一种氢能和太阳能互补的热电冷联供系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氢能和太阳能互补的热电冷联供系统，包括质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统、直流母线和蓄电池组，质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统和蓄电池组均与直流母线相连，质子交换膜燃料电池发电系统和太阳能光伏发电系统产生的电流通过直流母线储存在蓄电池组中或供应给蒸气压缩式热泵系统，直流母线将电流供应给直流制冷压缩机，直流制冷压缩机运转进而驱动蒸气压缩式热泵系统，蒸气压缩式热泵系统通过阀位切换装置的阀位切换实现对室内的制热或制冷。本发明专利技术可兼顾热电冷的供应，灵活性好；制热和制冷效率高，充分利用燃料电池的电能及余热；综合能源利用率高。

【技术实现步骤摘要】
一种氢能和太阳能互补的热电冷联供系统
本专利技术涉及热能动力
，尤其涉及一种氢能和太阳能互补的热电冷联供系统。
技术介绍
与直接电加热相比，热泵具有较高的制热效率(能效比一般能达到3以上)，具有省电、节能、环保的特点。但由于热泵仍需要消耗高品位的电能，在远离电网的地方应用受到限制。太阳能光伏电池可以充分利用取之不尽、用之不竭且廉价的太阳光来产生电能，是一种清洁、无污染的发电方式，但由于太阳能具有间歇性的特点，晴天有阴天没有，白天有晚上没有，因此在需要稳定的能源供应的地方并不方便使用。氢燃料电池发电系统使用氢作燃料，反应的产物只有水，同样是一种清洁、无污染的发电方式。但氢燃料电池所使用的氢气价格较贵，且燃料电池目前的实用效率只有50％左右，即输入燃料电池的氢能只有50％能转化成电能，剩下的50％能量都以热量的形式白白排放掉了，而没有得到充分的利用。同时，若仅利用燃料电池的余热作为热源，只能实现供热，而不能实现供冷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种综合利用质子交换膜燃料电池、太阳能光伏电池、热泵各自的优点，并避免其缺点，实现氢能和太阳能互补的热电冷联供系统。本专利技术的实施例提供一种氢能和太阳能互补的热电冷联供系统，包括质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统、直流母线和蓄电池组，所述质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统和蓄电池组均与直流母线相连，所述质子交换膜燃料电池发电系统和太阳能光伏发电系统产生的电流通过直流母线储存在蓄电池组中或供应给蒸气压缩式热泵系统，所述蒸气压缩式热泵系统包括直流制冷压缩机和阀位切换装置，所述直流母线将电流供应给直流制冷压缩机，所述直流制冷压缩机运转进而驱动所述蒸气压缩式热泵系统，所述蒸气压缩式热泵系统通过阀位切换装置的阀位切换实现对室内的制热或制冷。进一步，所述太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏阵列、第一直流-直流变换器以及相应的连接导线，所述太阳能光伏阵列和第一直流-直流变换器之间设有第一开关，所述太阳能光伏阵列包括一个或多个太阳能电池组件，所述太阳能光伏阵列输出的直流电经第一直流-直流变换器转换为稳定直流电；所述太阳能光伏阵列具有输出正接线端子和输出负接线端子，所述第一直流-直流变换器具有输入正接线端子、输入负接线端子、输出正接线端子和输出负接线端子，所述太阳能光伏阵列的输出正接线端子接第一直流-直流变换器的输入正接线端子，所述太阳能光伏阵列的输出负接线端子接第一直流-直流变换器的输入负接线端子；所述第一直流-直流变换器的输出正接线端子接直流母线的正极导线，所述第一直流-直流变换器的输出负接线端子接直流母线的负极导线。进一步，所述蒸气压缩式热泵系统还包括室内侧换热器、室内侧风扇、节流元件、室外侧换热器、室外侧风扇及相应的连接管路，所述直流制冷压缩机连接阀位切换装置，所述阀位切换装置连接室内侧换热器和室外侧换热器，所述节流元件连接室内侧换热器和室外侧换热器，所述室内侧风扇和室外侧风扇分别设在室内侧换热器和室外侧换热器的一侧，所述直流制冷压缩机、室内侧换热器、节流元件、室外侧换热器、阀位切换装置和相应的连接管路中充注有制冷剂，所述室内侧换热器和室外侧换热器是制冷剂和空气的热交换器。进一步，所述阀位切换装置为四通阀，所述四通阀包括第一通口、第二通口、第三通口和第四通口，所述第一通口与直流制冷压缩机的吸气口相连，所述第二通口与室外侧换热器相连，所述第三通口和直流制冷压缩机的排气口相连，所述第四通口和室内侧换热器相连。进一步，所述质子交换膜燃料电池发电系统包括质子交换膜燃料电池电堆、氢气供应系统、空气供应系统、第二直流-直流变换器、水泵、第一散热器、散热风扇、膨胀水箱、设于室内的第二散热器和相应的连接管路，所述质子交换膜燃料电池电堆连接氢气供应系统和空气供应系统，所述质子交换膜燃料电池电堆通过第二开关连接第二直流-直流变换器，所述质子交换膜燃料电池电堆的冷却水进口和水泵的出口相连，所述水泵的进口和第一散热器的进口相连，所述质子交换膜燃料电池电堆的冷却水出口连接第一散热器进口和第二散热器的进口，所述第二散热器的出口连接第一散热器的进口，所述散热风扇设在第一散热器的一侧，所述膨胀水箱连接水泵；所述直流制冷压缩机通过第三开关连接直流母线的正极导线和负极导线。进一步，所述质子交换膜燃料电池电堆的冷却水出口和第一散热器进口的连接管道上设有第一阀，所述质子交换膜燃料电池电堆的冷却水出口和第二散热器的进口的连接管道上设有第二阀，所述第二散热器出口和第一散热器进口的连接管道上设有第三阀，所述质子交换膜燃料电池电堆具有输出正接线端子和输出负接线端子，所述第二直流-直流变换器具有输入正接线端子、输入负接线端子、输出正接线端子和输出负接线端子，所述质子交换膜燃料电池电堆的输出正接线端子和第二直流-直流变换器的输入正接线端子相连，所述质子交换膜燃料电池电堆的输出负接线端子和第二直流-直流变换器的输入负接线端子相连；所述第二直流-直流变换器的输出正接线端子接直流母线的正极导线，所述第二直流-直流变换器的输出负接线端子接直流母线的负极导线。进一步，所述质子交换膜燃料电池电堆上设有氢气进口、氢气出口、空气进口和空气出口，所述质子交换膜燃料电池电堆通过氢气进口连接氢气供应系统供应氢气，所述质子交换膜燃料电池电堆通过空气进口连接空气供应系统供应空气，所述氢气和空气中的氧气反应产生直流电和水，所述直流电通过第二直流-直流变换器转换为稳定直流电，多余的氢气通过氢气出口排出，多余的空气和反应生成的水通过空气出口排出；进一步，所述蓄电池组包含一个或多个蓄电池，各个蓄电池的正极与直流母线的正极导线相连，各个蓄电池的负极与直流母线的负极导线相连。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：综合利用质子交换膜燃料电池、太阳能光伏电池、热泵各自的优点，可以离网运行，在没有电网的地方也可以使用；可兼顾热电冷的供应，灵活性好；制热效率高，充分利用了燃料电池的电能及余热；综合能源利用率高。附图说明图1是本专利技术一种氢能和太阳能互补的热电冷联供系统的一示意图。图2是图1中阀位切换装置及其位于不同导通状态的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了氢能和太阳能互补的热电冷联供系统，包括质子交换膜燃料电池发电系统1、蒸气压缩式热泵系统2、太阳能光伏发电系统3、直流母线4和蓄电池组5。直流母线4包括正极导线41和负极导线42。蓄电池组5包含一个或多个蓄电池，各个蓄电池的正极与直流母线4的正极导线41相连，各个蓄电池的负极与直流母线4的负极导线42相连。蒸气压缩式热泵系统2包括直流制冷压缩机21、阀位切换装置22、室内侧换热器23、室内侧风扇24、节流元件25、室外侧换热器26、室外侧风扇27及相应的连接管路，所述直流制冷压缩机21连接阀位切换装置22，所述阀位切换装置22连接室内侧换热器23和室外侧换热器26，所述节流元件25连接室内侧换热器23和室外侧换热器26，所述室内侧风扇24和室外侧风扇27分别设在室内侧换热器23和室外侧换热器26的一侧，所述室内侧风扇24和室外侧风本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢能和太阳能互补的热电冷联供系统，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统、直流母线和蓄电池组，所述质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统和蓄电池组均与直流母线相连，所述质子交换膜燃料电池发电系统和太阳能光伏发电系统产生的电流通过直流母线储存在蓄电池组中或供应给蒸气压缩式热泵系统，所述蒸气压缩式热泵系统包括直流制冷压缩机和阀位切换装置，所述直流母线将电流供应给直流制冷压缩机，所述直流制冷压缩机运转进而驱动所述蒸气压缩式热泵系统，所述蒸气压缩式热泵系统通过阀位切换装置的阀位切换实现对室内的制热或制冷。

【技术特征摘要】
1.一种氢能和太阳能互补的热电冷联供系统，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统、直流母线和蓄电池组，所述质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统和蓄电池组均与直流母线相连，所述质子交换膜燃料电池发电系统和太阳能光伏发电系统产生的电流通过直流母线储存在蓄电池组中或供应给蒸气压缩式热泵系统，所述蒸气压缩式热泵系统包括直流制冷压缩机和阀位切换装置，所述直流母线将电流供应给直流制冷压缩机，所述直流制冷压缩机运转进而驱动所述蒸气压缩式热泵系统，所述蒸气压缩式热泵系统通过阀位切换装置的阀位切换实现对室内的制热或制冷。2.根据权利要求1所述的氢能和太阳能互补的热电冷联供系统，其特征在于，所述太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏阵列、第一直流-直流变换器以及相应的连接导线，所述太阳能光伏阵列和第一直流-直流变换器之间设有第一开关，所述太阳能光伏阵列包括一个或多个太阳能电池组件，所述太阳能光伏阵列输出的直流电经第一直流-直流变换器转换为稳定直流电；所述太阳能光伏阵列具有输出正接线端子和输出负接线端子，所述第一直流-直流变换器具有输入正接线端子、输入负接线端子、输出正接线端子和输出负接线端子，所述太阳能光伏阵列的输出正接线端子接第一直流-直流变换器的输入正接线端子，所述太阳能光伏阵列的输出负接线端子接第一直流-直流变换器的输入负接线端子；所述第一直流-直流变换器的输出正接线端子接直流母线的正极导线，所述第一直流-直流变换器的输出负接线端子接直流母线的负极导线。3.根据权利要求1所述的氢能和太阳能互补的热电冷联供系统，其特征在于，所述蒸气压缩式热泵系统还包括室内侧换热器、室内侧风扇、节流元件、室外侧换热器、室外侧风扇及相应的连接管路，所述直流制冷压缩机连接阀位切换装置，所述阀位切换装置连接室内侧换热器和室外侧换热器，所述节流元件连接室内侧换热器和室外侧换热器，所述室内侧风扇和室外侧风扇分别设在室内侧换热器和室外侧换热器的一侧，所述直流制冷压缩机、室内侧换热器、节流元件、室外侧换热器、阀位切换装置和相应的连接管路中充注有制冷剂，所述室内侧换热器和室外侧换热器是制冷剂和空气的热交换器。4.根据权利要求3所述的氢能和太阳能互补的热电冷联供系统，其特征在于，所述阀位切换装置为四通阀，所述四通阀包括第一通口、第二通口、第三通口和第四通口，所述第一通口与直流制冷压缩机的吸气口相连，所述第二通口与室外侧换热器相连，所述第三通口和直流制冷压缩机...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴国民，杨宇飞，欧阳瑞，郝义国，吴波，熊钢，
申请(专利权)人：武汉地质资源环境工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42