火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置及方法 |
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| 申请号 | CN201710711455.8 | 申请日 | 2017-08-18 | 公开(公告)号 | CN107508366A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 南京航空航天大学; | 发明人 | 郑明瑞; 韩昕玘; 韩东; 岳晨; 何纬峰; 蒲文灏; | ||||
| 摘要 | 一种火焰光耦合可见光的灶具自充电蓄电放电装置及方法，属节能环保领域。它包括玻璃面板模 块 （1）、光伏 电池 模块（2）、固定模块（3）、充电控 制模 块（4）、蓄电模块（5）和放电 控制模块 （6）。本装置综合利用灶具工作时火焰 光源 以及周围环境的可见光源，通过布置在玻璃面板模块（1）下方的光伏电池模块（2）产生 电能 ，经充电控制模块（4）给蓄电模块（5）进行充电，后经放电控制模块（6）对灶具用电设备放电。本 发明 不需外加电源放电或充电，无外接线路；不需常规干电池，极具节能环保意义。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种火焰光耦合可见光的灶具自充电蓄电放电装置，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及一种火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置及方法，属于节能环保领域。 背景技术[0002] 随着灶具的广泛应用，其方便快捷的炊事功能得到了客户的广泛好评。然而灶具均采用的是电子脉冲点火方式，均需采用干电池，每年造成极大的环境污染；另外，随着灶具智能化的要求，也迫切需要更加环保节能的供电方式。 发明内容[0004] 本发明提供一种火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置，其特征在于：包括玻璃面板模块、光伏电池模块、固定模块、充电控制模块、蓄电模块和放电控制模块；其中玻璃面板模块布置在光伏电池模块的上方，光伏电池模块位于固定模块的上方；光伏电池模块依次经过所述充电控制模块、蓄电模块、放电控制模块与用电模块相连；所述光伏电池模块所处的位置温度需＜80℃。 [0005] 光伏电池模块所处的位置的温度必须要＜80℃，但可以高于常规光伏电池所要求的最高工作温度（约55℃）。由于光伏电池的光电转化效率是随着环境温度的升高而下降的，当工作温度超过80℃时，在不能采用较大的光伏电池面积的前提下（因为灶台面积有限），其光电转化效率已无法满足充电要求。 [0006] 所述装置的工作方法，其特征在于：玻璃面板模块位于光伏电池模块的上方，环境可见光和灶具火焰可见光中的一种，或两种同时透过玻璃面板模块为光伏电池模块提供光源；光伏电池模块吸收到光源能量后，将其转化为电能，并通过充电控制模块为蓄电模块充电，蓄电模块充电电压及电流大小主要是由光伏电池模块面积及安装位置决定。 [0007] 针对不同的用电设备，需要不同的电力参数，其中，脉冲电子打火器可以采用1.0V-5.0V的电压范围，功率需要大于0.1W。其他的用电设备如电子面板显示则可以根据各自不同的要求进行相应的设定，其范围可以为：电压0.5V-10.0V，功率0.1W-20W。安装在玻璃面板下方的光伏电池的最大面积则不能大于灶具面板可提供的最大可用面积。 [0008] 所述的火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置，其特征在于：所述光伏电池模块距离火焰中心位置水平距离需在105mm-495mm之间。本发明由于采用的是常规光伏电池，而常规光伏电池是在周围自然环境下，针对太阳能光谱进行设计的。而由于灶具本身高温及无太阳光直射的因素，如果不进行科学合理的设计，而仅仅将常规光伏电池直接安装在灶具玻璃面板下，是无法取得预期效果的。光伏电池模块距离火焰中心位置水平距离需要在105mm-495mm之间可以进行正常工作，否则光电转换效率不能满足本发明的技术要求。 [0009] 为了保证面板结构紧凑性及布置位置限制，可以通过柔性连接或者刚性连接的方式，将光伏电池组件直接固定在玻璃面板下方，也可以将光伏电池裸片直接粘接在玻璃面板模块1的下面。 [0010] 所述的火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置，其特征在于：所述光伏电池模块距离火焰中心位置水平距离需在135-185mm之间。距离火焰越近，光强较高，但温度也越高。众所周知，光伏电池的光电转化效率是随着温度上升而下降，而随着光强的增加而增加的，因此在将光伏电池应用到灶具面板上使用时，必须同时考虑二者的相互影响，优化设计出较佳位置，而这与常规太阳能电池发电不同，常规太阳能电池主要是考虑太阳光强的因素，环境则主要是自然周围环境，无需考虑由火焰引起的高温环境问题。当光伏电池距离火焰中心位置水平距离135-185mm处位置时其光电转化效率相对较高，因此，应该尽量将光伏电池模块布置在该区域。 [0011] 所述的火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置，其特征在于：所述光伏电池模块为环形、圆形、扇形、多边形。由于灶具厂家的不同，导致灶具面板的多样性，为了充分利用灶台面板的有效面积，应该依据不同的形状进行设计选择光伏电池的形状，已达到较好的发电效果。 [0012] 所述的火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置，其特征在于：所述光伏电池模块布置形式为连续式，或离散式。光伏电池模块的布置形式需要考虑玻璃面板模块所能提供的安装位置、光伏电池的电压、电流等参数，若整块光伏电池可以安装下，且电压、电流等都满足，则可以采用连续式；若需要并联或串联，或安装位置的限制，则采用离散式。 [0013] 所述的火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置，其特征在于：所述玻璃面板模块为透明钢化玻璃、有色钢化玻璃或镀膜玻璃，其透光率不小于11%，若小于11%，则发电功率过小，无法满足充电要求。 [0014] 所述的火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置，其特征在于：所述玻璃面板模块上留有透光孔或槽。由于美观设计原因，可以采用透光率低于11%的钢化玻璃，通过在玻璃面板上预留透光孔或槽，使得玻璃面板的透光率高于11%。 [0015] 所述的火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置，其特征在于：所述火焰光耦合可见光的自充电/放电的灶具装置可以在其中某单一光源下进行工作。尽管光电转化效率有所下降，但也可以进行工作，但在相同的硬件条件下，充电时间有所延长。 [0017] 所述的火焰光耦合可见光的自充电蓄电放电的灶具装置，其特征在于：所述其蓄电模块可以为超级电容、普通电容器或锂电池等。在温度较高的工作环境下，需要使用超级电容、普通电容器储能，而在温度较低的环境中则也可使用锂电池等储能。 [0018] 本发明利用灶具工作时火焰光源及灶具周围环境的可见光源，通过光伏发电技术可实现对灶具电子脉冲打火器等用电设备进行自充电/放电。另外，本发明外部无复杂电路，无需外加电源，简化了灶具的结构，安全且具有节能意义。附图说明 [0019] 图1是火焰光耦合可见光的灶具自充电蓄电装置图；图2光伏电池模块布置位置1； 图3光伏电池模块布置位置2； 图4光伏电池模块布置位置3； 图5光伏电池模块布置位置4； 图6距离火焰中心位置周围的某款钢化玻璃台面的温度曲线图； 图7某一光伏电池的光电转化效率与距离火焰位置的关系曲线图（常温条件）； 图8某一光伏电池的光电转化效率与温度的关系曲线图（同样的光强条件）； 图9某一光伏电池的光电转化效率与距离火焰位置关系曲线图（点火20分钟后）； 图中标号名称：1、玻璃面板模块，2、光伏电池模块，3、固定模块，4、充电控制模块，5、蓄电模块，6、放电控制模块，7、火焰区域，8、玻璃面板模块，9、玻璃面板模块布置位置。 具体实施方式[0020] 下面结合图1对该灶具火焰光耦合可见光自充电放电装置运行过程作详细说明。 [0021] 该灶具具有两种工作模式：点火和无点火情况；在灶具无点火的条件下： 灶具周围环境的可见光通过具有一定透光率的玻璃面板模块1，照射在光伏电池模块2上，光伏电池模块2将光能转化为电能，通过充电控制模块4的控制，光伏电池模块2转化的电能按照一定的电压和电流，为蓄电模块5进行充电，蓄电模块5在放电控制模块6的作用下，为灶具的用电设备进行供电。 [0022] 在灶具点火条件下：火焰的可见光及灶具周围环境可见光的耦合光源通过具有一定透光率的玻璃面板模块1，照射在光伏电池模块2上，光伏电池模块2将光能转化为电能，通过充电控制模块4的控制，光伏电池模块2转化的电能按照一定的电压和电流，为蓄电模块5进行充电，蓄电模块5在放电控制模块6的作用下，为灶具的电子显示操作面板进行放电。 [0023] 图6表示的是距离火焰中心位置周围的玻璃台面的温度曲线图，实验用茶色钢化玻璃厚度为8mm，导热系数为1.89W/m·K，茶色钢化玻璃长宽为720×420mm。火焰上方放置不锈钢平底锅，锅底直径250mm。可以看出，距离火焰中心105mm以内的温度较快就高于80℃，光伏电池的光电效率太低，且不适合安装光伏电池。 [0024] 图7表示的是常温条件下，某一光伏电池的光电转化效率与距离火焰位置的关系曲线图。实验过程中火焰高度约为120mm，室内环境温度25℃，实验台距离实验室窗子距离300mm，外面为晴天，实验时间是中午，光伏电池为非晶硅光伏电池裸片，长宽尺寸为50× 30mm，光伏电池的长度方向与实验室窗子平行等距，本实验主要是测试光伏电池的位置对光电效率的影响，因此光伏电池的尺寸不能太大，但面积太小的话，其电压电流等数值太小也会影响测试精度。本实验需要控制在不同位置光伏电池周围的温度都为25℃，具体操作为摆放到适当位置→点火→测量→熄火→等待温度恢复到25℃→进行下一次实验。可以发现，当水平距离超过495mm以后的效率较低，很难满足技术要求。另外，由于灶具的玻璃面板的尺寸限制，光伏电池安装的最远距离也不能超出玻璃面板的边缘。 [0025] 图8表示的是相同的光照条件下，某一光伏电池的光电转化效率与温度的关系曲线图，实验过程中火焰高度约为120mm，实验台距离窗口300mm，外面为晴天，实验时间是中午，光伏电池为非晶硅光伏电池裸片，长宽尺寸为50×30mm，光伏电池的宽度方向与窗口平行等距。本实验过程为：将光伏电池裸片固定，距火焰中心最近距离为130mm→在距离火焰中心位置130mm处放置热电偶→点火→测量不同温度下的参数。可以看出，光伏电池的光电效率是随着其周围温度的升高而降低的。 [0026] 图9表示的是某一光伏电池在点火20分钟后的光电转化效率与距离火焰位置关系曲线图，实验过程中火焰上方放置不锈钢平底锅，锅底直径250mm，实验台距离窗口300mm，外面为晴天，实验时间是中午，光伏电池为非晶硅光伏电池裸片，长宽尺寸为50×30mm，光伏电池的长度方向与窗口等距。茶色钢化玻璃厚度为8mm，导热系数为1.89W/m·K，透光率76%，茶色钢化玻璃长宽为720×420mm。本实验过程为：将光伏电池裸片固定在茶色钢化玻璃的下方，其距火焰中心的水平位置可调→点火20分钟，各点温度基本稳定→将光伏电池裸片固定距火焰中心100mm进行测量→改变光伏电池裸片距火焰中心105mm，进行测量→重复上述步骤直至结束。可以发现，光伏电池的光电效率是随着距离火焰位置的增加呈现出先上升而后下降的趋势。由上分析可知，光伏电池的光电效率同时受到光强和温度的影响，当光伏电池距离火焰太近，尽管光强最大，但其周围温度也是最高，最终导致光电效率低下。随着离开火焰距离的增加，周围温度下降比较明显，而光强下降幅度不是很大，光伏电池的光电效率逐渐升高，当距离达到一定位置后，温度降低有限，而光强降低的幅度较为明显，导致光伏电池的光电效率又开始逐渐下降。可以看出，当水平距离在135-185mm范围内光电转化效率相对较高，所以应该尽量将光伏电池安装在此区域附近。 [0027] 图6至图9的实验结果的规律性的结论与光伏电池模块的种类、形状、布置形式、面积以及玻璃种类关系不大，只是测量精度和部分实验的数值有所区别，如玻璃透光率越低，则光伏电池的光电效率也越低。 [0028] 尽管玻璃、光伏电池等种类繁多，各项参数都有差异，但光伏电池光电效率随着光强增加而增加、随着周围温度升高而降低是一个普遍规律。在灶具环境中各光伏电池的光电效率随着位置的变化规律基本相同，尽管参数有所差异，但都具有如下的规律，即：距离火焰中心105mm以内的温度较快就高于80℃，光伏电池的光电效率太低，不适合安装光伏电池。当水平距离超过495mm以后的效率较低，很难满足技术要求。在当水平距离在135-185mm范围内光电转化效率相对较高，所以应该尽量将光伏电池安装在此区域附近。 |
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