一種太陽能光熱綜合利用系統的製作方法
2023-04-30 07:58:52 3
本發明涉及太陽能利用領域，尤其是一種太陽能光熱綜合利用系統。
背景技術：
開發新能源和可再生清潔能源是二十一世紀世界經濟發展中最具決定性影響的五項技術領域之一。充分開發利用太陽能是世界各國政府可持續發展的能源戰略決策，其中光熱發電則最受矚目。太陽能發電遠期將大規模應用，近期可解決特殊應用領域的需要。到2030年光伏發電在世界總發電量中佔到5%~20%，。太陽光熱發電具有許多優點，如安全可靠、無噪聲、無汙染、能量隨處可得，不受地域限制、無需消耗燃料，故障率低、維護簡便、可以無人值守、建設周期短、規模大小隨意、無需架設輸電線路、可以方便的與建築物相結合等。這些優點都是常規發電和其他發電方式所不及的。
近幾年國際上聚光光熱發電快速發展，美國、歐洲及日本制定了龐大的聚光光熱發電發展計劃，與2015年開始大規模投入聚光光熱計劃。
在聚熱方面，菲涅爾透鏡已成功應用到鍋爐預熱、太陽灶、熱水器等眾多領域，給聚光菲涅爾透鏡的應用帶來一個廣闊的前景。特別是長條形平面光斑的菲涅爾透鏡，是聚光光熱應用的首選。
傳統的太陽能光伏光熱應用上，都是直接把太陽光的平行光直接照到電池片上或者真空管上，把太陽能轉換成光伏或光熱。沒有使太陽能的利用率最大化，且在很大部分的太陽能都損失掉了。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種太陽能光熱綜合利用系統，可以將太陽能高效轉化為電能，並且通過超導材料將熱能引入到室內實現供暖，太陽灶的應用，從而實現發電、供暖、太陽灶等的綜合利用，富餘電量可以通過逆變器併網。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種太陽能光熱綜合利用系統，它包括自來水源、熱能採集模塊、能量轉換模塊、交直轉換模塊、電網、室內供暖模塊、太陽能灶、熱水箱和沐浴口；
自來水源通過冷水管道與熱能採集模塊連接，熱能採集模塊通過供熱管道分別與能量轉換模塊相連和室內供暖模塊相連，熱能採集模塊通過超導材料與太陽能灶相連，能量轉換模塊通過供熱水管分別與熱水箱和沐浴口相連，熱水箱和沐浴口通過回水管將管網的餘水回流至冷水管道，能量轉換模塊通過電纜與交直轉換模塊相連，交直轉換模塊通過電纜與電網相連。
進一步限定，所述的能量採集模塊包括真空管和菲涅爾透鏡，真空管的冷水入口端與自來水源的冷水管道相連，菲涅爾透鏡配置於真空管上方。
進一步限定，所述的菲涅爾透鏡為線性菲涅爾透鏡，其聚光光斑為長條形的平面能夠使真空管被光斑完全覆蓋。
進一步限定，所述的菲涅爾透鏡具有圓環微結構的齒形，並且將其展開成一種長條形的線性微結構。
進一步限定，所述的能量轉換模塊包括蒸汽輪機、發電機和配電櫃，真空管所產生的蒸汽帶動蒸汽輪機轉動，蒸汽輪機帶動發電機發電。
進一步限定，所述的真空管由內管、外管、中間夾層、吸熱材料塗層和中心介質通道組成，能夠產生不低於350度的熱水和蒸汽。
進一步限定，所述的交直轉換模塊為逆變器將發電機所發的直流電轉變成交流電，並將其併入電網供給居民及工業用電。
優選的，所述的室內供暖模塊為餘熱供暖散熱器。
本發明的有益效果是：本發明可以將太陽能高效轉化為電能，並且通過超導材料將熱能引入到室內實現供暖，太陽灶的應用，從而實現發電、供暖、太陽灶等的綜合利用，富餘電量可以通過逆變器併網。
附圖說明
圖1為一種太陽能光熱綜合利用系統的系統框架圖；
圖2為熱能採集模塊的結構示意圖；
圖3為真空管的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的保護範圍不局限於以下所述。
如圖1所示，一種太陽能光熱綜合利用系統，它包括自來水源、熱能採集模塊、能量轉換模塊、交直轉換模塊、電網、室內供暖模塊、太陽能灶、熱水箱和沐浴口；
自來水源通過冷水管道與熱能採集模塊連接，熱能採集模塊通過供熱管道分別與能量轉換模塊相連和室內供暖模塊相連，熱能採集模塊通過超導材料與太陽能灶相連，能量轉換模塊通過供熱水管分別與熱水箱和沐浴口相連，熱水箱和沐浴口通過回水管將管網的餘水回流至冷水管道，能量轉換模塊通過電纜與交直轉換模塊相連，交直轉換模塊通過電纜與電網相連。
如圖2所示，所述的能量採集模塊包括真空管和菲涅爾透鏡，真空管的冷水入口端與自來水源的冷水管道相連，菲涅爾透鏡配置於真空管上方。
所述的真空管可以做得很小，太陽能聚熱的主要成本在真空管的製造上，採用菲涅爾透鏡聚焦太陽光癍，真空管只需要很小的面積，可以大幅降低成本，比如一個600×1200的聚光透鏡，只需要10—1200mm的真空管。
所述的菲涅爾透鏡為線性菲涅爾透鏡，其聚光光斑為長條形的平面能夠使真空管被光斑完全覆蓋。
所述的菲涅爾透鏡具有圓環微結構的齒形，並且將其展開成一種長條形的線性微結構。
長條狀平面光斑的線聚光的菲涅爾透鏡，光斑可以全覆蓋熱管表面，大幅提高熱利用效率，更容易規模化生產。
所述的能量轉換模塊包括蒸汽輪機、發電機和配電櫃，真空管所產生的蒸汽帶動蒸汽輪機轉動，蒸汽輪機帶動發電機發電。
如圖3所示，所述的真空管由內管、外管、中間夾層、吸熱材料塗層和中心介質通道組成，能夠產生不低於350度的熱水和蒸汽。
優選的，所述的室內供暖模塊為餘熱供暖散熱器
所述的交直轉換模塊為逆變器將發電機所發的直流電轉變成交流電，並將其併入電網供給居民及工業用電。
菲涅爾透鏡層的加工流程具體為：
s001確定超大口徑菲涅爾透鏡的口徑，透鏡口徑是根據菲涅爾光學透鏡所要求的光學設計來確定的；
s002將待製作的超大口徑的菲涅爾透鏡分為多個環帶，確定每個環帶的寬度；
s003根據最大能夠加工的錐輥大端尺寸和環帶位置，確定錐輥的錐度和尺寸；
s004根據原材料最大幅寬，確定每一環帶上拼接體的數量，超大口徑菲涅爾透鏡中心是一個完整的圓形菲涅爾透鏡或者多塊拼接體，每一個環帶又由多個拼接體組成，每一個拼接體具有相同的光學參數或不同的光學參數，相同的尺寸或不同的尺寸；
s005用錐輥製造局部菲鏡即各個拼接體，以錐形輥筒小端為圓心，錐形輥筒的長度為半徑，在塗布有光學樹脂的介質基材上滾壓以製備局部菲涅爾透鏡的拼接體。
s006將局部菲涅爾透鏡即拼接體，拼接成完整的菲涅爾透鏡。
一種太陽能光熱綜合利用系統工作方式具體為：
自來水源通過真空管的一端注入真空管內管；
菲涅爾透鏡接收太陽光，並產生長條形平面的聚光光斑，該光斑正好能夠使真空管被光斑完全覆蓋；
真空管的外管上的吸熱材料塗層吸收太陽能，通過真空的中間夾層的傳熱介質將熱量傳輸至內管，並且對內管中的冷水進行加熱至350度以上；
真空管夾層中的傳熱介質通過超導材料將熱量傳輸至太陽能灶用來煮飯燒水等；
真空管的內管與蒸汽輪機相連，將產生的蒸汽通過管道輸送至蒸汽輪機並使其工作，蒸汽輪機帶動發電機發電；
發電機所產生的電能通過配電櫃與逆變器將產生的直流電轉化為交流電後併入電網，隨後供給居民及工業用電也可以通過貯能設備供給住宅使用；
將通過蒸汽輪機後的剩餘蒸汽通過供熱管道供給餘熱供暖散熱器等室內供暖設備實現對室內供暖；
將蒸汽通過蒸汽輪機後所形成的餘熱水通過供熱水管供給熱水箱及沐浴口提供沐浴及熱水存儲，若無人沐浴或者熱水箱滿之後通過回水管道回流至供給冷的冷水管道中，以此循環重複利用提高太陽能的利用率，且保證了沐浴口及熱水箱的水保持恆溫。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當理解本發明並非局限於本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用於各種其他組合、修改和環境，並能夠在本文所述構想範圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和範圍，則都應在本發明所附權利要求的保護範圍內。