[发明专利]一种太阳能光伏热水器

说明书

本发明涉及一种太阳能光伏热水器，属于热水器技术领域。该热水器包括光伏发电板阵列以及光伏电热水器，光伏电热水器的水箱中装有一组交、直流复用电加热管；交、直流复用电加热管的电源端通过交、直流切换继电器分别连接光伏电源和市电电源，且受控于控制器控制的通断继电器；控制器含有中央处理芯片，中央处理芯片包括分别接光伏电压检测、光伏电流检测以及水箱上下温度传感器的相应信号输入端口，中央处理芯片的相应控制端分别接通断继电器和交、直流切换继电器的受控端。本发明在光伏阵列处于有效发电状态时，合理控制加热管处于直流电下工作；并酌情通过控制交、直流切换继电器使部分或全部的加热管在市电下工作，保证用户热水需求。

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器，尤其是一种太阳能光伏热水器，属于热水器技术领域。

背景技术

太阳能热水器由于具有节能环保的显著优点，因此受到普遍欢迎。太阳能集热器主要有平板和真空管两种，其优点是热转换效率高，但其必须通过换热介质与储热水箱进行热交换，在不能通过自然循环来换热时，还需用循环泵强制循环换热。这会使安装施工复杂，而且连接管道会漏热，太阳能的利用率将打折扣。因太阳能电池组件技术发展和制造成本下降等优势，用其来直接制取热水已逐渐具有经济实用价值。以申请号201010505019.3为典型的发明创造提出了光伏热水器的概念，其实质是将“太阳能电池用导线与太阳能电池最大功率点自动跟踪器、储水桶中的直流电热管连结，因此安装可十分随意、方便”。

这些利用光伏发电进行电加热的创新不少需要先进行逆变，例如申请号为201710775520.3的中国专利公开的太阳能电热水器用光伏电源变换器及其控制方法即如此，由于“将太阳能电池板组件发出的不断变化的低压直流电高效转换成稳定的有效值为220V的直流电，并通过MPPT控制把电能不断等效地转换成热能存储在保温电热水器内以便随时使用”，因此虽可以避免长管路施工的不便，但需要逆变装置既增加了成本又因逆变器自功耗降低了转化效率。为此，申请号为202010494038.4的中国专利公开的遮阳棚式太阳能发电直流供电电热水器无需通过蓄电池储能、逆变器等变成交流电之后应用，而是直接利用太阳能板阵列产生的直流电，对水箱容器中的电阻抗加热装置“直流供电”，加热水箱容器中的水，实现加热水的功能。

然而，实际应用中，光伏发电的能量会随阴晴、季节、地域等因素而变化，用户在使用热水时有即时用热水、定时用热水、持续用热水等不同需求。现有技术均未能综合这些因素合理调配光伏与市电的电能，如根据光伏发电情况自适应调节负载使光伏输出效率处于相对较优的状态，根据热水用水量需求合理使用市电减少用户等待和避免洗浴过程中的冷水等。

发明内容

本发明的首要目的在于:针对上述现有技术存在的问题，提出一种根据光伏发电实时能力自调节直流负载使光伏有效输出处于较优区间，根据热水即时或未来需求选择恰当的交流加热功率，并实现加热管的交、直流复用的太阳能光伏热水器。

本发明进一步的要目的在于:提出一种兼顾光伏电能利用和用户热水需求的太阳能光伏热水器。

为了达到上述首要目的，本发明太阳能光伏热水器的基本技术方案为：包括光伏发电板阵列以及光伏电热水器，所述光伏电热水器的水箱中装有一组交、直流复用电加热管；所述交、直流复用电加热管的电源端通过交、直流切换继电器分别连接光伏电源和市电电源，且受控于控制器控制的通断继电器；

所述控制器含有中央处理芯片，所述中央处理芯片包括分别接光伏电压检测、光伏电流检测以及水箱上下温度传感器的相应信号输入端口，所述中央处理芯片的相应控制端分别接通断继电器和交、直流切换继电器的受控端；

所述中央处理芯片含有：

上部水温下限判断单元——用以根据接收的水温信号判断光伏加热后水箱上部水温是否低于预定值，如否则启用下部水温下限判断单元；如是则控制切换至交流加热，之后启用上部水温上限判断单元；

上部水温上限判断单元——用以根据接收的水温信号判断交流加热后水箱上部水温是否高于设定值，如是则控制切换至光伏加热，之后启用上部水温下限判断单元；如否则启用上部水温下限判断单元；