一种太阳能储热发电单元

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能储热发电单元。

背景技术

现阶段，太阳能作为家用热水器供能的主要方式，但在阴雨天气由于太阳光照减少，无法对集热管进行加热，从而导致装置在阴雨天气不能很好地供应热水；并且即使在阳光充足的天气情况下，集热管由于不能长时间处于最佳太阳光直射角，导致集热效率低。

针对此类常用家用热水器存在的热水供应不足的问题，中国发明专利CN201510034163.6(公开日：2017-05-31)公开了一种太阳能热水器，提供了一种全新加热方式的太阳能热水器，通过使用集热管直接对热水箱内的水加热，并采用放大镜(凸透镜)聚焦太阳能的原理加热集热管的加热段，同时还利用太阳能发电对热管的加热段加热，实现双重加热，较好地克服了现有技术存在的不足，但是由于集热管长时间固定点接收太阳光的照射，长时间容易存在受热不均而发生爆裂问题，且该装置由于构成组件较多，连接较为繁琐，导致整个装置占地较大，安装过程中较为麻烦。

相应的，对于上述提出的关于集热管固定工作的弊端和对太阳能转化存储的问题，中国发明专利CN202110860852.8(公开日：2021-08-27)公开了一种集热保温型太阳能热水器，针对上述提到的集热管固定位置易发生受热不均的问题，设置有能够根据阳光的直射方向给出反馈的感光元件，利用集热环灵活调整集热管的位置，接收阳光直射的时间更长，且可将产生的多余热量进行收集并储存，在阴雨天或夜晚进行利用，但是在集热管的方面，由于感光元件始终使集热管长时间在太阳光的暴晒条件下，集热管容易因为温度过高而爆裂，并且采用较多繁琐的材料元件，造成后期维护的难度较大且对太阳能的利用仍有可提升的空间。

基于此，本发明提供一种太阳能储热发电单元，以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：对于太阳光的长时间照射，太阳能热水器集热管容易被晒爆，太阳能板也容易被暴晒损坏，装置整体结构繁琐且较为庞大。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种太阳能储热发电单元，包括水箱、储能机构、集热机构和抬升机构；所述储能机构铺设在所述水箱的四周外表面；所述储能机构用于将太阳能转化成电能并进行存储；所述集热机构沿所述水箱顶部和底部边缘交错布置并与水箱铰接，所述水箱的顶部安装有用于驱动安装在顶部的集热管收放的抬升机构，所述抬升机构通过电动推杆使压板下降带动集热管与水箱轴心的角度增大，所述集热机构与所述水箱连通。

储能机构铺设在水箱四周外表面，储能机构的主要作用是将太阳能高效转化成电能，并将其进行有效存储，同时，在水箱的顶部和底部边缘，集热机构交错布置，并与水箱铰接，使得集热机构与水箱紧密相连，这样的设计可以充分利用太阳能，并且确保能量的高效传输；为了更好地操作集热机构，水箱的顶部装配有抬升机构，用于驱动集热管在顶部进行收放。可以根据需求来控制集热器的运行状态，从而最大程度地利用太阳能的能量。

所述水箱包括底座和铰接座；所述水箱箱体呈锥体结构；所述水箱下边缘设有底座，所述底座为略大于箱体的圆盘形结构，所述底座上表面设有铰接座，所述铰接座以所述水箱中心轴位置圆周阵列多个；所述水箱上表面设置有铰接座，所述铰接座以所述水箱中心轴位置圆周阵列多个。

所述水箱内部安装有加热棒，所述加热棒与控制单元电连接，控制单元与所述蓄电池电连接，控制单元利用蓄电池的电能为加热棒供电。

水箱外表面设置有水管，水管与太阳能板背面贴合，所述水管为铝制水管，相邻水管之间设有间隙。

基于水箱结构，其包括底座和铰接座；水箱箱体呈锥体结构；水箱下边缘设有底座，底座为略大于箱体的圆盘形结构，底座上表面设有铰接座，铰接座以水箱中心轴位置圆周阵列多个；水箱上表面设置有铰接座，铰接座以水箱中心轴位置圆周阵列多个。

水箱箱体采用锥体结构，这种形状使得水箱在容纳更多的水的同时，也能够更好地承受外部压力；水箱的下边缘配备了底座，而这个底座是一个略大于箱体的圆盘形结构。底座上的表面上布置着多个铰接座，这些铰接座以水箱中心轴为基准位置，在圆周上均匀分布，以确保水箱的稳定性和均衡性；与底座上的铰接座相对应，水箱的上表面也设置了多个铰接座，同样是以水箱中心轴位置为圆周阵列排列。这样的设计使得水箱的上半部分能够灵活运动，从而更好地适应不同条件下的压力和温度变化。

所述太阳能板围绕在所述水箱外表面，所述太阳能板与所述蓄电池电连接，所述蓄电池与所述逆变器电连接，所述逆变器和所述蓄电池放置于箱体上表面；所述太阳能板为柔性太阳能板。

基于储能机构，其包括太阳能板、逆变器和蓄电池；太阳能板围绕在水箱外表面，太阳能板与蓄电池电连接，蓄电池与逆变器电连接，逆变器和蓄电池放置于箱体上表面，太阳能板为柔性太阳能板，水箱内部安装有加热棒，加热棒与控制单元电连接，控制单元与所述蓄电池电连接，控制单元利用蓄电池的电能为加热棒供电。

太阳能板围绕在水箱的外表面，这样的布置使得太阳能板能够充分接收太阳光，并将其转化为电能。太阳能板与蓄电池之间通过电连接，而蓄电池则与逆变器相连。这样的设计实现了太阳能转化为电能的过程，并且将电能储存于蓄电池中；逆变器和蓄电池被安置于水箱的上表面，这样的布局使得它们可以方便地进行维护和管理，而且，为了提高系统的灵活性和适应性，所采用的太阳能板是柔性太阳能板，这样的材质能够更好地适应水箱的曲面形状，并提高了能量收集的效率。

在水箱的内部，还特别安装了加热棒，这个加热棒与控制单元电连接。控制单元与蓄电池电连接，通过利用蓄电池的电能为加热棒供电，实现了对水箱内部温度的控制。这样的设计使得水箱能够在需要的时候进行加热，保持水温稳定，适应不同气候条件和使用需求。

所述集热管为U型管，所述转换头一侧与所述集热管连接，所述转换头另一侧通过软导水管与所述水箱连接，所述转换头内部设置有小型水泵，所述小型水泵与控制单元连接，小型水泵用于将水箱内的水由转换头一端送入，流经集热管并从转换头另一出口流回水箱；所述延伸板与转换头固定连接；所述软导水管为保温型材料。

基于集热机构，其包括集热管、转换头、软导水管、小型水泵和延伸板；集热管为U形管，转换头一侧与集热管连接，转换头另一侧通过软导水管与水箱连接，转换头内部设置有小型水泵，小型水泵与控制单元连接，小型水泵用于将水箱内的水由转换头一端送入，流经集热管并从转换头另一出口流回水箱；延伸板与转换头固定连接，软导水管为保温型材料；所述电动推杆与控制单元连接，所述电动推杆竖直连接于所述水箱上表面，所述压板固定在所述电动推杆顶部，延伸板位于所述压板下方。

所述压板的下端连接有环形凸起，所述环形凸起的厚度值为卡接块厚度值的两倍；所述环形凸起的末端设置有矩形凹槽，所述矩形凹槽围绕压板的中心轴环形阵列16个；由于所述压板被推杆带动，竖直方向向下移动，使得所述压板下降，由于设置有矩形凹槽，所述矩形凹槽与所述延伸板卡接，进而带动延伸板一侧下降，因为杠杆原理，所述延伸板另一端的集热管被抬升，为了防止脱落，设置所述卡接块，所述卡接块在极限位置与矩形凹槽卡接，进而稳定当前的位置。

基于抬升机构，其包括电动推杆和压板，电动推杆与控制单元连接，电动推杆竖直连接于水箱上表面，压板固定在电动推杆顶部，延伸板位于压板下方，水箱外表面设置有水管，水管与太阳能板背面贴合，水管为铝制水管，所述水管围绕所述水箱表面S形布置，相邻水管之间设有间隙。

所述水管内部的一端设置有隔板，所述隔板的表面设置有孔洞，隔板的轴心处安装有支撑杆，所述支撑杆的另一端安装有滑动球，支撑杆的侧壁安装有弹簧，所述弹簧与滑动球卡接，所述滑动球的另外一端的管道直径小于滑动球；所述滑动球的侧壁设置为斜切面，且斜切面围绕滑动球的中心轴环形阵列4个，所述滑动球的最大直径是弹簧内径的1.3倍。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过将整个装置结构设计成锥形结构，可以使得集热管能够全方位吸收太阳光照，从而提高集热管的热吸收面积，同时将太阳能电池板铺设在水箱的表面，在进行储热的同时可以实现储电的目的，提高了太阳能的利用率；

2、本发明的集热管转动安装在水箱上，通过抬升机构的配合可以实现集热管转动到一定角度，以减小与太阳光的照射面积，从而保护集热管，避免集热管热量过高而损坏；集热管展开后可以释放较大空间的照射面积给到太阳能板，从而实现电能的有效存储；

3、本发明通过在水箱与太阳能板之间设置水管，并且在水泵的作用下，可以实现将水箱内的水送入水管中并流回水箱，以实现对太阳能板的降温，并附带利用水管对水箱内的水进行加热；在夜晚或者阴雨天气时，利用水泵将水管内的水全部排入水箱中，使得水管中无水，这样可以避免在气温较低的情况下水管内结冰导致爆裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体闭合结构示意图；

图2为本发明的整体张开结构示意图；

图3为本发明的内部结构示意图；

图4为本发明的储能机构排布方式一；

图5为本发明的储能机构排布方式二；

图6为本发明的抬升机构和集热机构布置俯视图；

图7为本发明的抬升机构和集热机构放置方式一；

图8为本发明的抬升机构和集热机构放置方式二；

图9为本发明的压板连接示意图；

图10为本发明的管道呈螺旋形布置的示意图；

图11为本发明的管道呈S形布置的示意图；

图12为本发明管道内部的滑动球示意图；

图13为本发明的管道内部半剖面图。

图中：水箱1、底座11、支撑柱12、铰接座13、储能机构2、太阳能板21、逆变器22、蓄电池23、集热机构3、集热管31、转换头32、小型水泵321、软导水管33、水泵34、延伸板35、卡接块351、抬升机构4、电动推杆41、压板42、环形凸起421、矩形凹槽422、加热棒5、水管6。

具体实施方式

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1-3所述，本发明公开一种太阳能储热发电单元，包括水箱1、储能机构2、集热机构3和抬升机构4；储能机构2铺设在水箱1四周外表面；储能机构2用于将太阳能转化成电能并进行存储；集热机构3沿水箱1顶部和底部边缘交错布置并与水箱1铰接，水箱1的顶部安装有用于驱动安装在顶部的集热管31收放的抬升机构4，集热机构3与水箱1连通；储能机构2和抬升机构4均与控制单元电连接。

以水箱1为主体，水箱1设置为锥体结构；水箱1下边缘设有底座11，底座11直径大小大于水箱1整体直径的四分之一，底座11上表面和下表面都设有铰接座13，铰接座13皆以水箱1中心轴位置圆周阵列多个；

太阳能板21围绕在水箱1外表面，同样也呈锥形，太阳能板21与蓄电池23电连接，蓄电池23与逆变器22电连接，逆变器22和蓄电池23放置于水箱1上表面，太阳能板21为柔性太阳能板，水箱1内部安装有加热棒5，加热棒5与控制单元电连接，控制单元与所述蓄电池23电连接，控制单元利用蓄电池23的电能为加热棒5供电。

集热管31为U形管，转换头32一侧与集热管31连接，转换头32另一侧通过软导水管33与水箱1连接，转换头32内部设置有小型水泵321，小型水泵321与控制单元连接，小型水泵321用于将水箱1内的水由转换头32一端送入，流经集热管31并从转换头32另一出口流回水箱1；延伸板35与转换头32固定连接，软导水管33为保温型材料。

电动推杆41竖直连接于水箱1上表面，压板42固定在电动推杆41顶部，延伸板35位于压板42下方，水箱1外表面设置有水管6，水管6与太阳能板21背面贴合，水管6为铝制水管，相邻水管6之间设有间隙。

如图4所示，该实施例中水箱1设置为锥体结构，这样的结构设置有利于在平坦地势放置该装置，相较于支架固定的太阳能热水器更加稳固，在其表面围绕太阳能板21；水箱1下边缘设有底座11，底座11为略大于水箱1的圆盘形结构，集热管31通过铰接座13与底座11铰接，底座11上表面设有铰接座13，同时水箱1上表面设置也设有铰接座13，由于水箱1外表面设置阳光入射太阳能板21，太阳能板21将太阳能转化为电能通过逆变器22转化为直流电存入蓄电池23，存入的直流电用于阴雨天气给加热棒5供能以保证正常热水的使用，蓄电池23和逆变器22放置于水箱1上表面，在压板42的遮挡下有效减少了下雨冰雹等竖直方向的天气灾害影响。

如图5、6、7、8所示，集热机构3铰接于水箱1上表面，延伸板35一端设置于压板42下表面，压板42与电动推杆41固定连接，压板42设置为圆盘形结构，电动推杆41固定连接于水箱1上表面中心轴位置，电动推杆41在控制单元的作用下缓缓下降，带动连接的压板42下降，由于每个集热机构3的延伸板35皆位于压板42下方，在杠杆原理的作用下，实现集热管31的抬升，使其处于工作状态，此时由于逆向，冷热水更替需要借助水泵34来对集热管31内的水体和水箱1内水体的更换，水箱1内循环装置如图9所示，水管6围绕水箱1外表面呈螺旋状，太阳能板21紧贴铝制水管。

在集热机构3升起，太阳能板21工作的情况下，太阳能板21经过长时间阳光照射，易出现过热的情况，水箱1内的水体进入铝制水管，由于铝的导热性较好，在太阳能板21长时间工作的时候，产生大量热量，水体很好地将热量分担，从而提供一种保护作用。同样地，对于太阳能板21非工作状态，一方面防止热量的散失，另一方面减少水体在气温较低的情况下水管内结冰而爆裂。

太阳能板21的锥形布置，可以接收多角度的太阳光，做到了360°全方位的阳光入射角的吸收，且不再是单一集热管工作，相较于传统平板型太阳能板21只能接收单方向的太阳光，有极大的选择优先级，同时应对夜晚等无光照情况，存储进蓄电池23的电能可以为加热棒5供能，以此来保证热水的正常使用，为了应对地面的水土污染，设置有四根单独的支柱位于底座11表面，使其与地面相隔开，以此来减少地面的堆积物对太阳能板21的损害，同时通过控制单元，可以对整个集热机构3进行抬升。

所述的蓄电池23和逆变器22位置可供选择的改变，水箱1设置如图4所示。水箱1设置为锥体结构，外表面围绕太阳能板21，同时太阳能板21高度大于水箱1，水箱1上表面存有间隙，蓄电池23和逆变器22位于间隙之中，二者之间设置10-15mm的夹缝，底座11与地面直接接触，高度设置在20-50mm。

如图8所示。集热机构3铰接于水箱1上表面，延伸板35设置于压板42下表面，压板42与电动推杆41固定连接，压板42设置外形不作特别限定，每个集热管31所连接的转换头32单独设置一个电动推杆41，分别与控制单元电连接，电动推杆41固定连接于水箱1上表面边缘。

如图10、11、图12和图13所示，水管围绕水箱1外表面呈S形竖直排布，水管6另一端设置水泵34与水箱1相连，太阳能板21紧贴铝制水管，此选择相较实施例一，排布较为密集的竖直排布，这样一来，与太阳能板的接触面增大，从而水体能够更有效的分散热量，增大对太阳能板21的保护性。

当阳光入射太阳能板21，太阳能板21将太阳能转化为电能存入蓄电池23，存入的直流电用于阴雨天气给加热棒5供能，蓄电池23和逆变器22放置于太阳能板21和水箱1的夹缝中，同样可减少竖直方向的雨雪等天气的影响，通过控制单元，由于每根集热管31单独设置电动推杆41，可以做到每根集热管31独立控制，便于后期单独拆卸更换以及维修；基本光电转化功能之上，由于增加了对蓄电池23和逆变器22的保护性，在水箱1上方设置了夹缝，同时下表面将底盘加厚直接与地面接触，保证了水箱1的基本容积。

工作过程中，在非使用的状态下，设备上端的环形集热管64与下端的集热管64重叠交错布置，此时的锥形太阳能板21被覆盖，进而将太阳光照射在集热管64的表面。

而当需要发电的时候，通过控制单元调控，使得所述电动推杆41向下收缩，进而带动所述压板42竖直向下移动，所述压板42在向下移动的时候，由于所述压板42下表面的环形凸起421与所述延伸板35接触，进而所述延伸板35表面的卡接块351与矩形凹槽422卡接，进而环形阵列的集热管31同步被压板42压动。

在所述铰接座13的铰接作用下，通过杠杆原理，所述延伸板35带动所述集热管31抬升，多个所述集热管31被同步抬升，通过人工调控，使得底座11下端的集热管31向下旋转，进而所述太阳能板21暴露出来，所述转换头32内部的小型水泵321驱动所述集热管31内的水体克服自身重力在集热管内循环。

对于太阳光持续照射的情况，所述集热管31内的水体和水箱1内的水体温度过高，为了避免集热管31过热爆裂，通过所述小型水泵321将热水在水管6内循环，同时均匀水箱1内水体的温度；循环的过程中水体穿过孔洞611挤压水管6内的弹簧63，所述弹簧63受到挤压，进而带动推动杆62移动，所述滑动球64移动至近孔洞611的一侧，使得水管6一侧的进水口增大，进而水体进入，而由于水体的温度变化，热水因为热胀冷缩的原因，当热水出现回流的问题的时候，水体会推动滑动球64，进而所述滑动球64的切面与水管6内的切面贴合，从而封闭水管6，带动弹簧63释放弹力，进而将水管6堵上，从而防止热水回流。

而当室外温度过低，室内仍需使用水的条件下，集热管31内的水体通过小型水泵321将水体泵入水箱1，此时启动所述加热棒5，所述加热棒5对水箱内的水体进行加热以满足夜间用水需求。水体在集热管内和水箱内循环；通过控制机构控制，使得所述加热棒发热，进而将所述水箱内的水进行保温，并且将所述水管围绕所述水箱布置，进而对水箱内的水体保温。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。