專利名稱：一種無蓄電池式晝夜光伏水泵系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種無蓄電池式熱光伏水泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬于太陽能光伏和燃料化學能利用的技術領域。
背景技術：
在無電力供應的農(nóng)村和邊遠地區(qū)，灌溉需要電力供應。光伏水泵抽水系統(tǒng)的出現(xiàn)，一定程度上解決了這些地區(qū)的飲水和農(nóng)業(yè)用水問題。目前，光伏水泵系統(tǒng)分為有蓄電池和無蓄電池兩種。配有蓄電池的光伏水泵系統(tǒng)雖然能在無太陽光時(陰天或者晚上)運行，但蓄電池使用壽命短，需定期維護和更換、成本高；鉛酸電池不環(huán)保，使用后難于降解環(huán)保處理；充放電需要專用控制器，整體轉換效率低、系統(tǒng)可靠性有降低。無蓄電池的光伏水泵系統(tǒng)雖然環(huán)保，經(jīng)濟，控制簡單，但無法在無太陽光時(陰天或者晚上)運行。本發(fā)明彌補了兩者的缺點，既無需蓄電池，又可以在無太陽光時運行,且高效,低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決無蓄電池式光伏水泵系統(tǒng)無法在無太陽光的條件下運行的技術問題。本發(fā)明提出了一種能晝夜運行的無蓄電池式光伏水泵系統(tǒng)。本發(fā)明的技術方案是一種無蓄電池式晝夜光伏水泵系統(tǒng)，主要包括光熱發(fā)電系統(tǒng)、變頻控制器、交流電機、水泵和水箱，其中，光熱發(fā)電系統(tǒng)包括蝶式反射鏡、二次透鏡、圓盤輻射器、過濾層、熱紅外光電池、反射鏡、燃燒室、散熱裝置。變頻控制器把光熱發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電轉換成頻率自動變化的交流電。交流電驅動電機，電機通過聯(lián)軸器帶動水泵運行，水泵通過管道把地下水抽到地表給光熱發(fā)電系統(tǒng)和水箱供水。熱紅外光電池和圓盤輻射器通過反射鏡組成一個圓柱形的腔體，腔體為真空；腔體的上表面為圓盤輻射器，腔體下表面為熱紅外光電池，以二次透鏡的中心為圓心進行布置，熱紅外光電池表面涂有一層過濾層，腔體的圓周面為反射鏡；所述二次透鏡固定在蝶式反射鏡的焦點處，二次透鏡在圓盤輻射器上形成的光斑與圓盤輻射器面積相等；燃燒室設置在圓柱形腔體的外側，與圓盤輻射器接觸。燃燒室兩端設有輸氣管路，管路前端設有電磁閥。散熱裝置放置在腔體外側，與熱紅外光電池接觸。散熱裝置中的U型管路與水泵的輸水管路連接。在水箱底部設有低水位傳感器，中部設有中水位傳感器以及水箱頂部設有高水位傳感器。蝶式反射鏡和二次透鏡起到高倍聚光作用，可提高單位面積上的太陽能，滿足熱光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求。當有太陽光時，通過高倍聚光的太陽光加熱圓盤輻射器；當無太陽光或者陽光較弱時，通過燃燒室加熱圓盤輻射器，。熱紅外光電池把圓盤輻射器輻射出的光能轉換成電能。圓盤輻射器采用SC材料。熱光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過高倍聚光的太陽能或燃料燃燒產(chǎn)生的熱能加熱圓盤輻射器，以近紅外輻射形式經(jīng)熱紅外光電池轉化成電能；圓盤輻射器在1000-2000K的溫度條件下工作時，輻射波譜中包含了很大一部分能量不足以使熱紅外光電池產(chǎn)生自由電子的光子，即
光子能量低于熱紅外光電池的禁帶寬度這部分能量會被熱紅外光電池吸收而
成為有害熱載，使其轉換效率急劇下降。熱紅外光電池表面涂有一層過濾層，過濾層把低于熱紅外光電池禁帶寬度的光子反射回圓盤輻射器。熱紅外光電池和圓盤輻射器通過反射鏡組成一個圓柱形的腔體，腔體被抽真空，防止熱對流，降低輻射器的溫度。公知的熱光伏發(fā)電系統(tǒng)效率高于一般光伏電池的效率，因此同樣的輸出功率所需的光伏電池減小，降低了光伏發(fā)電成本。由于熱紅外光電池的發(fā)熱量比一般光伏電池的發(fā)熱量大，而溫度又是影響熱紅外光電池轉換效率的重要因素之一。散熱裝置采用水冷的方式，使熱紅外光電池的運行溫度保持不變，防止效率下降。冷卻水通過水泵提供，在光照強度上升或者燃料加大時，熱光伏電池的發(fā)熱量增大，散熱所需的冷卻水量就需要增加。此時，光伏水泵系統(tǒng)的出水量隨光照強度的上升而增加。因此，輸送冷卻水的管路上就不需要安裝閥門來調節(jié)流量，這樣就減少了管路損失，同時又能保證熱光伏電池溫度恒定。變頻控制器具有最大功率點跟蹤(MPPT)功能，并能把直流電壓直接轉換成頻率可變的交流電，頻率由輸入功率來確定，通過控制逆變電路中電橋導通組的切換時間來改變頻率，通過閉環(huán)控制電路使得變頻控制器輸出的交流電頻率的三次方與輸入功率成正比。這樣就能使交流電機的轉速隨著太陽能電池板輸出功率的變化而自動變化，從而使水泵負載能與光伏陣列的輸出功率相匹配。區(qū)別于通用變頻器需要經(jīng)過交-直-交的逆變電路轉換，由于光伏陣列輸出的為直流電，變頻控制器只需直流變交流的逆變電路，這樣既簡化了逆變電路，又提高了光伏水泵系統(tǒng)的效率。變頻控制器、低水位傳感器、中水位傳感器、高水位傳感器和電磁閥組成的水箱水位控制系統(tǒng)來控制系統(tǒng)的啟停以及電磁閥的開度；能有效的根據(jù)用戶用水量的需求，調整電磁閥的開度以及整個系統(tǒng)的啟停，使得整個系統(tǒng)更為高效，同時，能減小水箱的尺寸。當水箱水位低于低水位傳感器時，打開電磁閥，給燃燒室通燃氣，并點燃加熱圓盤輻射器，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)增大輸出功率，進而增大光伏水泵系統(tǒng)的抽水量，若仍低于下水位傳感器，就增加電磁閥開度，加大沼氣的輸入量；當水箱水位高于中水位傳感器時，減小電磁閥開度，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，進而降低光伏水泵系統(tǒng)的抽水量，若仍高于中水位傳感器，就繼續(xù)減小閥門開度直至關閉；當水位高于高水位傳感器時，光伏水泵停止運行。本發(fā)明的有益效果是通過光熱發(fā)電系統(tǒng)的應用，解決了無蓄電池式光伏水泵系統(tǒng)在陰天和夜晚無法抽水的缺陷，同時該系統(tǒng)也不會存在蓄電池使用壽命短，需定期維護和更換、成本高；鉛酸電池不環(huán)保，使用后難于降解環(huán)保處理；充放電需要專用控制器，整體轉換效率低、系統(tǒng)可靠性有降低等缺點。同時，由于燃燒室的存在，大大減小了水箱的尺寸。光熱發(fā)電系統(tǒng)的效率也高于一般光伏電池的效率。


附圖I為本發(fā)明結構示意圖。附圖2為光熱發(fā)電系統(tǒng)示意圖。圖中I.光熱發(fā)電系統(tǒng)，2.變頻控制器，3.電機，4.水泵，5.水箱，6.蝶式反射鏡，
7.二次透鏡，8.圓盤輻射器，9.過濾層，10.熱紅外光電池，11.反射鏡，12.燃燒室，13.散熱裝置，14.電磁閥，15.低水位傳感器，16.中水位傳感器，17.高水位傳感器。
具體實施例方式結合圖1、2，本發(fā)明所述的主要包括光熱發(fā)電系統(tǒng)I、變頻控制器2、交流電機3、水泵4、水箱5、低水位傳感器15、中水位傳感器16和高水位傳感器17，其中，光熱發(fā)電系統(tǒng)I包括蝶式反射鏡6、二次透鏡7、圓盤福射器8、過濾層9、熱紅外光電池10、反射鏡11、燃燒室12、散熱裝置13。當水箱水位低于低水位傳感器15時，打開電磁閥14，給燃燒室12通燃氣，并點燃加熱圓盤輻射器8，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)I增大輸出功率,進而增大光伏水泵系統(tǒng)的抽水量，若仍低于下水位傳感器15,就增加電磁閥14開度,加大沼氣的輸入量；當水箱水位高于中水位傳感器16時,減小電磁閥開度，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率,進而降低光伏水泵系統(tǒng)的抽水量，若仍高于中水位傳感器16，就繼續(xù)減小閥門開度直至關閉；當水位高于高水位傳感器17時，通過變頻控制器2，停止光伏水泵4運行。
權利要求
1.一種無蓄電池式晝夜光伏水泵系統(tǒng)，其特征在于，包括光熱發(fā)電系統(tǒng)(I)、頻控制器⑵、交流電機(3)、水泵(4)、水箱(5)、低水位傳感器(15)、中水位傳感器(16)和高水位傳感器(17);變頻控制器(2)把光熱發(fā)電系統(tǒng)⑴產(chǎn)生的直流電轉換成頻率自動變化的交流電，交流電驅動電機(3)，電機(3)通過聯(lián)軸器帶動水泵(4)運行，水泵(4)通過管道把地下水抽到地表給光熱發(fā)電系統(tǒng)(I)和水箱(5)供水；所述光熱發(fā)電系統(tǒng)(I)包括蝶式反射鏡(6)、二次透鏡(7)、圓盤輻射器(8)、過濾層(9)、熱紅外光電池(10)、反射鏡(11)、燃燒室(12)、散熱裝置(13);熱紅外光電池(10)和圓盤輻射器⑶通過反射鏡(11)組成一個圓柱形的腔體，腔體為真空；腔體的上表面為圓盤輻射器(8)，腔體下表面為熱紅外光電池(10)，以二次透鏡(7)的中心為圓心進行布置，熱紅外光電池(10)表面涂有一層過濾層(9)，腔體的圓周面為反射鏡(11);所述二次透鏡(7)固定在蝶式反射鏡(6)的焦點處，二次透鏡(7)在圓盤輻射器(8)上形成的光斑與圓盤輻射器(8)面積相等；燃燒室(12)設置在圓柱形腔體的外側，與圓盤輻射器⑶接觸；燃燒室(12)兩端設有輸氣管路，管路前端設有電磁閥(14);散熱裝置(13)放置在腔體外側，與熱紅外光電池(10)接觸；散熱裝置(13)中的U型管路與水泵的輸水管路連接；在水箱底部設有低水位傳感器(15)，中部設有中水位傳感器(16)以及水箱頂部設有高水位傳感器(17)。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種無蓄電池式晝夜光伏水泵系統(tǒng)，其特征在于，所述變頻控制器(2)通過控制逆變電路中電橋導通組的切換時間來改變頻率，通過閉環(huán)控制電路使得變頻控制器(2)輸出的交流電頻率的三次方與輸入功率成正比。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的一種無蓄電池式晝夜光伏水泵系統(tǒng)，其特征在于，水箱上的低水位傳感器(15)、中水位傳感器(16)和高水位傳感器(17)以及電磁閥(14)和變頻控制器(2)連接組成的水位控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的一種無蓄電池式晝夜光伏水泵系統(tǒng)，其特征在于，水泵(4)的抽水量與熱紅外光電池(10)的輸出功率成正比，熱紅外光電池(10)的發(fā)熱量與熱紅外光電池(10)的輸出功率成正比，散熱裝置(13)的散熱量與水的流量成正比。
全文摘要
本發(fā)明是一種無蓄電池式晝夜光伏水泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬于太陽能光伏和燃料化學能利用的技術領域。其主要光熱發(fā)電系統(tǒng)、變頻控制器、交流電機、水泵、水箱、低水位傳感器、中水位傳感器和高水位傳感器，其中，光熱發(fā)電系統(tǒng)包括蝶式反射鏡、二次透鏡、圓盤輻射器、過濾層、熱紅外光電池、反射鏡、燃燒室、散熱裝置。光熱發(fā)電系統(tǒng)的效率高于一般的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，同樣的輸出功率所需要的光伏電池就少，因此，降低了整個系統(tǒng)的成本。本發(fā)明中的無蓄電池式光伏水泵系統(tǒng)，即環(huán)保又能晝夜運行，彌補了無蓄電池光伏水泵系統(tǒng)在陰天，夜晚無法抽水的缺陷。同時，提高了原有無蓄電池式光伏水泵系統(tǒng)中光伏電池的光電轉換效率并減少了水箱的尺寸。
文檔編號F04B49/06GK102937073SQ20121042619
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權日2012年10月31日
發(fā)明者劉厚林, 徐歡 申請人:江蘇大學