負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，它屬于熱能及其利用領(lǐng)域。負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如下：風(fēng)力發(fā)電機(jī)（1）和風(fēng)速傳感器（5）的輸出端與負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置（6）的輸入端連接，負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置（6）的輸出端通過開關(guān)控制器（2）與戶內(nèi)儲熱供暖轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)熱元件（4）連接，開關(guān)控制器（2）還與220V家用電源（3）連接。本發(fā)明為北方農(nóng)村居民提供一種無污染、成本低、應(yīng)用面廣的分布式風(fēng)能儲熱供暖系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以充分利用風(fēng)能這種無污染可再生資源，具有方便、節(jié)能、環(huán)保、減排的顯著優(yōu)點。
【專利說明】負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，它是利用風(fēng)能儲熱供暖的節(jié)能減排供暖系統(tǒng)，屬于熱能及其利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外供暖方式從供暖設(shè)備設(shè)施劃分主要有以下幾種類型:一是集中供熱。這是比較傳統(tǒng)的供暖方式，主要又分為市政熱力管網(wǎng)和小區(qū)內(nèi)鍋爐集中供熱。二是分散式采暖方式:即每戶獨立成一個供暖體系。三是變頻空調(diào)，冬季供熱、夏季制冷。四是水源中央空調(diào)系統(tǒng)，又稱地源熱泵，利用地下20-30米處12°C?35°C左右的地下水資源或各類水源，夏季提供5°C?7°C的冷水給房間供冷；冬季提供45°C左右的熱水供給房間供暖。
[0003]上述幾種供暖方式分別存在以下問題:①由于許多住宅樓每戶住宅內(nèi)沒有分戶計量的閥門和熱表，住戶不能根據(jù)自己的需要調(diào)整所需的熱量。②分散式采暖和變頻空調(diào)雖然可以根據(jù)自己的需要靈活調(diào)整采暖時間和溫度，但是其造價十分昂貴，另外造成空氣污染也是一個必須面對的重要問題。③水源中央空調(diào)又稱地源熱泵，是一種節(jié)能環(huán)保的供暖方式，但是受地下水限制十分嚴(yán)重?？傊鲜龉┡绞骄嬖诶脗鹘y(tǒng)能源高碳排放、消耗大、不節(jié)能等缺陷，不符合國家低碳環(huán)保、節(jié)能減排的政策要求。
[0004]此外傳統(tǒng)的風(fēng)能供暖系統(tǒng)也存在如下諸多問題，它是把風(fēng)能存儲到蓄電池中，再通過逆變器把蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)換成電壓為220V、頻率為50Hz的交流電來為供暖設(shè)備供電。但問題是，蓄電池的飽和問題和二次污染問題，不僅浪費能源，而且會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。另一方面，風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶固定負(fù)載時，只有發(fā)電機(jī)輸出功率和負(fù)載功率相匹配時，發(fā)電機(jī)才能有效的輸出功率，微風(fēng)階段發(fā)電機(jī)輸出功率小于負(fù)載功率時，都能使發(fā)電機(jī)包扎停止轉(zhuǎn)動，嚴(yán)重影響了風(fēng)能的有效利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，目的是為北方農(nóng)村居民提供一種無污染、成本低、應(yīng)用面廣的分布式風(fēng)能儲熱供暖系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以充分利用風(fēng)能這種無污染可再生資源，具有方便、節(jié)能、環(huán)保、減排的優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如下:風(fēng)力發(fā)電機(jī)和風(fēng)速傳感器的輸出端與負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置的輸入端連接，負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置的輸出端通過開關(guān)控制器與戶內(nèi)儲熱供暖轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)熱元件連接，開關(guān)控制器還與220V家用電源連接。
[0007]上述的戶內(nèi)儲熱供暖轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)如下:居民住宅屋內(nèi)吊炕炕面，在吊炕炕面下面依次鋪設(shè)卵石層、發(fā)熱元件和吊炕底板。
[0008]上述發(fā)熱元件采用遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維軟板，遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維軟板上設(shè)有正極和負(fù)極。
[0009]上述的負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置的電路結(jié)構(gòu)如下:風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端與整流電路的輸入端連接，整流電路的輸出端連接升壓電路，升壓電路的輸出端與DC-DC變換電路的輸入端連接，DC-DC變換電路的輸出端與濾波電路的輸入端連接，功率因數(shù)校正電路的輸出端與升壓電路、DC-DC變換電路和濾波電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端與PWM驅(qū)動電路的輸入端連接，PWM驅(qū)動電路的輸出端與功率負(fù)載連接，功率負(fù)載為發(fā)熱元件，功率負(fù)載的輸出端與隔離I/O的輸入端連接，隔離I/O的輸出端與PWM驅(qū)動電路的輸入端連接；信號采樣和變換電路的輸入端分別與風(fēng)速傳感器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端連接，信號采樣和變換電路的輸出端與PWM控制電路的輸入端連接，PWM控制電路的輸出端與隔離I/O的輸入端連接。
[0010]由于采用上述技術(shù)方案，使得本發(fā)明具有如下優(yōu)點和積極的效果:1)為居民戶用風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計了隨風(fēng)調(diào)控裝置，有效的保證了低風(fēng)功率穩(wěn)定輸出。2)無需逆變器等轉(zhuǎn)換裝置和儲能用的蓄電池，結(jié)構(gòu)簡單，有效降低用戶運行成本。3)可與光伏發(fā)電供暖系統(tǒng)構(gòu)成風(fēng)光互補系統(tǒng)，擴(kuò)大應(yīng)用適用區(qū)域。4)在無風(fēng)天氣風(fēng)能不充足的情況下用戶還可以選家用電源輔助熱源。5)實現(xiàn)了節(jié)能減排、低碳環(huán)保的目的，充分利用了風(fēng)能這種可再生能源。本發(fā)明為北方農(nóng)村居民提供一種無污染、成本低、應(yīng)用面廣的分布式風(fēng)能儲熱供暖系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以充分利用風(fēng)能這種無污染可再生資源，具有方便、節(jié)能、環(huán)保的顯著優(yōu)點，達(dá)到了低碳、節(jié)能、減排的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2本發(fā)明儲熱供暖裝置部分結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3本發(fā)明發(fā)熱元件部分結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4本發(fā)明負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置的電路結(jié)構(gòu)方框圖。
[0015]圖中:1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)；2、開關(guān)控制器；3、220V家用電源；4、發(fā)熱元件；5、風(fēng)速傳感器；6、負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置，7、卵石層；8、吊炕炕面；9、吊炕底板。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本發(fā)明負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如下:風(fēng)力發(fā)電機(jī)I和風(fēng)速傳感器5的輸出端與負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置6的輸入端連接，負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置6的輸出端通過開關(guān)控制器2與戶內(nèi)儲熱供暖轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)熱元件4連接，開關(guān)控制器2還與220V家用電源3連接。如圖2所示，戶內(nèi)儲熱供暖轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)如下:包括居民住宅屋內(nèi)吊炕炕面8，在吊炕炕面8下面依次鋪設(shè)卵石層7、發(fā)熱元件4和吊炕底板9，如圖3所示，發(fā)熱元件4采用遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維軟板，遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維軟板上設(shè)有正極和負(fù)極。風(fēng)力發(fā)電機(jī)I可以采用小型戶用風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0017]上述的負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置可以采用市售具有采集風(fēng)速傳感器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的信號，采用PWM控制電路隨風(fēng)速控制功率負(fù)載發(fā)熱元件4功率的現(xiàn)有裝置，也可以采用本發(fā)明人設(shè)計的負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置，這不能用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]如圖4所示，本發(fā)明負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置的電路結(jié)構(gòu)如下:風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的輸出端與整流電路的輸入端連接，整流電路的輸出端連接升壓電路，升壓電路的輸出端與DC-DC變換電路的輸入端連接，DC-DC變換電路的輸出端與濾波電路的輸入端連接，功率因數(shù)校正電路的輸出端與升壓電路、DC-DC變換電路和濾波電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端與PWM驅(qū)動電路的輸入端連接，PWM驅(qū)動電路的輸出端與功率負(fù)載連接，功率負(fù)載為發(fā)熱元件4，功率負(fù)載的輸出端與隔離I/O的輸入端連接，隔離I/O的輸出端與PWM驅(qū)動電路的輸入端連接；信號采樣和變換電路的輸入端分別與風(fēng)速傳感器5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的輸出端連接，信號采樣和變換電路的輸出端與PWM控制電路的輸入端連接，PWM控制電路的輸出端與隔離I/O的輸入端連接。
[0019]采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置可以使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。
[0020]本發(fā)明的工作原理如下:系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)為:風(fēng)力發(fā)電機(jī)I將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電能后作為交流主供電電源連接負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置6，再由開關(guān)控制器2連接發(fā)熱元件4構(gòu)成回路；由發(fā)熱元件4將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮転榫用褡≌輧?nèi)供暖。發(fā)熱元件4為遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維軟板。開關(guān)控制器2還與民用220V交流電源3連接。所用負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置主要包括信號采集和變換電路、整流電路、升壓電路、濾波電路、PWM控制電路、PWM驅(qū)動電路，其原理為采集風(fēng)速傳感器、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)電信號，經(jīng)變換、升壓、濾波，與采集的負(fù)載功率匹配，以實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的低風(fēng)輸出，負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置6采集風(fēng)速傳感器5、小型戶用風(fēng)力發(fā)電機(jī)I的信號，采用PWM驅(qū)動電路隨風(fēng)速控制功率負(fù)載發(fā)熱元件4功率。風(fēng)能采集裝置為小型戶用型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1，按照農(nóng)村居民用戶用電需求，一般選型1000W以下的風(fēng)機(jī)。負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置實時采集風(fēng)速以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率，自動預(yù)測和調(diào)整負(fù)載功率輸入，以保證小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在低輸出功率時也能夠直接給負(fù)載供電，從而省去蓄電池和逆變器。
[0021]本系統(tǒng)無需逆變器等轉(zhuǎn)換裝置和儲能用的蓄電池，其成本較低，結(jié)構(gòu)簡單，比傳統(tǒng)風(fēng)能供暖系統(tǒng)利用率高的多。逆變器主要是針對太陽能電池板發(fā)電系統(tǒng)而言的，一般情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用在發(fā)電系統(tǒng)上，同時還包括控制器、蓄電池、逆變器等。因為小型戶用型風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)輸出的是12?220V不同等級的交流電，而許多場合需要的是220v的交流電，這就需要用逆變器將蓄電池中的直流轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)市電220V的交流。本系統(tǒng)發(fā)熱元件采用遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維軟板，可以采用直流電，也可以采用民用市電的交流電，同樣獲得電能高效轉(zhuǎn)換，所以無需安裝逆變器。由于逆變器樣式繁多，質(zhì)量也有優(yōu)劣之分，所以不安裝逆變器成本可以節(jié)約500-1000元。另外，逆變器存在一個轉(zhuǎn)化效率的問題，本系統(tǒng)用的儲熱元件是發(fā)熱軟板，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的220V的交流電可以直接對其供電，這就提高了轉(zhuǎn)化效率。
[0022]本系統(tǒng)的發(fā)熱元件4為遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維軟板，主要用于儲熱供暖。卵石層主要是為了減緩熱量散失，能更有效的儲熱。
[0023]遠(yuǎn)紅外線發(fā)熱纖維軟板是由本發(fā)明人之一樸在林等人發(fā)明，參見中國實用新型專利“一種遠(yuǎn)紅外發(fā)熱軟板”(專利號:200620153474.0)和“一種遠(yuǎn)紅外發(fā)熱網(wǎng)材”(專利號:200620153473.6)，現(xiàn)已由沈陽韓貝爾科技有限公司定型生產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖3圖所示。公眾可任意按規(guī)格要求制定或購買。
[0024]本發(fā)明的創(chuàng)新點還在于整個系統(tǒng)只需要風(fēng)力發(fā)電機(jī)和發(fā)熱元件以及簡單的鏈接電路就實現(xiàn)有風(fēng)儲熱、放熱從而對住宅供暖的目的。其次，本發(fā)明可以在連續(xù)無風(fēng)的情況下，用家用電源作為輔助熱源，保證穩(wěn)定持續(xù)供暖。
[0025]本發(fā)明適用于風(fēng)能較充足地區(qū)的農(nóng)村居民住宅，具有結(jié)構(gòu)簡單，運輸安裝方便，運行可靠，使用壽命長等特點，是風(fēng)能與建筑一體化良好的供暖選擇。同時，在夏季風(fēng)能較充足時也可以通過并網(wǎng)設(shè)備向電網(wǎng)供電。本發(fā)明也響應(yīng)了國家節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的號召，有效的利用了可再生能源。
[0026]本發(fā)明是一種利用新型清潔型能源的節(jié)能減排供暖系統(tǒng)，其目的是為廣大農(nóng)民提供一種無污染、成本少、應(yīng)用面廣的分布式新型供暖模式，具有十分重要的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。
[0027]風(fēng)能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，它資源豐富，既可以免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染，是各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。本系統(tǒng)充分利用了風(fēng)能，具有十分顯著的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，必將成為未來發(fā)展的趨勢，一個風(fēng)能供暖時代即將到來。
【權(quán)利要求】
1.負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，其特征在于結(jié)構(gòu)如下:風(fēng)力發(fā)電機(jī)(I)和風(fēng)速傳感器(5)的輸出端與負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置(6)的輸入端連接，負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置(6)的輸出端通過開關(guān)控制器(2)與戶內(nèi)儲熱供暖轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)熱元件(4)連接，開關(guān)控制器(2)還與220V家用電源(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，其特征在于所述的戶內(nèi)儲熱供暖轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)如下:居民住宅屋內(nèi)吊炕炕面(8)，在吊炕炕面(8)下面依次鋪設(shè)卵石層(7)、發(fā)熱元件(4)和吊炕底板(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)熱元件(4)采用遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維軟板，遠(yuǎn)紅外發(fā)熱纖維軟板上設(shè)有正極和負(fù)極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載功率隨風(fēng)自適應(yīng)的離網(wǎng)型農(nóng)村住宅風(fēng)電儲熱供暖系統(tǒng)，其特征在于所述的負(fù)載功率隨風(fēng)調(diào)控裝置(6)的電路結(jié)構(gòu)如下:風(fēng)力發(fā)電機(jī)(I)的輸出端與整流電路的輸入端連接，整流電路的輸出端連接升壓電路，升壓電路的輸出端與DC-DC變換電路的輸入端連接，DC-DC變換電路的輸出端與濾波電路的輸入端連接，功率因數(shù)校正電路的輸出端與升壓電路、DC-DC變換電路和濾波電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端與PWM驅(qū)動電路的輸入端連接，PWM驅(qū)動電路的輸出端與功率負(fù)載連接，功率負(fù)載為發(fā)熱元件(4)，功率負(fù)載的輸出端與隔離I/O的輸入端連接，隔離I/O的輸出端與PWM驅(qū)動電路的輸入端連接；信號米樣和變換電路的輸入端分別與風(fēng)速傳感器(5)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(I)的輸出端連接，信號采樣和變換電路的輸出端與PWM控制電路的輸入端連接，PWM控制電路的輸出端與隔離I/O的輸入端連接。
【文檔編號】F24D19/10GK103925630SQ201410145452
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】樸在林, 許童羽, 羅巖 申請人:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)