一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种蓄热型直膨式光伏‑太阳能热泵电热联供系统与方法；包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、三通阀、光伏蓄热蒸发器、第一单向阀、风冷蒸发器、第二单项阀；所述压缩机的出口通过管路依次串联连接冷凝器、膨胀阀、三通阀、光伏蓄热蒸发器、第一单向阀和风冷蒸发器，最后在接入压缩机的入口；所述三通阀的另一通路，通过第二单项阀直接与风冷蒸发器的入口管路连接；所述三通阀作为两个液态工质循环回路的选择开关；本系统最大限度的利用了太阳能，通过两个回路的选择，保护了光伏组件免于因工作温度过高而损坏，同时提高了热泵的性能，在提供生活用热水的同时也能提供生活用电。

An electric heating system and method of direct expansion photovoltaic solar heat pump with heat storage

【技术实现步骤摘要】
一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统与方法
本专利技术涉及太阳能采暖领域，尤其涉及一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统与方法。
技术介绍
太阳能资源极其普遍，且无污染、永不枯竭，符合目前世界环境保护的要求。传统的太阳能光热利用技术在我国已得到普及，但由于太阳能存在能量密度低、不均匀性、间歇性等问题，使得技术的发展受到制约。而在太阳能光伏发电的应用中，也存在组件温度过高导致发电效率降低的情况。直膨式光伏-太阳能热泵系统是太阳能光热光电综合利用技术之一，以热泵循环作为系统的热量传输途径，光伏电池和热泵蒸发器结合成一体，把光热转换得到的热量先由工质的蒸发过程吸收，通过热泵循环在冷凝端高温输出。一方面，光热转换热量输出的终端温度可以保证，另一方面，光伏电池在热泵工质的蒸发冷却下，工作温度较低，光电效率也得到提高。结合高导热的相变蓄热材料，可以有效解决太阳光不集中不稳定的问题，进一步提高太阳能的综合利用效率和光伏蒸发器的集热效率。为此期望设计出一种简单、高效充分利用太阳能资源的电热联供光伏-太阳能热泵系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统与方法；解决直膨式光伏-太阳能热泵系统中在热泵部分太阳能不稳定性的因素，和因工作温度过高而损坏的技术问题；本专利技术旨在最充分利用太阳能资源以提高太阳能利用效率和热泵的性能。本专利技术通过下述技术方案实现：一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统，包括如下各个部件构成的两个液态工质循环回路：压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3、三通阀4、光伏蓄热蒸发器5、第一单向阀6、风冷蒸发器7、第二单项阀8；所述压缩机1的出口通过管路依次串联连接冷凝器2、膨胀阀3、三通阀4、光伏蓄热蒸发器5、第一单向阀6和风冷蒸发器7，最后在接入压缩机1的入口；所述三通阀4的另一通路，通过第二单项阀8直接与风冷蒸发器7的入口管路连接；所述三通阀4作为两个液态工质循环回路的选择开关；当三通阀4的A通路打开、B通路关闭时，来自膨胀阀3的液态工质先进入光伏蓄热蒸发器5后，再依次进入下游各个部件，此时第一回路连通；当三通阀4的A通路关闭、B通路打开时，来自膨胀阀3的液态工质通过第二单项阀8，直接进入风冷蒸发器7后，再依次进入下游各个部件，此时第二回路连通。所述光伏蓄热蒸发器5包括用于通入液态工质的换热盘管66，以及依次贴合在一起的光伏电池板11、兼做粘合剂的导热硅胶层22、复合相变材料层33、保温层44和背板55；所述换热盘管66的外壁涂覆导热硅胶后，再埋设于复合相变材料层33内。所述复合相变材料层33的相变温度范围20℃～35℃；主要由比例为75～90:1的石蜡与膨胀石墨复合而成的相变材料层；复合方法为将加热熔化后的石蜡加入膨胀石墨中进行充分搅拌，直到石蜡被膨胀石墨充分吸收；然后压制成所需板块状，再通过导热硅胶层22粘连在光伏电池板11的背后。具体相变温度，可根据不同区域的环境特征进行选取。所述光伏蓄热蒸发器5和冷凝器2均内置有温度传感器；光伏蓄热蒸发器5内置的传感器用于检测光伏电池板11发电的工作温度及复合相变材料层33的蓄热温度；冷凝器2内置的温度传感器用于检测水温。所述冷凝器2包括冷水进口和热水出口。所述液态工质为制冷剂。所述保温层44为保温棉；背板55为金属背板。所述光伏电池板11为多晶硅光伏电池板；所述多晶硅光伏电池板连接蓄电池机组9。所述三通阀4为L型三通阀。本专利技术蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统的运行方法，包括如下步骤：第一回路循环运行步骤；将三通阀4的A通路打开、B通路关闭；光伏蓄热蒸发器5接受到太阳辐照，太阳辐照的短波部分被光伏电池板11转化为电能储存在蓄电池机组9内，长波部分则通过复合相变材料层33吸收储存起来，为换热盘管66内的制冷剂升温，再由作为辅助换热器的风冷蒸发器7进行二次升温后进入压缩机1，压缩机1将二次升温后的制冷剂压缩升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器2的金属盘管内，并对冷凝器2内的水进行换热，制冷剂在冷凝器2中得到冷却，同时冷凝器2内的水被加热，作为生活用热水供采暖或直接使用，而冷却后的蒸汽经膨胀阀3进行节流降压后依次往下循环，以进入后序蒸发阶段往复循环；第一回路不仅提高太阳能的综合利用效率和光伏蒸发器的集热效率，同时对光伏电池板进行有效冷却，提高光伏发电效率，保护光伏组件。第二回路循环运行步骤；将三通阀4的A通路关闭、B通路打开；仅有风冷蒸发器7作为换热器对制冷剂蒸发提供能量，此时光伏蓄热蒸发器5仅作为蓄热器对热量进行储存或者转换。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：本专利技术具有两个循环运行回路，可根据环境条件自由切换；最大限度的利用了太阳能，保护了光伏组件免于因工作温度过高而损坏，同时提高了热泵的性能，在提供生活用热水的同时也能提供生活用电。本专利技术第一回路循环运行，光伏电池板将太阳光热传递给复合相变材料层，复合相变材料层再将热量传递给制冷剂，对制冷剂进行升温；风冷蒸发器为辅助换热器，在阳光不足或阴雨天气中从环境中吸收能量来弥补光伏蒸发器吸热量的不足，保证热泵系统的正常进行。当白天太阳辐照达到一定强度时，光伏发电系统即能为用户提供电能，复合相变材料层吸收热能可缓解光伏电池板升温的速率，且提高光伏电池板受热的均匀性，当光伏电池板的温度高于50℃时，可开启第一回路循环运行对光伏电池板进行降温，防止光伏组件产生热损坏。本专利技术第二回路循环运行，作为单风冷蒸发器热泵循环系统；在本回路中，风冷蒸发器作为唯一换热器对制冷剂蒸发提供能量，从而保证了光伏蓄热蒸发器可作为蓄热器对热量进行储存以供用户在其它时期使用。本专利技术相变温度范围20℃～35℃；主要由比例为75～90:1的石蜡与膨胀石墨复合而成的相变材料层；复合方法为将加热熔化后的石蜡加入膨胀石墨中进行充分搅拌，直到石蜡被膨胀石墨充分吸收；再经压制成所需板块状，再通过导热硅胶层粘连在光伏电池板的背后。这种复合相变材料层，制备工艺简单，换热效果好，即可以应用于各种户外温度下且具有很大的相变储热能力，同时通过与膨胀石墨的复合工艺，增加了与制冷剂之间的换热能力，进而大幅提高了导热系数。附图说明图1为本专利技术蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统结构框图。图2为图1光伏蓄热蒸发器5结构示意图。图3为图2内部剖面结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。如图1-3所示。本专利技术公开了一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统，包括如下各个部件构成的两个液态工质循环回路：压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3、三通阀4、光伏蓄热蒸发器5、第一单向阀6、风冷蒸发器7、第二单项阀8；所述压缩机1的出口通过管路依次串联连接冷凝器2、膨胀阀3、三通阀4、光伏蓄热蒸发器5、第一单向阀6和风冷蒸发器7，最后在接入压缩机1的入口；所述三通阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统，其特征在于包括如下各个部件构成的两个液态工质循环回路：压缩机(1)、冷凝器(2)、膨胀阀(3)、三通阀(4)、光伏蓄热蒸发器(5)、第一单向阀(6)、风冷蒸发器(7)、第二单项阀(8)；/n所述压缩机(1)的出口通过管路依次串联连接冷凝器(2)、膨胀阀(3)、三通阀(4)、光伏蓄热蒸发器(5)、第一单向阀(6)和风冷蒸发器(7)，最后在接入压缩机(1)的入口；/n所述三通阀(4)的另一通路，通过第二单项阀(8)直接与风冷蒸发器(7)的入口管路连接；/n所述三通阀(4)作为两个液态工质循环回路的选择开关；/n当三通阀(4)的A通路打开、B通路关闭时，来自膨胀阀(3)的液态工质先进入光伏蓄热蒸发器(5)后，再依次进入下游各个部件，此时第一回路连通；/n当三通阀(4)的A通路关闭、B通路打开时，来自膨胀阀(3)的液态工质通过第二单项阀(8)，直接进入风冷蒸发器(7)后，再依次进入下游各个部件，此时第二回路连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统，其特征在于包括如下各个部件构成的两个液态工质循环回路：压缩机(1)、冷凝器(2)、膨胀阀(3)、三通阀(4)、光伏蓄热蒸发器(5)、第一单向阀(6)、风冷蒸发器(7)、第二单项阀(8)；
所述压缩机(1)的出口通过管路依次串联连接冷凝器(2)、膨胀阀(3)、三通阀(4)、光伏蓄热蒸发器(5)、第一单向阀(6)和风冷蒸发器(7)，最后在接入压缩机(1)的入口；
所述三通阀(4)的另一通路，通过第二单项阀(8)直接与风冷蒸发器(7)的入口管路连接；
所述三通阀(4)作为两个液态工质循环回路的选择开关；
当三通阀(4)的A通路打开、B通路关闭时，来自膨胀阀(3)的液态工质先进入光伏蓄热蒸发器(5)后，再依次进入下游各个部件，此时第一回路连通；
当三通阀(4)的A通路关闭、B通路打开时，来自膨胀阀(3)的液态工质通过第二单项阀(8)，直接进入风冷蒸发器(7)后，再依次进入下游各个部件，此时第二回路连通。


2.根据权利要求1所述蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统，其特征在于：所述光伏蓄热蒸发器(5)包括用于通入液态工质的换热盘管(66)，以及依次贴合在一起的光伏电池板(11)、兼做粘合剂的导热硅胶层(22)、复合相变材料层(33)、保温层(44)和背板(55)；所述换热盘管(66)的外壁涂覆导热硅胶后，再埋设于复合相变材料层(33)内。


3.根据权利要求2所述蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统，其特征在于：所述复合相变材料层(33)的相变温度范围20℃～35℃；主要由比例为75～90:1的石蜡与膨胀石墨复合而成的相变材料层；复合方法为将加热熔化后的石蜡加入膨胀石墨中进行充分搅拌，直到石蜡被膨胀石墨充分吸收；然后压制成所需板块状，再通过导热硅胶层(22)粘连在光伏电池板(11)的背后。


4.根据权利要求3所述蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统，其特征在于：所述光伏蓄热蒸发器(5)和冷凝器(2)均内置有温度传感器；光伏蓄热蒸发器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：高学农，罗建民，方玉堂，张正国，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44