光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统及其控制方法与流程

1.本发明属于光伏光热一体化热电联供技术领域，具体涉及一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统及其控制方法。


背景技术：

2.传统的太阳能利用分为光热转换和光电转换两种方式，而且都是分开两种装置两套用能系统进行供能，存在能源利用能效低、装备安装复杂、成本高占地大等不足。单独的光伏发电系统仅有10％-20％转换效率，其中80％-90％的辐射能除部分被反射回去外，其余全部转变为热能，使电池温度升高，降低了电输出。研究表明，光伏电池平均每升高1℃，光电转换效率下降3
‰‑5‰
。采用新型的光伏光热一体化(pv/t)热电联供技术可以实现电能和热能的一体利用，其中由光伏发电输出电能，然后利用背部的流体通道吸收走光伏板的热量给建筑供暖或提供生活热水，是一种对太阳能光伏和光热综合利用的技术，根据背部通道内的冷却流体种类可将pv/t太阳能集热器分为空气型、热水型、热管型和冷剂型等四大类。
3.目前，光伏光热一体化(pv/t)热电联供技术在理论分析、模拟研究和实验研究等方面取得了良好的发展，可适合于家庭热水、供暖和其他需要低湿热源的民用和工业用途。
4.但是目前利用pv/t光伏光热一体化构建的热电联供系统或多或少的存在着一些缺陷，例如热电联供系统难以协调寒冷地区生活热水需求和光伏板散热需求、将太阳能光伏光热一体化板与热泵相结合使用的热电联供系统没有考虑到太阳能不充足时热泵耗能大于产热时的运行策略造成了能源浪费情况以及针对有太阳能供暖需求的用户设计的热电联供系统未考虑太阳能丰富但不需要供暖的夏季热量存储利用的问题等缺陷，这些缺陷不利于热电联供系统的大力推广使用。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统及其控制方法，用以解决现有技术中存在的上述问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一方面，本发明提供了一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，包括生活热水子供应系统、电供应子系统、控制器和内置有金属导热管道的太阳能光伏光热一体化组件；所述生活热水子供应系统包括蓄热水箱和生活热水水箱，蓄热水箱的进水口通过第一电磁阀与自来水相连通，生活热水水箱的上端设置有进水口，蓄热水箱的出水口通过第二电磁阀与生活热水水箱的进水口相连通，蓄热水箱和生活热水水箱的下端均设置有换热口，蓄热水箱的换热口与生活热水水箱的换热口通过第三电磁阀相连通；所述蓄热水箱内设置有换热盘管，换热盘管的进口通过第一管路与金属导热管道的出口相连通，换热盘管的出口通过第二管路与金属导热管道的进口相连通，金属导热管道、第一管路、换热盘管和第二管路首尾连接成一个循环导热管路，循环导热管路内设置有导热剂；所述电供应子
系统包括太阳能光伏储能胶体蓄电池和离并网光伏逆控一体机，离并网光伏逆控一体机与太阳能光伏储能胶体蓄电池、太阳能光伏光热一体化组件和电网均电连接；
8.所述控制器用以控制生活热水子供应系统和电供应子系统中受控设备的运行。
9.作为本发明中一种优选的技术方案，所述蓄热水箱中部设置有隔板，隔板将蓄热水箱内部空间分隔为上部蓄水腔和下部蓄水腔，隔板内设置有连通上部蓄水腔和下部蓄水腔的第四电磁阀；所述蓄热水箱的进水口和出水口均连通上部蓄水腔，蓄热水箱的换热口连通下部蓄水腔；所述换热盘管设置于上部蓄水腔内。
10.作为本发明中一种优选的技术方案，所述第一管路上设置有第五电磁阀，第五电磁阀与控制器电连接。
11.作为本发明中一种优选的技术方案，所述第一管路上设置有为第五电磁阀供电用的温差发电器，温差发电器的热端面与第一管路紧贴。
12.作为本发明中一种优选的技术方案，所述第二管路上设置有第六电磁阀和压缩机，第六电磁阀和压缩机均电连接控制器。
13.作为本发明中一种优选的技术方案，所述生活热水水箱内设置有电加热器，电加热器与控制器电连接。
14.作为本发明中一种优选的技术方案，所述蓄热水箱和生活热水水箱内均设置有与控制器电连接的温度传感器。
15.作为本发明中一种优选的技术方案，所述蓄热水箱和生活热水水箱均为保温箱。
16.另一方面，本发明还提供了一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统的控制方法，具体如下：
17.在太阳能光伏光热一体化组件产生的电量充足的情况下，利用离并网光伏逆控一体机将电能按照负载、太阳能光伏储能胶体蓄电池和电网的次序进行供给；
18.在太阳能光伏光热一体化组件产生的电量不充足的情况下，利用离并网光伏逆控一体机将负载缺乏的电量按照太阳能光伏储能胶体蓄电池和电网的次序进行调用；
19.其中，所述负载包括：控制器、生活热水子供应系统和电供应子系统中的用电设备，以及其它家用电器。
20.有益效果：本发明利用金属导热管道吸收并导出太阳能光伏光热一体化组件的热量，以对太阳能光伏光热一体化组件降温，使得太阳能光伏光热一体化组件的转换效率更高；其中，利用换热盘管将金属导热管道内的导热剂的热量传导至蓄热水箱内的水中，实现对太阳能光伏光热一体化组件的降温，也可以将蓄热水箱内的水导至生活热水水箱，以供生活用热水的需求，进而实现寒冷地区生活热水需求和光伏板散热需求的协调，与此同时，当打开第三电磁阀或同时打开第二电磁阀和第三电磁阀，可以使得蓄热水箱内的水和生活热水水箱内的水可以快速导热，进而提高生活热水水箱内的水温，以满足热水的供应要求，同时也可以降低蓄热水箱内的水温，使得蓄热水箱内的水温可以更好的带走太阳能光伏光热一体化组件的热量，达到降温的效果。
21.本发明还利用离并网光伏逆控一体机与太阳能光伏储能胶体蓄电池、太阳能光伏光热一体化组件和电网均电连接，平时，可以利用太阳能光伏储能胶体蓄电池积蓄太阳能光伏光热一体化组件产生的电能，在太阳能不充足时热泵耗能大于产热时，可以先利用太阳能光伏储能胶体蓄电池积蓄的电能，然后转换利用电网的电，避免造成能源浪费情况，同
时解决太阳能丰富但不需要供暖的夏季热量存储利用的问题。
附图说明
22.图1为本发明的系统结构图。
23.图中：1-太阳能光伏光热一体化组件；2-蓄热水箱；3-生活热水水箱；4-第一电磁阀；5-第二电磁阀；6-第三电磁阀；7-换热盘管；8-太阳能光伏储能胶体蓄电池；9-离并网光伏逆控一体机；10-第五电磁阀；11-温差发电器；12-第六电磁阀；13-压缩机；14-电加热器。
具体实施方式
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
25.实施例：
26.如图1所示，一方面，本发明提供了一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，包括生活热水子供应系统、电供应子系统、控制器和内置有金属导热管道的太阳能光伏光热一体化组件1，利用金属导热管道吸收并导出太阳能光伏光热一体化组件1的热量，以对太阳能光伏光热一体化组件1降温，使得太阳能光伏光热一体化组件1的转换效率更高。
27.所述生活热水子供应系统包括蓄热水箱2和生活热水水箱3，蓄热水箱2的进水口通过第一电磁阀4与自来水相连通，方便向蓄热水箱2内注水，以供对太阳能光伏光热一体化组件1降温和提供生活热水时使用，生活热水水箱3的上端设置有进水口，蓄热水箱2的出水口通过第二电磁阀5与生活热水水箱3的进水口相连通，方便根据生活热水水箱3内的水量来向生活热水水箱3内导入热水，保证生活热水水箱3内的水能够满足使用，蓄热水箱2和生活热水水箱3的下端均设置有换热口，蓄热水箱2的换热口与生活热水水箱3的换热口通过第三电磁阀6相连通，假如说生活热水水箱3内的水长时间未使用，导致生活热水水箱3内的水温下降，而蓄热水箱2内的水温明显高于生活热水水箱3内的水温时，可以同时打开第二电磁阀5和第三电磁阀6，使得蓄热水箱2内的水和生活热水水箱3内的水可以快速导热，进而提高生活热水水箱3内的水温，以满足热水的供应要求，同时也可以降低蓄热水箱2内的水温，使得蓄热水箱2内的水温可以更好的带走太阳能光伏光热一体化组件1的热量，达到降温的效果；所述蓄热水箱2内设置有换热盘管7，换热盘管7的进口通过第一管路与金属导热管道的出口相连通，换热盘管7的出口通过第二管路与金属导热管道的进口相连通，金属导热管道、第一管路、换热盘管7和第二管路首尾连接成一个循环导热管路，循环导热管路内设置有导热剂，进而在太阳能光伏光热一体化组件1吸收太阳能的过程中，可以利用导热剂对太阳能光伏光热一体化组件1进行降温，然后再利用蓄热水箱2内的水对导热剂进行降温，同时导热剂也可以对蓄热水箱2内的水进行加热，以方便后期提供生活热水，进而实现寒冷地区生活热水需求和光伏板散热需求的协调。
28.所述电供应子系统包括太阳能光伏储能胶体蓄电池8和离并网光伏逆控一体机9，离并网光伏逆控一体机9与太阳能光伏储能胶体蓄电池8、太阳能光伏光热一体化组件1和
电网均电连接，平时，可以利用太阳能光伏储能胶体蓄电池8积蓄太阳能光伏光热一体化组件1产生的电能，在太阳能不充足时热泵耗能大于产热时，可以先利用太阳能光伏储能胶体蓄电池8积蓄的电能，然后转换利用电网的电，避免造成能源浪费情况，同时解决太阳能丰富但不需要供暖的夏季热量存储利用的问题；
29.所述控制器用以控制生活热水子供应系统和电供应子系统中受控设备的运行，使得设备的运行更加智能化，能源的利用更加高效。
30.本发明利用金属导热管道吸收并导出太阳能光伏光热一体化组件1的热量，以对太阳能光伏光热一体化组件1降温，使得太阳能光伏光热一体化组件1的转换效率更高；其中，利用换热盘管7将金属导热管道内的导热剂的热量传导至蓄热水箱2内的水中，实现对太阳能光伏光热一体化组件1的降温，也可以将蓄热水箱2内的水导至生活热水水箱3，以供生活用热水的需求，进而实现寒冷地区生活热水需求和光伏板散热需求的协调，与此同时，当打开第三电磁阀6或同时打开第二电磁阀5和第三电磁阀6，可以使得蓄热水箱2内的水和生活热水水箱3内的水可以快速导热，进而提高生活热水水箱3内的水温，以满足热水的供应要求，同时也可以降低蓄热水箱2内的水温，使得蓄热水箱2内的水温可以更好的带走太阳能光伏光热一体化组件1的热量，达到降温的效果。
31.本发明还利用离并网光伏逆控一体机9与太阳能光伏储能胶体蓄电池8、太阳能光伏光热一体化组件1和电网均电连接，平时，可以利用太阳能光伏储能胶体蓄电池8积蓄太阳能光伏光热一体化组件1产生的电能，在太阳能不充足时热泵耗能大于产热时，可以先利用太阳能光伏储能胶体蓄电池8积蓄的电能，然后转换利用电网的电，避免造成能源浪费情况，同时解决太阳能丰富但不需要供暖的夏季热量存储利用的问题。
32.作为本实施例中一种优选的实施方案，需要进一步说明的是，所述蓄热水箱2中部设置有隔板，隔板将蓄热水箱2内部空间分隔为上部蓄水腔和下部蓄水腔，隔板内设置有连通上部蓄水腔和下部蓄水腔的第四电磁阀；所述蓄热水箱2的进水口和出水口均连通上部蓄水腔，蓄热水箱2的换热口连通下部蓄水腔；所述换热盘管7设置于上部蓄水腔内，正常情况下，换热盘管7内的导热剂与上部蓄水腔内的水进行换热，可以达到更高的换热效率，进而在热水需求量比较大时，就可以先供应生活热水水箱3，以方便使用，而当生活热水水箱3内的水长时间未使用，导致生活热水水箱3内的水温下降，而蓄热水箱2内的水温明显高于生活热水水箱3内的水温时，则可以同时开启第二电磁阀5、第三电磁阀6和第三电磁阀，使得蓄热水箱2内的水和生活热水水箱3内的水可以快速导热，进而提高生活热水水箱3内的水温，以满足热水的供应要求，同时也可以降低蓄热水箱2内的水温，使得蓄热水箱2内的水温可以更好的带走太阳能光伏光热一体化组件1的热量，达到降温的效果。
33.作为本发明中一种优选的技术方案，所述第一管路上设置有第五电磁阀10，第五电磁阀10与控制器电连接，假如在循环导热管路内的导热剂问题低于蓄热水箱2内的水温的情况下，可以关闭第五电磁阀10，防止蓄热水箱2内的水通过导热剂反向向太阳能光伏光热一体化组件1导热。需要说明的是，可以在循环导热管路上设置温度传感器，便于检测循环导热管路内的导热剂的温度。
34.作为本发明中一种优选的技术方案，所述第一管路上设置有为第五电磁阀供电用的温差发电器11，温差发电器11的热端面与第一管路紧贴，因为太阳能光伏光热一体化组件1在工作时，第一管路内的温度一般都高于室外温度，因此利用温差发电器11可以进行适
当的发电以供应第五电磁阀运行，以此可以节约电能。
35.作为本发明中一种优选的技术方案，所述第二管路上设置有第六电磁阀12和压缩机13，第六电磁阀12和压缩机13均电连接控制器，保证循环导热管路内的导热剂在控制下形成稳定流通，进而使得热量的太阳能光伏光热一体化组件1运行初期进行高效导热。
36.作为本发明中一种优选的技术方案，所述生活热水水箱3内设置有电加热器14，电加热器14与控制器电连接，在生活热水水箱3内的水温不满足使用要求，又准备用水时，可以开启电加热器14进行加热，以满足热水的使用要求。
37.作为本发明中一种优选的技术方案，所述蓄热水箱2和生活热水水箱3内均设置有与控制器电连接的温度传感器，方便实时监控蓄热水箱2和生活热水水箱3内的水温，进而根据水温的变化实现水流的流通。
38.作为本发明中一种优选的技术方案，所述蓄热水箱2和生活热水水箱3均为保温箱，避免热量散发造成能量损失。
39.另一方面，本发明还提供了一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统的控制方法，具体如下：
40.在太阳能光伏光热一体化组件产生的电量充足的情况下，利用离并网光伏逆控一体机将电能按照负载、太阳能光伏储能胶体蓄电池和电网的次序进行供给；
41.在太阳能光伏光热一体化组件产生的电量不充足的情况下，利用离并网光伏逆控一体机将负载缺乏的电量按照太阳能光伏储能胶体蓄电池和电网的次序进行调用；
42.其中，所述负载包括：控制器、生活热水子供应系统和电供应子系统中的用电设备，以及其它家用电器，其它家用电器，是指听家庭用到的冰箱、热水器等一些常见的家用电器。
43.在本发明实施例中，太阳能光伏光热一体化组件长期处于工作状态，将产生的直流电通过离并网光伏逆控一体机转换为交流电，优先将电能给如压缩机和电辅助加热器等用电设备以及其他家用电器使用，在有电剩余时，先储存在太阳能光伏储能胶体蓄电池中，当太阳能光伏储能胶体蓄电池蓄满后，将还有富余的电上传给电网。而太阳能不充足时，优先使用太阳能光伏储能胶体蓄电池中的电能，在不足时则由电网进行补充，保证供电的稳定性。
44.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，包括生活热水子供应系统、电供应子系统、控制器和内置有金属导热管道的太阳能光伏光热一体化组件(1)；所述生活热水子供应系统包括蓄热水箱(2)和生活热水水箱(3)，蓄热水箱(2)的进水口通过第一电磁阀(4)与自来水相连通，生活热水水箱(3)的上端设置有进水口，蓄热水箱(2)的出水口通过第二电磁阀(5)与生活热水水箱(3)的进水口相连通，蓄热水箱(2)和生活热水水箱(3)的下端均设置有换热口，蓄热水箱(2)的换热口与生活热水水箱(3)的换热口通过第三电磁阀(6)相连通；所述蓄热水箱(2)内设置有换热盘管(7)，换热盘管(7)的进口通过第一管路与金属导热管道的出口相连通，换热盘管(7)的出口通过第二管路与金属导热管道的进口相连通，金属导热管道、第一管路、换热盘管(7)和第二管路首尾连接成一个循环导热管路，循环导热管路内设置有导热剂；所述电供应子系统包括太阳能光伏储能胶体蓄电池(8)和离并网光伏逆控一体机(9)，离并网光伏逆控一体机(9)与太阳能光伏储能胶体蓄电池(8)、太阳能光伏光热一体化组件(1)和电网均电连接；所述控制器用以控制生活热水子供应系统和电供应子系统中受控设备的运行。2.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述蓄热水箱(2)中部设置有隔板，隔板将蓄热水箱(2)内部空间分隔为上部蓄水腔和下部蓄水腔，隔板内设置有连通上部蓄水腔和下部蓄水腔的第四电磁阀；所述蓄热水箱(2)的进水口和出水口均连通上部蓄水腔，蓄热水箱(2)的换热口连通下部蓄水腔；所述换热盘管(7)设置于上部蓄水腔内。3.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述第一管路上设置有第五电磁阀(10)，第五电磁阀(10)与控制器电连接。4.根据权利要求3所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述第一管路上设置有为第五电磁阀供电用的温差发电器(11)，温差发电器(11)的热端面与第一管路紧贴。5.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述第二管路上设置有第六电磁阀(12)和压缩机(13)，第六电磁阀(12)和压缩机(13)均电连接控制器。6.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述生活热水水箱(3)内设置有电加热器(14)，电加热器(14)与控制器电连接。7.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述蓄热水箱(2)和生活热水水箱(3)内均设置有与控制器电连接的温度传感器。8.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述蓄热水箱(2)和生活热水水箱(3)均为保温箱。9.一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统的控制方法，其特征在于，具体如下：在太阳能光伏光热一体化组件产生的电量充足的情况下，利用离并网光伏逆控一体机将电能按照负载、太阳能光伏储能胶体蓄电池和电网的次序进行供给；在太阳能光伏光热一体化组件产生的电量不充足的情况下，利用离并网光伏逆控一体机将负载缺乏的电量按照太阳能光伏储能胶体蓄电池和电网的次序进行调用；
其中，所述负载包括：控制器、生活热水子供应系统和电供应子系统中的用电设备，以及其它家用电器。

技术总结
本发明公开了一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统及其控制方法，系统包括生活热水子供应系统、电供应子系统、控制器和内置有金属导热管道的太阳能光伏光热一体化组件；生活热水子供应系统包括蓄热水箱和生活热水水箱；蓄热水箱内设置有换热盘管；电供应子系统包括太阳能光伏储能胶体蓄电池和离并网光伏逆控一体机，离并网光伏逆控一体机与太阳能光伏储能胶体蓄电池、太阳能光伏光热一体化组件和电网均电连接。控制方法具体如下：将电能按照负载、太阳能光伏储能胶体蓄电池和电网的次序进行供给或按照太阳能光伏储能胶体蓄电池和电网的次序进行调用。本发明实现寒冷地区生活热水需求和光伏板散热需求的协调，避免造成能源浪费情况。造成能源浪费情况。造成能源浪费情况。


技术研发人员：彭敏书 熊开旺
受保护的技术使用者：远华建设股份有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/21