离网型供能系统的制作方法

1.本发明涉及可再生能源应用技术领域，具体涉及一种离网型供能系统。


背景技术：

2.风光互补发电系统可以分为两种，一种是并网型，即和公用电网通过标准接口相连接，将接受来的能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流；另一种是离网型，即在自己的闭路系统内部形成电路，系指采用区域独立发电、分户独立发电的离网型供电模式；在配网不能到达的偏远山区、荒漠地区、海岛等区域，离网型风光互补发电系统因其建设周期短、配置灵活等优点，对于户用显得更加适宜。
3.目前，现有风光互补发电系统一般将太阳能和风能转换成电能进行利用，在高寒地区中，采暖和生活热水均为日常刚需，在对室内或生活用水进行加热时，需要通过发电系统储存的电能进行加热，能量转换过程中将产生能量损失，降低了能量利用率，使得本就转化效率较低的发电系统更加难以满足日常生活使用。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的离网型风光互补发电系统资源利用效率低，难以满足使用需求的缺陷，从而提供一种离网型供能系统。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种离网型供能系统，包括：电能存储部，适于存储电能；光伏发电装置，包括若干光伏组件、散热部、滤光结构、第一驱动泵以及热交换器，光伏组件与电能存储部电连接，散热部设置在光伏组件的发热部位，滤光结构设置在光伏组件上且具有容纳滤光冷却介质的滤光腔，光伏组件适于将太阳能转化为电能，滤光结构、散热部及热交换器形成冷却循环回路，第一驱动泵适于驱动滤光冷却介质在冷却循环回路中流动；生活用水管路，与热交换器连接，热交换器适于将光伏组件产生的热量传递至生活用水。
6.可选的，光伏组件为聚光光伏组件。
7.可选的，每个聚光光伏组件包括菲涅尔透镜、光漏斗、光棱镜、光伏电池以及pcb板，光漏斗、光棱镜、光伏电池和pcb板依次连接，菲涅尔透镜设置在光漏斗的上方，滤光结构覆盖在菲涅尔透镜上，pcb板设置在散热部上。
8.可选的，pcb板与散热部之间设有导热件。
9.可选的，散热部包括若干散热器，若干散热器与若干聚光光伏组件一一对应设置，相邻的散热器通过冷却管连通。
10.可选的，光伏发电装置还包括跟踪支架，光伏组件和散热器固定设置在跟踪支架上，散热器通过柔性管路与生活用水管路接触，跟踪支架适于根据太阳位置调整光伏组件的角度。
11.可选的，还包括保温水箱和电热水箱，生活用水管路依次与保温水箱和电热水箱
连通，保温水箱适于存储热水，电热水箱适于在电能充足时对其中的水进行加热。
12.可选的，生活用水管路上设置有第二驱动泵，第二驱动泵适于驱动水在生活用水管路中流动。
13.可选的，还包括风力发电装置，与电能存储部电连接，风力发电装置适于将风能转化为电能。
14.可选的，电能存储部包括控制逆变一体机和蓄电池，风力发电装置和光伏发电装置通过控制逆变一体机与蓄电池电连接。
15.本发明具有以下优点：
16.1、在光伏发电装置上设置散热部和滤光结构，滤光冷却介质通过冷却循环回路同时流过散热部和滤光结构，在进行滤光的同时对光伏组件进行散热，既减少了光伏组件的发热量，防止光伏组件的发电效率因温度过高而下降，又将光伏组件产生的热量交换到生活用水中，对生活用水进行预加热，提高光伏转化效率的同时还有效利用了光伏发电产生的热量，有效解决了现有技术中的离网型风光互补发电系统资源利用效率低，难以满足使用需求的问题。
17.2、pcb板与散热部之间设有导热件，结构简单可靠，能够保证pcb板与散热部之间的热传导效率。
18.3、滤光结构中的滤光腔为一个整体的腔体，以保证滤光冷却介质在其中的流动不受阻挡，冷却入口设置在滤光结构上与滤光腔连通，冷却出口设置在冷却管与散热器内部的腔体连通，滤光冷却介质先填充位于上方的滤光腔，之后在重力作用下流入冷却管中，最后从冷却出口流出，使得滤光冷却介质能够有效填充滤光腔。
19.4、为了在光伏支架转动时不影响滤光冷却回路的正常运行，光伏支架上的冷却管与地面上的冷却管之间采用柔性管路连接，柔性管路可随光伏支架上双轴转动。
20.5、位于地面的冷却管穿设在换热腔中，同时冷却管位于换热腔中的部分成弯曲状设置，以增大滤光冷却介质与生活用水之间的换热面积。
附图说明
21.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。
22.图1示出了本发明实施例的离网型供能系统的布置示意图；
23.图2示出了图1的离网型供能系统的光伏发电装置的结构示意图；
24.图3示出了图2的离网型供能系统的光伏发电装置的剖开示意图；
25.图4示出了图1的离网型供能系统的散热器的布置示意图；
26.图5示出了图4的离网型供能系统的散热器的俯视示意图；
27.图6示出了图4的离网型供能系统的散热器的侧视示意图；
28.图7示出了图1的离网型供能系统的供电过程示意图；
29.图8示出了图1的离网型供能系统的供热过程示意图。
30.附图标记说明：
31.10、控制逆变一体机；11、蓄电池；12、配电箱；20、风力发电装置；30、光伏发电装置；31、菲涅尔透镜；32、光漏斗；33、光棱镜；34、光伏电池；35、pcb板；36、模组箱；37、跟踪支架；38、光伏支架；39、光伏支柱；41、第一驱动泵；42、滤光结构；43、散热器；44、冷却管；45、柔性管路；46、冷却入口；47、冷却出口；50、生活用水管路；51、保温水箱；52、电热水箱；53、第二驱动泵；54、热交换器；55、水源。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
36.如图1至图8所示，本实施例的离网型供能系统包括：电能存储部、光伏发电装置30和生活用水管路50，电能存储部适于存储电能；光伏发电装置30包括若干光伏组件、散热部、滤光结构42、第一驱动泵41以及热交换器54，光伏组件与电能存储部电连接，散热部设置在光伏组件的发热部位，滤光结构42设置在光伏组件上且具有容纳滤光冷却介质的滤光腔，光伏组件适于将太阳能转化为电能，滤光结构42、散热部及热交换器54形成冷却循环回路，第一驱动泵41适于驱动滤光冷却介质在冷却循环回路中流动；生活用水管路50与热交换器54连接，热交换器54适于将光伏组件产生的热量传递至生活用水。
37.应用本实施例的离网型供能系统，在光伏发电装置上设置散热部和滤光结构42，滤光冷却介质通过冷却循环回路同时流过散热部和滤光结构42，在进行滤光的同时对光伏组件进行散热，既减少了光伏组件的发热量，防止光伏组件的发电效率因温度过高而下降，又将光伏组件产生的热量交换到生活用水中，对生活用水进行预加热，提高光伏转化效率的同时还有效利用了光伏发电产生的热量，有效解决了现有技术中的离网型风光互补发电系统资源利用效率低，难以满足使用需求的问题。
38.需要说明的是，本供能系统不仅仅局限于离网型，在距离电网较近的区域，也可以在供能系统上设置逆变器，通过逆变器逆变后向电网输出电能。
39.在本实施例中，光伏组件为聚光光伏组件，聚光光伏组件的转化效率高、发热量大，在有效提升光伏发电量的同时，使得冷却循环回路对生活用水的加热效果更好，提升生
活用水的温度和加热效率，减少后续采暖或加热生活用水所需的电能。
40.具体地，光伏组件为高倍聚光光伏组件，其具体构造可参考现有高倍聚光光伏组件的结构，此处不做严格限定；高倍聚光光伏组件在没有冷却系统的情况下，其光伏电池表面的温度会高于150度，由于光伏组件的工作效率在温度过高时会大幅下降，在此种温度下将严重影响光伏发电量，采用滤光结构42，滤光结构42内部形成液体滤光层，根据光伏电池的光谱特性，过滤掉只发热而不进行光电转换的波长的光线，便可减少光伏电池的发热量；此处对滤光冷却介质的材质不做限定，可根据所需要过滤的光的波长选择对应的材质的液体，第一驱动泵41的类型与滤光冷却介质匹配即可，同时，还需要考虑高寒地区的温度，滤光冷却介质的凝点不宜过高，以防止在温度较低时凝固而无法进行循环。
41.优选地，滤光冷却介质为含金属无机盐的防冻冷却液，第一驱动泵41为液泵，防冻冷却液的具体种类可根据使用环境的最低气温进行选择，能够较好的进行循环闭式冷却即可。金属无机盐的具体种类和浓度可根据所使用的电池组件的光谱吸收特性进行选择，如硫酸铁、硝酸铜等。
42.在本实施例中，每个聚光光伏组件包括菲涅尔透镜31、光漏斗32、光棱镜33、光伏电池34以及pcb板35，光漏斗32、光棱镜33、光伏电池34和pcb板35依次连接，菲涅尔透镜31设置在光漏斗32的上方，滤光结构42覆盖在菲涅尔透镜31上，pcb板35设置在散热部上，菲涅尔透镜的聚焦光斑均匀性更好，上述部件构成1000倍聚光电池模组箱，能量转化效率高，提升光伏发电量。可以理解，作为可替换的实施方式，也可将菲涅尔透镜31更换为其他种类的透镜，具体放大倍数可根据需求进行调整。
43.具体地，光伏电池为砷化镓电池，其光电效率更高；多个聚光光伏组件设置在模组箱36中，模组箱36能够对内部的发电组件形成有效保护。
44.在本实施例中，pcb板35与散热部之间设有导热件，结构简单可靠，能够保证pcb板35与散热部之间的热传导效率。可以理解，作为可替换的实施方式，若pcb板35与散热部能够良好的贴合，也可以不设置导热件，pcb板35与散热部直接固定贴合。
45.具体地，对导热件的具体材质不做限定，可以是硬质的导热片，也可以是铺设在pcb板上或者散热部上的导热层，优选为导热硅胶，pcb板35通过导热硅胶粘接在散热部上。
46.在本实施例中，散热部包括若干散热器43，若干散热器43与若干聚光光伏组件一一对应设置，相邻的散热器43通过冷却管44连通，每个散热器43能够对其对应的聚光光伏组件进行散热，较热的滤光冷却介质通过冷却管44流走进行换热，结构简单的同时，能够良好的完成散热过程。
47.具体地，如图3和图4所示，滤光结构42的尺寸与模组箱36的尺寸一致，能够覆盖在整个模组箱36上，以保证整体的滤光效果；滤光结构42中的滤光腔为一个整体的腔体，以保证滤光冷却介质在其中的流动不受阻挡，滤光腔的两端分别通过管道与位于下层的冷却管44连通，滤光腔并联在散热器43与冷却管44构成的冷却循环回路上形成过滤循环回路；散热部还具有供滤光冷却介质流入和流出的冷却入口46和冷却出口47，由于滤光结构42位于聚光光伏组件的顶部，而散热器43与冷却管44位于聚光光伏组件的底部，为了使滤光冷却介质能够有效填充滤光腔，冷却入口46设置在滤光结构42上与滤光腔连通，冷却出口47设置在冷却管44与散热器43内部的腔体连通，滤光冷却介质先填充位于上方的滤光腔，之后在重力作用下流入冷却管44中，最后从冷却出口47流出。
48.进一步的，如图5和图6所示，虚线部分为散热器43中的腔体，散热器43的两端分别连接冷却管44与其中的腔体连通。
49.在本实施例中，光伏发电装置30还包括跟踪支架37，光伏组件和散热器43固定设置在跟踪支架37上，散热器43通过柔性管路45与生活用水管路50接触，跟踪支架37适于根据太阳位置调整光伏组件的角度，以保证光伏发电装置30全天处于较好的入射角度，进而提升同一时间段内的发电效率。
50.具体地，对跟踪支架37的具体种类不做限定，可以是最佳倾角固定式、平单轴跟踪式、斜单轴跟踪式、双轴跟踪式及固定可调式等，能够调节阳光入射角度，提高发电量即可。
51.优选地，跟踪支架37为双轴跟踪支架，其能够根据太阳的入射角的变化持续进行跟踪，对发电量的提高最为显著。
52.进一步的，跟踪支架37包括光伏支架38和光伏支柱39，滤光结构42、模组箱36、散热器43以及冷却管44均设置在光伏支架38上；由于光伏支架38和光伏支柱39之间会发生转动，为了在光伏支架38转动时不影响滤光冷却回路的正常运行，光伏支架38上的冷却管44与地面上的冷却管44之间采用柔性管路连接，柔性管路可随光伏支架38上双轴转动；第一驱动泵41设置在位于地面上的冷却管44上；与外界空气接触的冷却管44或生活用水管路50上还设置有保温层，以防止热量大量流失到外界，对保温层的具体材质不做限定，能够有效可靠的进行保温即可，优选为三元乙丙橡胶材质。
53.在本实施例中，还包括保温水箱51和电热水箱52，生活用水管路50依次与保温水箱51和电热水箱52连通，保温水箱51适于存储热水，电热水箱52适于在电能充足时对其中的水进行加热，保温水箱51中储存经过预加热后的生活用水，当需要二次加热时即可通过电热水箱52进一步加热，同时，电热水箱52还能够作为卸荷负载，当电能存储部中的能量储存满后，此时多余的电能输入至电热水箱52，以使电热水箱52对其中的生活用水进行加热，使其中的生活用水能够保证一定的温度，加热后的水能够在户用建筑中循环，以便满足日常的洗浴、采暖等需要。可以理解，作为可以替换的实施方式，位于海岛等区域的离网用户，可以将电热水箱52替换为海水淡化设备作为卸荷负载，通过余电制水，增加生活用水储量。
54.在本实施例中，生活用水管路50上设置有第二驱动泵53，第二驱动泵53适于驱动水在生活用水管路50中流动，保温水箱51和电热水箱52设置在户用建筑的高位，第二驱动泵53能够将生活用水输送至保温水箱51和电热水箱52中，通过水的自重产生供水压力，结构简单巧妙。
55.具体地，生活用水管路50一端与水源55连通，另一端与保温水箱51和电热水箱52依次连通，第二驱动泵53和热交换器54设置在生活用水管路50上；热交换器54具有换热腔，生活用水管路50与换热腔连通，换热腔上的进水口低于出水口，以使生活用水能够在换热腔中充分进行换热；换热腔中的水由第二驱动泵53自净化后的水源55引入，在保温水箱51和电热水箱52中安装有液位传感器，能够视保温水箱51和电热水箱52的水位情况及时补水；位于地面的冷却管44穿设在换热腔中，同时冷却管44位于换热腔中的部分成弯曲状设置，以增大滤光冷却介质与生活用水之间的换热面积，优选为螺旋状结构。
56.在本实施例中，还包括风力发电装置20，与电能存储部电连接，风力发电装置20适于将风能转化为电能，通过风力发电装置20对光伏发电的间歇性进行补充，提高了供电的稳定性。
57.具体地，风力发电装置20的具体型号及结构可根据环境进行选择，可参考现有装置，此处不做过多赘述。
58.优选地，风力发电装置20与光伏发电装置一同进行供电，以庭院单户为用户，用户的峰值用电负荷通常不超过20kw，本实施例以20kw户用负荷为标准，考虑风力发电和光伏发电能的容量能满足单独供电需求；风力发电装置20采用小型水平轴低速永磁直驱发电机，其噪音小、损耗低，更加适用于单户用户，发电机功率曲线根据应用场景的年平均风速进行匹配，使得额定功率不低于20kw。需要说明的是，其中部件的额定功率不做严格的限定，可根据其用电负荷进行对应的匹配。
59.在本实施例中，电能存储部包括控制逆变一体机10和蓄电池11，风力发电装置20和光伏发电装置30通过控制逆变一体机10与蓄电池11电连接，控制逆变一体机10能够将风力发电装置20的交流电进行转换，通过ac-dc-ac转换模式对蓄电池11充电，同时直接提供给交流负载使用，对风力发电装置20实现控制保护功能；控制逆变一体机10还能将光伏发电装置30获得的直流电对蓄电池11进行充电，同时通过dc-ac转换模式将电能提供给交流负载使用。
60.具体地，蓄电池11采用浮充电模式进行工作，其中的电压始终稳定在浮充电压点，可在24小时无电能补充的情况下对户内负荷进行供电；电能存储部还包括配电箱12，配电箱12能够对户内负载进行电能分配。
61.进一步的，电热水箱52作为卸荷负载接入控制逆变一体机10，将多余的电能用于生活用水的再次加热，有效利用电能充满后的多余的光能和风能，避免了弃风弃光，提高了资源利用效率。
62.以下结构图7和图8对本实例的离网型供能系统的供电和供热过程进行说明：
63.供电过程：光伏发电装置将光能转为电能，风力发电装置20将风能转化为电能，控制逆变一体机10将两者产生的电能存入蓄电池11中或直接供给负载进行使用，在有多余的电能时，控制逆变一体机10将余电供给电热水箱52对生活用水进行加热，进而防止电能浪费；
64.供热过程：水源55的水通过第二驱动泵53泵入热交换器54中；滤光冷却介质在滤光结构42吸收的热量及在散热部吸收的热量，通过冷却循环回路传递至热交换器54中的生活用水中；热交换器54中生活用水通过第二驱动泵53送入保温水箱51和电热水箱52，以满足洗浴和采暖需求。
65.从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：
66.1、在光伏发电装置上设置散热部和滤光结构42，滤光冷却介质通过冷却循环回路同时流过散热部和滤光结构42，在进行滤光的同时对光伏组件进行散热，既减少了光伏组件的发热量，防止光伏组件的发电效率因温度过高而下降，又将光伏组件产生的热量交换到生活用水中，对生活用水进行预加热，提高光伏转化效率的同时还有效利用了光伏发电产生的热量。
67.2、光伏组件为聚光光伏组件，聚光光伏组件的转化效率高、发热量大，在有效提升光伏发电量的同时，使得冷却循环回路对生活用水的加热效果更好，提升生活用水的温度和加热效率，减少后续采暖或加热生活用水所需的电能。
68.3、电热水箱52作为卸荷负载接入控制逆变一体机10，将多余的电能用于生活用水
的再次加热，有效利用电能充满后的多余的光能和风能，避免了弃风弃光，提高了资源利用效率。
69.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种离网型供能系统，其特征在于，包括：电能存储部，适于存储电能；光伏发电装置(30)，包括若干光伏组件、散热部、滤光结构(42)、第一驱动泵(41)以及热交换器(54)，所述光伏组件与所述电能存储部电连接，所述散热部设置在所述光伏组件的发热部位，所述滤光结构(42)设置在所述光伏组件上且具有容纳滤光冷却介质的滤光腔，所述光伏组件适于将太阳能转化为电能，所述滤光结构(42)、所述散热部及所述热交换器(54)形成冷却循环回路，所述第一驱动泵(41)适于驱动滤光冷却介质在所述冷却循环回路中流动；生活用水管路(50)，与所述热交换器(54)连接，所述热交换器(54)适于将所述光伏组件产生的热量传递至生活用水。2.根据权利要求1所述的离网型供能系统，其特征在于，所述光伏组件为聚光光伏组件。3.根据权利要求2所述的离网型供能系统，其特征在于，每个所述聚光光伏组件包括菲涅尔透镜(31)、光漏斗(32)、光棱镜(33)、光伏电池(34)以及pcb板(35)，所述光漏斗(32)、所述光棱镜(33)、所述光伏电池(34)和所述pcb板(35)依次连接，所述菲涅尔透镜(31)设置在所述光漏斗(32)的上方，所述滤光结构(42)覆盖在所述菲涅尔透镜(31)上，所述pcb板(35)设置在所述散热部上。4.根据权利要求3所述的离网型供能系统，其特征在于，所述pcb板(35)与所述散热部之间设有导热件。5.根据权利要求2至4中任一项所述的离网型供能系统，其特征在于，所述散热部包括若干散热器(43)，若干所述散热器(43)与若干所述聚光光伏组件一一对应设置，相邻的所述散热器(43)通过冷却管(44)连通。6.根据权利要求5所述的离网型供能系统，其特征在于，所述光伏发电装置(30)还包括跟踪支架(37)，所述光伏组件和所述散热器(43)固定设置在所述跟踪支架(37)上，所述散热器(43)通过柔性管路(45)与所述生活用水管路(50)接触，所述跟踪支架(37)适于根据太阳位置调整所述光伏组件的角度。7.根据权利要求1至4中任一项所述的离网型供能系统，其特征在于，还包括保温水箱(51)和电热水箱(52)，所述生活用水管路(50)依次与所述保温水箱(51)和所述电热水箱(52)连通，所述保温水箱(51)适于存储热水，所述电热水箱(52)适于在电能充足时对其中的水进行加热。8.根据权利要求1至4中任一项所述的离网型供能系统，其特征在于，所述生活用水管路(50)上设置有第二驱动泵(53)，所述第二驱动泵(53)适于驱动水在所述生活用水管路(50)中流动。9.根据权利要求1至4中任一项所述的离网型供能系统，其特征在于，还包括风力发电装置(20)，与所述电能存储部电连接，所述风力发电装置(20)适于将风能转化为电能。10.根据权利要求9所述的离网型供能系统，其特征在于，所述电能存储部包括控制逆变一体机(10)和蓄电池(11)，所述风力发电装置(20)和所述光伏发电装置(30)通过所述控制逆变一体机(10)与所述蓄电池(11)电连接。

技术总结
本发明涉及可再生能源应用技术领域，具体涉及一种离网型供能系统。离网型供能系统包括：电能存储部；光伏发电装置，包括若干光伏组件、散热部、滤光结构、第一驱动泵以及热交换器，散热部设置在光伏组件的发热部位，滤光结构设置在光伏组件上且具有容纳滤光冷却介质的滤光腔；生活用水管路，与热交换器连接。本发明的滤光冷却介质通过冷却循环回路同时流过散热部和滤光结构，在进行滤光的同时对光伏组件进行散热，既减少了光伏组件的发热量，又将光伏组件产生的热量交换到生活用水中，提高光伏转化效率的同时还有效利用了光伏发电产生的热量，有效解决了现有技术中的离网型风光互补发电系统资源利用效率低，难以满足使用需求的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：杨光磊 才树旺 闫华林 徐振华 任博涵 范洁
受保护的技术使用者：中国华电科工集团有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/25