CN214746455U - 一种新型太阳能热水*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于新能源综合利用技术领域，公开了一种新型太阳能热水***，所述***包括控制***、光伏电池组件、储能电池、电热转换装置以及蓄热水箱；光伏电池组件的输出端与控制***的输入端连接，控制***的输出端分别连接储能电池以及电热转换装置的输入端，电热转换装置设置在蓄热水箱内，控制***包括控制器和用于监控光伏电池组件输出电压、储能电池状态以及蓄热水箱内水温和水位的数据监控***，控制器根据数据监控***监控的数据控制储能电池和电热转换装置的运行状态。本实用新型解决了传统太阳能热水器水温不可控的问题，使用光伏电池组件代替传统集热器，室外无需设输水管道，可避免管道冻堵的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源综合利用技术领域，尤其涉及一种新型太阳能热水***。
背景技术
太阳能热水器价格低廉，使用方便，早已被我国大多数地区的家庭广泛使用。它能够利用太阳能为人民提供生活、淋浴所需的热水，为人民节约了大量的电能和化石能源。
现有的太阳能热水器包括真空管集热器，或/和，平板型集热器、蓄热水箱和连接管道等部件。但是现有的太阳能热水器由于蓄热水箱内水温不可控，在热量富裕时，会出现蓄热水箱内热水沸腾溢出的问题；热量不足时，会出现室外水管被冻堵，甚至爆裂而不能正常使用的问题，尤其在极寒地区，如我国的东北地区、内蒙古、西藏等地区，管道冻堵问题极大的限制了太阳能热水器的推广使用。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型公开了一种新型太阳能热水***，可避免储能电池过充过放以及蓄热水箱内水温过高的问题，实现蓄热水箱内的水温可控的目的。
具体的，主要通过以下技术方案来实现：
第一方面，提供了一种新型太阳能热水***，包括：
控制***；
至少一组光伏电池组件；
用于储存电能的储能电池；
用于将电能转换为热能的电热转换装置；
用于储存热水的蓄热水箱；
所述光伏电池组件的输出端与所述控制***的输入端连接，所述控制***的输出端分别连接所述储能电池以及所述电热转换装置的输入端，所述电热转换装置设置在所述蓄热水箱内，所述蓄热水箱设有冷水进口和热水出口，所述控制***包括控制器和用于监测光伏电池组件输出功率、储能电池状态以及蓄热水箱内水温和水位的数据监控***，所述控制器根据所述数据监控***监测的数据控制所述储能电池和所述电热转换装置的运行状态。
优选地，所述电热转换装置可采用直流电热转换装置或交流电热转换装置。
优选地，所述控制***的输出端通过DC/DC转换器与直流电热转换装置连接；或者，所述控制***的输出端通过逆变器与交流电热转换装置连接。
优选地，所述光伏电池组件输出端还设置有第一电压传感器以及第一电流传感器，光伏电池组件输出端分别与第一电压传感器和第一电流传感器的输入端连接，第一电压传感器和第一电流传感器的输出端分别与所述数据监控***的输入端连接，所述数据监控***通过接收第一电压传感器和第一电流传感器反馈的光伏电池组件输出电压和输出电流，监测光伏电池组件输出功率。
优选地，还包括与所述储能电池连接的第二电压传感器以及第二电流传感器，所述第二电压传感器和第二电流传感器的输入端与所述储能电池连接，输出端与所述数据监控***的输入端连接，所述数据监控***通过接收第二电压传感器和第二电流传感器反馈的储能电池输出电压和输出电流，监测储能电池的状态。
优选地，所述蓄热水箱内设置有水位传感器和温度传感器，水位传感器和温度传感器分别和所述数据监控***连接，所述数据监控***利用水位传感器和温度传感器监测蓄热水箱内的水位和水温数据。
本实用新型相较于现有技术具有以下有益效果：
本实用新型申请中的一种新型太阳能热水***的能量管理***以控制***为核心，对光伏电池组件、储能电池、电热转换装置和蓄热水箱进行统一集中控制，实时监测光伏电池组件输出功率、储能电池状态和蓄热水箱的水温和水位数据，并根据监测到的上述数据控制储能电池和电热转换装置的工作状态，避免储能电池过充过放以及蓄热水箱内水温过高的问题，解决了冬季管道冻堵甚至爆裂的问题，同时使用光伏组件替代传统真空管集热器，设备可靠性显著提升，安装也更为简便，大大延长了使用寿命，使设备运行更加安全可靠。
附图说明
1、图1为本实用新型实施例提供的一种新型太阳能热水***的结构示意图；
2、图2为本实用新型实施例提供的一种新型太阳能热水***的能量管理方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚的理解本实用新型的核心思想，下面将结合附图对其进行详细的说明。
如图1所示，是本实用新型提供的一种新型太阳能热水***，具体包括控制***、至少一组光伏电池组件、用于储存电能的储能电池、用于将电能转换为热能的电热转换装置和用于储存热水的蓄热水箱，其中光伏电池组件、储能电池、电热转换装置、蓄热水箱均与控制***相连接。
具体的，所述光伏电池组件的输出端与所述控制***的输入端连接，所述控制***的输出端分别连接所述储能电池以及所述电热转换装置的输入端，所述电热转换装置设置在所述蓄热水箱内，所述蓄热水箱设有冷水进口和热水出口，所述控制***包括控制器和用于监测光伏电池组件输出功率、储能电池状态以及蓄热水箱内水温和水位的数据监控***，所述控制器根据所述数据监控***监测的数据控制所述储能电池和所述电热转换装置的运行状态，控制器可通过控制各个电路设置的开关状态，实现控制电能的传输，例如控制光伏电池组件的充电开关和放电开关的状态，储能电池的放电开关的状态。
需要说明的是，图1中光伏电池组件只展示出了两组为例进行说明，光伏电池组件可采用以单晶硅为基底的硅太阳能电池组成，每一组的光伏电池组件的额定输出功率和输出的电压根据实际的应用场景确定，从而确定组成光伏电池组件的太阳能电池数量和光伏电池组件的阵列。该光伏电池组件用于将太阳光能直接转化为电能，且该光伏电池组件与控制***连接，由控制***将产生的电能进行合理分配。电热转换装置设置在蓄热水箱中，用于将电能转换为热能，具体可采用电流的热效应原理(即电流通过各种导体时，使导体温度升高的一种现象)设计的电热装置，将电能转化为热能；所述电热转换装置将转换得到的热能蓄积在所述蓄热水箱中，目的是为了产生恒温热水。储能电池与控制***连接，控制***实时监测所述储能电池的剩余容量值SOC，并根据监测到的SOC值，控制储能电池的充放电状态。
由上可知，本实用新型通过数据监控***实时监测光伏电池组件输出功率、储能电池状态以及蓄热水箱内水温和水位，控制器根据所监测的数据控制所述储能电池和所述电热转换装置的运行状态，可避免储能电池过充过放以及蓄热水箱内水温过高的问题，解决了冬季管道冻堵甚至爆裂的问题，同时使用光伏组件替代传统真空管集热器，设备可靠性显著提升，安装也更为简便，大大延长了使用寿命，使设备运行更加安全可靠。
在一个优选地实施例中，所述电热转换装置可采用直流电热转换装置或交流电热转换装置。
在一个优选地实施例中，所述控制***的输出端通过DC/DC转换器与直流电热转换装置连接；或者，所述控制***的输出端通过逆变器与交流电热转换装置连接。
在一个优选地实施例中，所述光伏电池组件输出端还设置有第一电压传感器以及第一电流传感器，光伏电池组件输出端分别与第一电压传感器和第一电流传感器的输入端连接，第一电压传感器和第一电流传感器的输出端分别与所述数据监控***的输入端连接，所述数据监控***通过接收第一电压传感器和第一电流传感器反馈的光伏电池组件输出电压和输出电流，监测光伏电池组件输出功率。
在一个优选地实施例中，还包括与所述储能电池连接的第二电压传感器以及第二电流传感器，所述第二电压传感器和第二电流传感器的输入端与所述储能电池连接，输出端与所述数据监控***的输入端连接，所述数据监控***通过接收第二电压传感器和第二电流传感器反馈的储能电池输出电压和输出电流，监测储能电池的状态。
在一个优选地实施例中，所述蓄热水箱内设置有水位传感器和温度传感器，水位传感器和温度传感器分别和所述数据监控***连接，所述数据监控***利用水位传感器和温度传感器监测蓄热水箱内的水位和水温数据。
具体的，该新型太阳能热水***的运行原理如下：
数据监控***根据第一电压传感器和第一电流传感器反馈的光伏电池组件输出电压和输出电流，监测光伏电池组件输出功率P1，根据第二电压传感器和第二电流传感器反馈的储能电池输出电压和输出电流，监测储能电池的SOC值，根据水位传感器和温度传感器反馈的数据监测蓄热水箱内的水位Z和水温数据T。数据监控***将监测的上述数据发送给控制器，控制器首先判断电热转换装置额定功率P和光伏电池组件输出功率P1之间的大小；若P≤P1，则控制光伏电池组件的供电开关处于闭合状态，此时，由光伏电池组件直接向电热转换装置供电，电热转换装置正常运行，将电能转化为热能，加热蓄热水箱中的水，使水温上升，同时，控制器控制光伏电池组件的充电开关以及储能电池的放电开关处于闭合状态，以便，当光伏电池组件多余的电能可以向储能电池充电，或者，当光伏电池组件供电不足的时候，由储能电池向电热转换装置供电。若P＞P1，则控制储能电池的放电开关以及光伏电池组件的供电开关处于闭合状态，此时，光伏电池组件向电热转换装置供电，不足部分由储能电池向电热转换装置供电，电热转换装置正常运行，加热蓄热水箱中的水，使水温上升。而无论判断电热转换装置额定功率P和光伏电池组件输出功率P1之间的大小的结果如何，最后都进一步会转入下一步的程序执行，即进一步判断储能电池的剩余容量的具体情况。
进一步判断储能电池的剩余容量SOC值(State ofcharge，即荷电状态，用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满)与所述储能电池最低放电剩余容量阈值SOCmin之间的大小，以避免过放；若SOC≤SOCmin，说明此时储能电池的剩余容量SOC值过低，为防止过放，则需要控制储能电池的放电开关和光伏电池组件的供电开关处于断开状态，以及控制光伏电池组件的充电开关处于闭合状态，此时储能电池和光伏电池组件停止向电热装换装置供电，储能电池此时仅处于充电状态。若SOC≤SOCmin时，需要进一步判断储能电池SOC与储能电池最大充电剩余容量阈值SOCmax之间的大小
若SOC＞SOCmin时，储能电池的剩余容量SOC值足够，此时，储能电池向电热转换装置供电，电热转换装置正常运行，加热蓄热水箱中的水，使水温上升，则进一步判断蓄热水箱水位Z与最低水位Zmin之间的大小；若Z≤Zmin，说明此时蓄热水箱中的水位过低，若继续持续加热，水温势必会过高，则控制储能电池的放电开关及光伏组件的供电开关处于断开状态，停止向电热转换装置供电，若Z≤Zmin时，需要进一步判断储能电池SOC与储能电池最大充电剩余容量阈值SOCmax之间的大小。
若Z＞Zmin，说明此时蓄热水箱中的水位足够，但若继续持续加热，水温可能会过高，因此，需要进一步继续判断此时的所述蓄热水箱水温T与所述蓄热水箱设定的水温阈值Tmax之间的大小，以防止水温过热，若T≥Tmax，即蓄热水箱中水温过热，则控制所述储能电池的放电开关及光伏组件的供电开关处于断开状态，停止向电热转换装置供电，并需要进一步判断储能电池SOC与储能电池最大充电剩余容量阈值SOCmax之间的大小。
若T＜Tmax，即蓄热水箱中水温没有处于过热的状态，但储能电池一直处于充电和放电的状态，为了防止过充，则需要进一步判断储能电池SOC与储能电池最大充电剩余容量阈值SOCmax之间的大小。
若SOC≥SOCmax，即，此时储能电池处于过充的状态，则控制光伏电池组件的充电开关处于断开状态，停止向储能电池继续充电，但此时的储能电池则处于继续放电的状态，继续向电热转换装置供电。
若SOC＜SOCmax，此时储能电池没有处于过充的状态，此时储能电池处于充电和放电的状态，则此时返回执行步骤：判断电热转换装置额定功率P和光伏电池组件输出功率P1之间的大小，循环执行。
具体的，为了使本领域技术人员更清楚的理解本实用新型的核心思想，下面将结合附图2对新型太阳能热水***的能量管理方法的具体流程进行详细的说明，具体包括以下步骤：
步骤1：数据监控***监测光伏电池组件输出功率P1、储能电池SOC值、蓄热水箱的水位Z和水温T，以及电热转换装置额定功率P，并将监测的上述数据发送给控制器；
步骤2：控制器判断电热转换装置额定功率P和光伏电池组件输出功率P1之间的大小；
若P≤P1，则控制光伏电池组件的供电开关、充电开关以及储能电池的放电开关处于闭合状态，转到步骤3；此时，由光伏电池组件直接向电热转换装置供电，电热转换装置正常运行，将电能转化为热能，加热蓄热水箱中的水，使水温上升。同时，控制器控制光伏电池组件的充电开关以及储能电池的放电开关处于闭合状态，以便，当光伏电池组件多余的电能可以向储能电池充电，或者，当光伏电池组件供电不足的时候，由储能电池向电热转换装置供电。
若P＞P1，则控制储能电池的放电开关以及光伏电池组件的供电开关处于闭合状态，转到步骤3；
步骤3：判断储能电池的剩余容量SOC值与所述储能电池最低放电剩余容量阈值SOCmin之间的大小；
若SOC≤SOCmin，则控制光伏电池组件的充电开关处于闭合状态，并转到步骤4；说明此时储能电池的剩余容量SOC值过低，为防止过放，则需要控制储能电池的放电开关处于断开状态，储能电池停止向电热装换装置供电，储能电池此时仅处于充电状态。
若SOC＞SOCmin时，转到步骤5；此时，储能电池的剩余容量SOC值足够，此时，储能电池向电热转换装置供电。
步骤4：控制储能电池的放电开关以及光伏电池组件的供电开关处于断开状态，并转到步骤7；
步骤5：判断蓄热水箱水位Z与最低水位Zmin之间的大小；
若Z≤Zmin，则转到步骤4；说明此时蓄热水箱中的水位过低，若继续持续加热，水温势必会过高，则需要控制储能电池的放电开关及光伏组件的供电开关处于断开状态，停止向电热转换装置供电。
若Z＞Zmin，说明此时蓄热水箱中的水位足够，但若继续持续加热，水温可能会过高，因此，需要进一步继续判断所述蓄热水箱水温T与所述蓄热水箱设定的水温阈值Tmax之间的大小，因此转到步骤6；
步骤6：判断所述蓄热水箱水温T与所述蓄热水箱设定的水温阈值Tmax之间的大小；
若T≥Tmax，即蓄热水箱中水温过热，则控制所述储能电池的放电开关及光伏组件的供电开关处于断开状态，停止向电热转换装置供电，则转到步骤4；
若T＜Tmax，即蓄热水箱中水温没有处于过热的状态，但储能电池一直处于充电和放电的状态，为了防止过充，则需要进一步判断储能电池SOC与储能电池最大充电剩余容量阈值SOCmax之间的大小，因此转到步骤7；
步骤7：判断储能电池SOC与储能电池最大充电剩余容量阈值SOCmax之间的大小；
若SOC≥SOCmax，此时储能电池处于过充的状态，则控制光伏电池组件的充电开关处于断开状态，停止向储能电池继续充电，因此控制光伏电池组件的充电开关处于断开状态；但此时的储能电池则处于继续放电的状态，继续向电热转换装置供电。
若SOC＜SOCmax，则返回步骤2。
以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (6)
1.一种新型太阳能热水***，其特征在于，包括：
控制***；
至少一组光伏电池组件；
用于储存电能的储能电池；
用于将电能转换为热能的电热转换装置；
用于储存热水的蓄热水箱；
所述光伏电池组件的输出端与所述控制***的输入端连接，所述控制***的输出端分别连接所述储能电池以及所述电热转换装置的输入端，所述电热转换装置设置在所述蓄热水箱内，所述蓄热水箱设有冷水进口和热水出口，所述控制***包括控制器和用于监测光伏电池组件输出功率、储能电池状态以及蓄热水箱内水温和水位的数据监控***，所述控制器根据所述数据监控***监测的数据控制所述储能电池和所述电热转换装置的运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种新型太阳能热水***，其特征在于，所述电热转换装置可采用直流电热转换装置或交流电热转换装置。
3.根据权利要求2所述的一种新型太阳能热水***，其特征在于，所述控制***的输出端通过DC/DC转换器与直流电热转换装置连接；或者，所述控制***的输出端通过逆变器与交流电热转换装置连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型太阳能热水***，其特征在于，所述光伏电池组件输出端还设置有第一电压传感器以及第一电流传感器，光伏电池组件输出端分别与第一电压传感器和第一电流传感器的输入端连接，第一电压传感器和第一电流传感器的输出端分别与所述数据监控***的输入端连接，所述数据监控***通过接收第一电压传感器和第一电流传感器反馈的光伏电池组件输出电压和输出电流，监测光伏电池组件输出功率。
5.根据权利要求1所述的一种新型太阳能热水***，其特征在于，还包括与所述储能电池连接的第二电压传感器以及第二电流传感器，所述第二电压传感器和第二电流传感器的输入端与所述储能电池连接，输出端与所述数据监控***的输入端连接，所述数据监控***通过接收第二电压传感器和第二电流传感器反馈的储能电池输出电压和输出电流，监测储能电池的状态。
6.根据权利要求1所述的一种新型太阳能热水***，其特征在于，所述蓄热水箱内设置有水位传感器和温度传感器，水位传感器和温度传感器分别和所述数据监控***连接，所述数据监控***利用水位传感器和温度传感器监测蓄热水箱内的水位和水温数据。
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