一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置

1.本实用新型属于太阳能发电技术领域，涉及一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置。


背景技术：

2.随着全球能源消费量增长，我国的能源需求也在不断增加，室内自然通风、太阳能利用、设置阳光间等被动式节能技术越来越受到重视。为相应国家绿色号召，对太阳能烟囱进行优化改造，从而实现节能减排作用，在未来将会大受利用。针对现今存在的各种能源资源的问题，人们逐渐发现在可再生资源中，太阳能属于可再生资源中能量最大的，且太阳能资源具有普遍性、可随处获得，可直接开发利用，无须开采和运输。同时在环境污染越来越严重的今天，作为最清洁能源之一的太阳能是极其宝贵的。太阳能凭借着其自身储量无限、能量巨大、能源清洁等的独特优势受到越来越多的重视，太阳能烟囱作为一项新兴的创新技术在加强自然通风、改善室内环境等领域有着广泛的应用前景。
3.太阳能烟囱是一种利用热压作用引导和加强自然通风的装置，它主要由玻璃板、吸热板、风口和隔热材料组成，主要原理是太阳辐射透过玻璃板，加热空气通道内空气温度，产生热压差，热空气上升从出风口排出，形成空气循环流通，从而降低建筑空调能耗。如何利用太阳能烟囱进行持续稳定的通风发电是一个技术难题。
4.因此，需要一种稳定性更高、热效率热效果更好的太阳能烟囱通风发电装置来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型解决技术问题所采取的技术方案是：一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置，包括：自下向上沿竖直方向依序分布的渐缩段、直线段、渐扩段，渐缩段的底部设有进气口，渐扩段的顶部设有出气口，直线段为正四棱柱状，直线段的两相对侧面分别为凸透镜玻璃盖板面和太阳能电池面板，凸透镜玻璃盖板面为玻璃制成的透明的凸透镜面，太阳能电池面板为太阳能发电装置，凸透镜玻璃盖板面用于将外界太阳光折射汇聚后照射到太阳能电池面板的感光发电面上，凸透镜玻璃盖板面的外侧朝向室外太阳照射侧；
6.直线段的内腔设有涡轮发电机，涡轮发电机横置在直线段的上升气流通道上，直线段内的全部受热上升气流都必须经过涡轮发电机后才能通行直线段；太阳能电池面板背向凸透镜玻璃盖板面的一侧粘贴附有相变热量储存板，相变热量储存板能够通过材料相变在高温时吸收热量、在低温时释放热量从而实现直线段内不同时段的温度波动调节均衡；白天阳光充足时，凸透镜玻璃盖板面汇聚太阳光至太阳能电池面板进行太阳能发电，涡轮发电机在直线段内经上升热气流推动转动进行发电，同时太阳能电池面板的余温通过相变热量储存板将热量存储下来；白天阳光不足或夜间时，太阳能电池面板发电量减弱或不再发电，此时相变热量储存板将前期存储的热量释放并反向传导回直线段进而加热直线段内
的空气上升，推动涡轮发电机进行发电，从而稳定不同时段不同天气时的太阳能发电波动。
7.优选的，所述太阳能电池面板沿阳光照射方向向内依序分为框架层、玻璃层、外封装材料层、太阳能电池片层、相变热量储存层、内封装材料层、底板层，框架层为铝制成，外封装材料层为导热层，内封装材料层、底板层均为隔热层；铝制的框架层以及导热材料制成的外封装材料层能够方便热量通过框架层、外封装材料层导入相变热量储存板内或导出直线段，玻璃层方便太阳光折射进入太阳能电池面板，隔热材料制成的内封装材料层、底板层能够防止热量向内散发进而导致热量因此而损失从而降低发电效率。
8.优选的，所述太阳能电池面板设置在集热墙朝阳一侧的墙面。
9.更优的，所述直线段长度为3000mm，直线段横截面的边长为500mm，集热墙厚度不小于200mm。
10.优选的，所述渐缩段长度为600mm,渐缩段相对的两个侧边夹角为60
°
，渐扩段长度为1800mm,渐扩段相对的两个侧边夹角为10
°
。
11.本实用新型的有益效果是：
12.1、本实用新型通过凸透镜玻璃盖板面汇集大量的阳光，从而快速加热，使得该区域空气密度变化产生压差并在烟囱的作用下产生较大的气流，进而通过气流推动涡轮发电机发电，同时能够将更多的太阳光汇聚到太阳能电池面板进行发电，增强了太阳能电池面板直接利用太阳辐射产生的热能发电的能力及涡轮发电机发电的能力，因此本实用新型在涡轮发电机和太阳能电池面板的双重效果加持下，增强了发电效果。
13.2、本实用新型通过在太阳能电池面板背面粘贴相变热量储存板，从而保证了在太阳光不充足的天气情况下将前期相变热量储存板的热量反向回送，以稳定涡轮发电机因不同时段不同气候环境下的发电波动性，因此本实用新型发电具有更好的发电稳定性和更低的发电波动性。
附图说明
14.图1是一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置的示意图；
15.图2是太阳能电池面板的分层示意图；
16.图3是直线段的通风示意图。
17.其中，1、渐缩段；2、直线段；3、渐扩段；4、进气口；5、出气口；6、凸透镜玻璃盖板面；7、太阳能电池面板；8、涡轮发电机；9、相变热量储存板；10、集热墙。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的相关技术进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
19.参考图1～3，一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置，包括：自下向上沿竖直方向依序分布的渐缩段1、直线段2、渐扩段3，渐缩段1的底部设有进气口4，渐扩段3的顶部设有出气口5，直线段2为正四棱柱状，直线段2的两相对侧面分别为凸透镜玻璃盖板面6和太阳能电池面板7，凸透镜玻璃盖板面6为玻璃制成的透明的凸透镜面，太阳能
电池面板7为太阳能发电装置，凸透镜玻璃盖板面6用于将外界太阳光折射汇聚后照射到太阳能电池面板7的感光发电面上，凸透镜玻璃盖板面6的外侧朝向室外太阳照射侧；
20.直线段2的内腔设有涡轮发电机8，涡轮发电机8横置在直线段2的上升气流通道上，直线段2内的全部受热上升气流都必须经过涡轮发电机8后才能通行直线段2；太阳能电池面板7背向凸透镜玻璃盖板面6的一侧粘贴附有相变热量储存板9，相变热量储存板9能够通过材料相变在高温时吸收热量、在低温时释放热量从而实现直线段2内不同时段的温度波动调节均衡；白天阳光充足时，凸透镜玻璃盖板面6汇聚太阳光至太阳能电池面板7进行太阳能发电，涡轮发电机8在直线段2内经上升热气流推动转动进行发电，同时太阳能电池面板7的余温通过相变热量储存板9将热量存储下来；白天阳光不足或夜间时，太阳能电池面板7发电量减弱或不再发电，此时相变热量储存板9将前期存储的热量释放并反向传导回直线段2进而加热直线段2内的空气上升，推动涡轮发电机8进行发电，从而稳定不同时段不同天气时的太阳能发电波动。
21.进一步的，所述太阳能电池面板7沿阳光照射方向向内依序分为框架层、玻璃层、外封装材料层、太阳能电池片层、相变热量储存层、内封装材料层、底板层，框架层为铝制成，外封装材料层为导热层，内封装材料层、底板层均为隔热层；铝制的框架层以及导热材料制成的外封装材料层能够方便热量通过框架层、外封装材料层导入相变热量储存板9内或导出直线段2，玻璃层方便太阳光折射进入太阳能电池面板7，隔热材料制成的内封装材料层、底板层能够防止热量向内散发进而导致热量因此而损失从而降低发电效率。
22.进一步的，所述太阳能电池面板7设置在集热墙10朝阳一侧的墙面。
23.更进一步的，所述直线段2长度为3000mm，直线段2横截面的边长为500mm，集热墙10厚度不小于200mm。
24.进一步的，所述渐缩段1长度为600mm,渐缩段1相对的两个侧边夹角为60
°
，渐扩段3长度为1800mm,渐扩段3相对的两个侧边夹角为10
°
。
25.实施例
26.本实施例中，太阳能烟囱部分由渐缩段1、直线段2、渐扩段3、凸透镜玻璃盖板面6、太阳能电池面板7、涡轮发电机8组成，直线段2包括四个侧面，四个侧面由两个不锈钢板面、一个太阳能电池面板7、一个凸透镜玻璃盖板6构成，其中太阳能电池面板7与凸透镜玻璃盖板6相对设立，在集热墙10上安装一层太阳能电池面板7。在直线段2中安装涡轮发电机8，在直线段2两端分别连接渐缩段1和渐扩段3。渐缩段1、直线段2和渐扩段3的横截面为正方形。渐缩段1、直线段2和渐扩段3组成文丘里强化通风装置。本实施例中的各连接处均采用玻璃胶密封缝隙，以防止通道内空气向外渗透。
27.渐缩段1是包括进气口4的锥形管，横截面面积随气流流向处逐渐减小，且横截面积为正方形，长度为1800mm,相对的两个侧边夹角为10
°
。直线段2长度为3000mm，边长为500mm，是空气加热的主要场所，其内部空气温度与室内空气形成温差，使空气形成压差，从而流动起来。渐扩段3是包括出气口5的锥形管，横截面面积随气流流向处逐渐增大，且横截面积为正方形，长度为600mm,相对的两个侧边夹角为60
°
。
28.本实施列中太阳能电池面板7，其构造沿阳光照射方向向内依序分为框架层、玻璃层、外封装材料层、太阳能电池片层、相变热量储存层、内封装材料层、底板层，其中太阳能电池片层可以吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转化为
电能，可重复使用，使用寿命长；相变热量储存层为pcm复合材料面板，相变热量储存层可以在白天吸收太阳能电池片层在发电电的过程中产生的热量，降低太阳能电池片层温度，延长电池寿命，同时在晚上室外温度降低一定程度时，向直线段2释放白天吸收的热量，使其温度升高，延长烟囱自然通风及涡轮发电机8的工作时间。相变热量储存层选择将石蜡与膨胀石墨进行复合，并经过压制工艺做成板状膨胀石墨-石蜡，制成相变热量储存复合材料，并将其与电池片结合。此方式能够解决pcm材料导热性能差以及相变后变成液体流动的问题；并且应用在本实用新型装置中，利用pcm材料在相变时可以储存和释放大量的热量的作用来优化太阳能电池面板，提升其能力；同时使用铝制框架提高散热提的导热能力并防止相变过程中融化的pcm材料泄露。同时，相变热量储存复合材料能够吸收太阳能电池片自身因消耗散发的热量，既能保证延长太阳能面板的寿命，也能防止电池片因温度过高而受损。大幅度提高了pcm材料的导热性能，使其在发生相变后也能保持固态，当太阳能电池面板在1.5c倍率放电时，冷却电池面板的最高温度约为44.7℃，电池的不同部位间最大温差约为5.3℃，相较于空气冷却的效果，相变热量储存复合材料各方面的效果均大大提升，改善了本实施例的整体性能。
29.本实施列中集热墙10厚度为200mm，白天吸收并储存热量，夜间将储热释放，也可实现直线段2内的空气温度升高，从而在夜晚实现自然通风，延长太阳能烟囱的工作时间。
30.本实施列中涡轮发电机8在直线段2内放置，当空气流动时会带动涡轮叶片转动，从而实现风能转化为电能。凸透镜玻璃盖5由于凸透镜可以将光线汇聚，主要功能是更大范围地收集并增强太阳能辐射，从而使直线段2内温度进一步升高，使得空气流动更快，增强通风，提高涡轮发电机8的发电量，同时也增强太阳能电池板2发电。
31.通风部分：在白天有太阳光照时，太阳光线通过凸透镜玻璃盖板面6聚焦得到增强，使得直线段2内空气温度升高，与外界空气形成温差，使直线段2内的空气与外界形成的空气形成压差，从使空气而流动起来，集热墙10吸收热量；夜间集热墙10和相变热量储存板9的相变复合材料释放白天吸收的热量，与外界空气形成温差，使直线段2内的空气与外界形成的空气形成压差，从使空气而流动起来；基于文丘里效应，空气在进入渐缩段1以后流速不断增大，压强逐渐缩小，在达到直线段2以后速度达到最大，压强达到最小，从而在直线段2内形成一定的真空度，使得后续的气体被吸入渐扩段3内，从而增强烟囱通风效果。本实施例因文丘里强化通风装置、凸透镜玻璃盖板面6和集热墙10解决了原有太阳能烟囱在太阳辐射能力不足时，通风发电效果不佳的问题，且气体流向、流速等外界条件的改变不会对该装置的通风能力造成影响。
32.发电部分：涡轮发电机8和太阳能电池面板7两部分共同组成发电部分，由于直线段2内空气流动带动涡轮发电机8的涡轮叶片的转动从而产生电力；太阳能电池面板7的太阳能电池片吸收由凸透镜玻璃盖5增强的太阳能并将其转化为电能。
33.综上所述，本实用新型通过凸透镜玻璃盖板面汇集大量的阳光，从而快速加热，使得该区域空气密度变化产生压差并在烟囱的作用下产生较大的气流，进而通过气流推动涡轮发电机发电，同时能够将更多的太阳光汇聚到太阳能电池面板进行发电，增强了太阳能电池面板直接利用太阳辐射产生的热能发电的能力及涡轮发电机发电的能力，本实用新型在涡轮发电机和太阳能电池面板的双重效果加持下，增强了发电效果，因此本实用新型拥有广泛的应用前景。
34.需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置，包括：自下向上沿竖直方向依序分布的渐缩段(1)、直线段(2)、渐扩段(3)，所述渐缩段(1)的底部设有进气口(4)，所述渐扩段(3)的顶部设有出气口(5)，其特征在于，所述直线段(2)为正四棱柱状，所述直线段(2)的两相对侧面分别为凸透镜玻璃盖板面(6)和太阳能电池面板(7)，所述凸透镜玻璃盖板面(6)为玻璃制成的透明的凸透镜面，所述太阳能电池面板(7)为太阳能发电装置，所述凸透镜玻璃盖板面(6)用于将外界太阳光折射汇聚后照射到太阳能电池面板(7)的感光发电面上，所述凸透镜玻璃盖板面(6)的外侧朝向室外太阳照射侧；所述直线段(2)的内腔设有涡轮发电机(8)，所述涡轮发电机(8)横置在直线段(2)的上升气流通道上，所述直线段(2)内的受热上升气流都必须经过涡轮发电机(8)后才能通行直线段(2)；所述太阳能电池面板(7)背向凸透镜玻璃盖板面(6)的一侧粘贴附有相变热量储存板(9)，所述相变热量储存板(9)能够通过材料相变在高温时吸收热量、在低温时释放热量从而实现直线段(2)内不同时段的温度波动调节均衡。2.根据权利要求1所述的一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置，其特征在于，所述太阳能电池面板(7)沿阳光照射方向向内依序分为框架层、玻璃层、外封装材料层、太阳能电池片层、相变热量储存层、内封装材料层、底板层，所述框架层为铝制成，所述外封装材料层为导热层，所述内封装材料层、底板层均为隔热层。3.根据权利要求1所述的一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置，其特征在于，所述太阳能电池面板(7)设置在集热墙(10)朝阳一侧的墙面。4.根据权利要求3所述的一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置，其特征在于，所述直线段(2)长度为3000mm，所述直线段(2)横截面的边长为500mm，所述集热墙(10)厚度不小于200mm。5.根据权利要求1所述的一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置，其特征在于，所述渐缩段(1)长度为600mm,所述渐缩段(1)相对的两个侧边夹角为60
°
，所述渐扩段(3)长度为1800mm,所述渐扩段(3)相对的两个侧边夹角为10
°
。

技术总结
本实用新型属于太阳能发电技术领域,涉及一种涡轮和太阳能电池面板双重发电的文丘里型通风装置，包括：带有凸透镜玻璃盖板面、太阳能电池面板的文丘里管及文丘里管内的涡轮发电机；通过凸透镜玻璃盖板面汇集大量的阳光，从而快速加热，使得该区域空气密度变化产生压差并在烟囱的作用下产生较大的气流，进而通过气流推动涡轮发电机发电，同时能够将更多的太阳光汇聚到太阳能电池面板进行发电，增强了太阳能电池面板直接利用太阳辐射产生的热能发电的能力及涡轮发电机发电的能力，因此本实用新型在涡轮发电机和太阳能电池面板的双重效果加持下，增强了发电效果。增强了发电效果。增强了发电效果。


技术研发人员：赵玉娇 李宜林 张蓉 胡博怀 刘浪 鲁雪莹 王梦瑶
受保护的技术使用者：西安科技大学
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/2