补偿的能量只相当于高于高位高压水箱与低位高压水箱的压强差及水位高度压强差，就能够使循环水流动;所述循环水进入高位高压水箱后吸收太阳能。完成吸热、放热循环。通过低位高压水箱中的高压气体输出到透平(或活塞)膨胀机做功，再通过透平(或活塞)膨胀机连接交流发电机发电。透平(或活塞)膨胀机做功后流出的做功气体经过管路，进入反向U型管顶部的热交换器下部反向U型管路内，与循环水混合同时进行能量交换，再通过循环水的重力做功，压缩气体与循环水一同流入低位高压水箱，完成做功和能量补偿循环。达到发电的目的。
【附图说明】
[0006]图1是本发明循环补偿式太阳能发电系统实施例结构示意图；
[0007]图2是本发明循环补偿式太阳能发电系统高位高压水箱及高位高压水箱内热交换器实施例结构示意图；
[0008]图3是本发明循环补偿式太阳能发电系统低位高压水箱实施例结构示意图；
[0009]图4是本发明循环补偿式太阳能发电系统太阳能自然循环集热系统实施例结构示意图；
[0010]图5是本发明循环补偿式太阳能发电系统热能交换产生重力的高位热交换系统及高位常压供热水箱内有相变储热管存储热水实施例结构示意图；
【具体实施方式】
[0011]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
[0012]本实施例循环补偿式太阳能发电系统，如图1所示，该系统包括:高位高压水箱
(I)、低位高压水箱(5)、反向U型管(2)、太阳能集热系统(13) (14)(15) (16)、高位产生重力的热交换及相变储热系统(3)(4)(23)、高压气体补偿管路(18)、压强计(20)、气体开关阀门
(21)与气体压缩机(22)相连接的压力补偿系统、透平膨胀机(或汽轮机)(7)、交流发电机
(8)等;太阳能集热系统与设置在高位高压水箱(I)内下部的热交换器(17)通过加热补偿循环栗(16)相连;太阳能集热系统通过自然循环收集太阳能、当太阳能不足时通过电加热器(14)补偿能量、通过高位高压水箱(I)内的热交换器(17)与高位高压水箱内的循环水进行热交换;低位高压水箱(5)通过高压栗(10)、单向阀(11)与高位高压水箱(I)相连;高位高压水箱(I)通过反向U型管(2)与低位高压水箱(5)连接;反向U型管(2)的顶部接有热能交换产生重力的高位热交换器(3);高位热交换器(3)通过自然循环与高位常压供热水箱(4)相连；高位常压供热水箱(4)内有相变储热管(23)存储热水;低位高压水箱和高位高压水箱通过高压气体补偿管路(18)、压强计(20)、气体开关阀门(21)与气体压缩机相连接达到压力补偿的目的、同时保证高位高压水箱的压强略大于反向U型管高度(单位米)除以10商数值的大气压值，并保证高位高压水箱压强高于低位高压水箱压强I个大气压以上，达到保证反向U型管内循环水流动的目的；低位高压水箱(5)通过管路连接透平膨胀机(或汽轮机)(7)再通过做功气体回管(19)与反向U型管(2)连接，透平膨胀机(或汽轮机)(7)连接发电机(8)发电。
[0013]如图2所示为高位高压水箱示意图，要求水箱有很高的压强、同时下部的热交换器与外部的太阳能集热系统通过管路相连；
[0014]如图3所示为低位高压水箱示意图，低位高压水箱的压强要与透平膨胀机(或汽轮机)要求的压强等值；
[0015]如图4所示为自然循环太阳能集热系统示意图，当太阳能不足时通过电加热器进行补偿；
[0016]如图5所示为自然循环产生重力的相变储能系统示意图，要求相变储热管要水平放置；
[0017]其工作原理是:利用太阳能集热系统(13)(14)(15)(16)吸收太阳能、通过热交换器(17)高位高压水箱(I)内增加循环水的焓值，增加焓值的循环水通过反向U型管(2)、内的流动，进入高位产生重力的热交换器，增加的重力的循环水与做功气体回管内气体混合沿着反向U型管(2)管路向下流入低位高压水箱，再通过低位高压水箱、高压循环栗、单向阀进入高位高压水箱完成循环水焓值增加到减少的循环;做功气体通过低位高压水箱(5)进入透平膨胀机(或汽轮机)再进入做功气体回管进入反向U型管(2)内与循环水混合、完成做功气体由减少焓值对外做功到增加焓值的过程;低位高压水箱和高位高压水箱通过高压气体补偿管路(18)、压强计(20)、气体开关阀门(21)与气体压缩机(22)相连接达到压力补偿的目的、同时保证高位高压水箱的压强略大于反向U型管高度(单位米)除以10商数值的大气压值，并保证高位高压水箱压强高于低位高压水箱压强I个大气压以上，达到保证反向U型管内循环水流动的目的;透平膨胀机(或汽轮机)接交流发电机完成发出交流电的过程。
[0018]以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【主权项】
1.一种循环补偿式太阳能发电系统，包括高位高压水箱(I)、反向U型管(2)、高位热交换器(3)、高位常压供热水箱(4)、高位常压供热水箱内相变储热管(23)、低位高压水箱(5)、高压气体调节开关(6)、透平膨胀机(或气轮机)(7)、做功气体回管(19)、交流发电机(8)、高压水栗(10)、单向阀(11)、补水管路(12)、太阳能真空管集热器(13)、电加热器(14)、热补偿水箱(15)、加热补偿循环栗(16)、高位高压水箱内热交换器(17)、高压气体补偿管路(18)、压强计(20)、高压气体开关阀门(21)、高压气体压缩机(22)、补水开关阀门(9);所述太阳能集热系统与设置在高位高压水箱(I)内下部的热交换器(17)通过加热补偿循环栗(16)相连;所述太阳能集热系统通过自然循环收集太阳能，太阳能集热系统内含有电加热器(14)补偿能量;所述低位高压水箱(5)通过高压栗(10)、单向阀(11)与高位高压水箱(I)相连;所述高位高压水箱(I)通过反向U型管(2)与低位高压水箱(5)连接;所述反向U型管(2)的顶部接有热能交换产生重力的高位热交换器(3);所述高位热交换器(3)通过自然循环与高位常压供热水箱(4)相连;所述高位常压供热水箱(4)内有相变储热管(23)存储热水;所述低位高压水箱(5)通过管路连接透平膨胀机(或汽轮机)(7)再通过做功气体回管(19)与反向U型管(2)连接，所述低位高压水箱和高位高压水箱通过高压气体补偿管路(18)、压强计(20)、气体开关阀门(21)与气体压缩机相连接达到压力补偿的目的。所述透平膨胀机(或汽轮机)(7)连接发电机(8)发电。2.根据权利要求1所述的循环补偿式太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能集热系统与设置在高位高压水箱(I)内下部的热交换器(17)通过加热补偿循环栗(16)相连。3.根据权利要求1所述的循环补偿式太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能集热系统通过自然循环收集太阳能，太阳能集热系统内含有电加热器(14)补偿能量。4.根据权利要求1所述的循环补偿式太阳能发电系统，其特征在于，所述低位高压水箱(5)通过高压栗(10)、单向阀(11)与高位高压水箱(I)相连。5.根据权利要求1所述的循环补偿式太阳能发电系统，其特征在于，所述高位高压水箱(I)通过反向U型管(2)与低位高压水箱(5)连接。6.根据权利要求1所述的循环补偿式太阳能发电系统，其特征在于，所述反向U型管(2)的顶部接有热能交换产生重力的高位热交换器(3)。7.根据权利要求1所述的循环补偿式太阳能发电系统，其特征在于，所述高位热交换器(3)通过自然循环与高位常压供热水箱(4)相连。8.根据权利要求1所述的循环补偿式太阳能发电系统，其特征在于，所述高位常压供热水箱(4)内有相变储热管(23)存储热水。9.根据权利要求1所述的循环补偿式太阳能发电系统，其特征在于，所述低位高压水箱和高位高压水箱通过高压气体补偿管路(18)、压强计(20)、气体开关阀门(21)与气体压缩机(22)相连接达到压力补偿的目的。10.根据权利要求1所述的循环补偿式太阳能发电系统，其特征在于，所述低位高压水箱(5)通过管路连接透平膨胀机(或汽轮机)(7)再通过做功气体回管(19)与反向U型管(2)连接，所述透平膨胀机(或汽轮机)(7)连接发电机(8)发电。
【文档编号】F01D15/00GK105865041SQ201610296521
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】王锁玉
【申请人】王锁玉