一种适用于城市的直膨式PVT热泵系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术涉及适用于城市的直膨式PVT热泵系统，包括PVT集热系统、热泵系统、水循环系统和控制系统；所述PVT集热系统包括PVT集热器、第一膨胀阀、膨胀阀控制器和逆变器；所述热泵系统包括风冷换热器、四通换向阀、气液分离器、压缩机、冷凝器和储液罐；所述水循环系统，包括水箱和燃气锅炉；所述控制系统，包括控制器、PVT蒸发器背板处温度传感器、电流传感器和水箱出口温度传感器。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的PVT集热器尺寸符合市场主流光伏组件尺寸，运用更加灵活；缓冲层的添加、换热器中缝的设计减缓了PVT集热器的形变，增强了组件耐候性；针对大面积集热器，分块化的设计减缓了PVT集热器长度方向上的形变。器长度方向上的形变。器长度方向上的形变。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于城市的直膨式PVT热泵系统及其运行方法


[0001]本专利技术涉及太阳能利用领域，具体涉及一种适用于城市的、与传统能源耦合的直膨式PVT热泵系统。

技术介绍

[0002]在现有成熟的建筑供电供热技术中，空气能和太阳能的利用可降低二氧化碳的排放量，代表性产品为空气源热泵和太阳能热水器。两种技术清洁、节能，不足之处是产品功能单一，而且运行性能与用户用能需求间存在时间尺度上的差异，即冬季热需求较多，但产品运行性能较差，夏季热需求较少，产品运行性能较好。
[0003]直膨式PVT热泵技术可有效缓解以上两种产品的不足，COP比传统空气源热泵高，比太阳能热水器高效、稳定，二氧化碳排放量更低，是一种高效、稳定的热电联供技术，具有重要应用前景。但该技术要运用于人均面积较小的城市中，会面临场地安装面积不够的问题，特别是一些中高层建筑。另外，我国幅员辽阔，各地的气候差异较大，例如北方冬季气温比较低、南方阴雨天较多。因此需要对直膨式PVT热泵技术做进一步改进，才能推动该技术的市场化应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种适用于城市的直膨式PVT热泵系统及其运行方法，提升建筑用能过程中可再生能源的占比，有效减小建筑用能过程中二氧化碳的排放量，又可以保证能源供应的稳定性。
[0005]这种适用于城市的直膨式PVT热泵系统，包括PVT集热系统、热泵系统、水循环系统和控制系统；
[0006]所述PVT集热系统包括PVT集热器、第一膨胀阀、膨胀阀控制器和逆变器；所述PVT集热器从上至下依次由增效涂层、透明保护层、EVA胶、光伏电池、EVA胶、背板、缓冲层和第二换热器组成；PVT集热器连接第一膨胀阀和膨胀阀控制器；PVT集热器连接逆变器；
[0007]所述热泵系统包括风冷换热器、四通换向阀、气液分离器、压缩机、冷凝器和储液罐；第八电磁阀连接PVT集热系统入口，PVT集热系统出口依次连接第一电磁阀和四通换向阀，四通换向阀依次连接气液分离器和压缩机，四通换向阀还连接第五电磁阀，第五电磁阀连接冷凝器，冷凝器连接储液罐，储液罐处分为a路和b路，a路设有第十五电磁阀和第三膨胀阀，a路和b路共同连接第一换热器，第一换热器分别连接第七电磁阀和第二膨胀阀，第七电磁阀连接第八电磁阀，第二膨胀阀连接第九电磁阀，第九电磁阀连接风冷换热器，风冷换热器依次连接第二电磁阀和四通换向阀，四通换向阀连接第四电磁阀，第四电磁阀连接风冷换热器，风冷换热器依次连接第十一电磁阀和冷凝器，冷凝器依次连接第六电磁阀和四通换向阀，四通换向阀连接第三电磁阀，第三电磁阀连接风冷换热器，风冷换热器依次连接第十电磁阀和第二膨胀阀，第一换热器通过第四单向阀连接压缩机；
[0008]所述水循环系统，包括水箱和燃气锅炉；水箱出口的第三阀门连接第一水泵，第一
水泵依次连接第一单向阀和过滤器，过滤器通过冷凝器后连接水箱入口的第二阀门，第十四电磁阀、过滤阀和第三单向阀依次相连，第三单向阀连接水箱入口的第四阀门，水箱出口的第一阀门依次连接第十二电磁阀和燃气锅炉，燃气锅炉入口设有第十三电磁阀；
[0009]所述控制系统，包括控制器、PVT蒸发器背板处温度传感器、电流传感器和水箱出口温度传感器；PVT集热器处的PVT蒸发器背板处温度传感器、逆变器处的电流传感器以及水箱处的水箱出口温度传感器均连接控制器。
[0010]作为优选：所述第二换热器为吹胀板；中等尺寸的第二换热器包括冷媒入口、冷媒出口、中缝、第一接线盒孔、第二接线盒孔、第三接线盒孔和换热单元，中等尺寸的第二换热器是指0.5
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1.7米长的换热器；大尺寸的第二换热器包括冷媒入口、冷媒出口、中缝、第一接线盒孔、第二接线盒孔、第三接线盒孔、换热单元、第一连接流道和第二连接流道，大尺寸的第二换热器是指1.7
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2.5米长的换热器；冷媒入口与冷媒出口之间通过换热单元连通；中缝位于第二换热器板体中部并垂直于接线盒孔的排布，中缝为宽度2
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10mm的矩形孔；第二换热器中部的第一接线盒孔、第二接线盒孔和第三接线盒孔内安装接线盒；换热单元主要由四边形换热单元和六边形换热单元构成；大尺寸的第二换热器分为三个片区，即入口区域a、转弯区域b和出口区域c，入口区域a与转弯区域b通过第二连接流道连接，转弯区域b和出口区域c通过第一连接流道连接。
[0011]作为优选：从冷媒流动角度，若干片PVT集热器并联成一个小组串，若干个小组串再并联成一个单元；第一膨胀阀和膨胀阀控制器设置在靠近小组串所在位置处；从电气角度，单元内PVT集热器间采用串联的方式连接至逆变器。
[0012]作为优选：所述第二水泵与第一水泵并联，第二水泵连接第二单向阀。
[0013]作为优选：所述水箱设有排气阀。
[0014]作为优选：所述热泵系统、第一水泵、第二水泵、第十二电磁阀、第十三电磁阀、第十四电磁阀均连接控制器。
[0015]这种适用于城市的直膨式PVT热泵系统中的热泵系统的运行方法，包括太阳能运行模式、空气源运行模式、散热模式和除霜模式；
[0016]太阳能运行模式：第一电磁阀、第五电磁阀、第七电磁阀和第八电磁阀打开，热泵系统内其余电磁阀关闭；PVT集热系统、四通换向阀、气液分离器、压缩机、储液罐、第一换热器和水循环系统正常工作，此时热泵将PVT集热器作为蒸发器，吸收光伏电池余热；冷媒通过第八电磁阀后进入PVT集热系统，冷媒吸收热量后再依次经过第一电磁阀、四通换向阀、气液分离器、压缩机和第五电磁阀，然后在冷凝器中将热量传给水循环系统，冷媒冷却后进入储液罐，然后依次经过第一换热器和第七电磁阀，最后再回到第八电磁阀进入下一个循环；
[0017]空气源运行模式：第二电磁阀、第五电磁阀和第九电磁阀打开，热泵系统内其余电磁阀关闭；风冷换热器、四通换向阀、气液分离器、压缩机、冷凝器、储液罐、第一换热器、第二膨胀阀和水循环系统正常工作；此时热泵将风冷换热器作为蒸发器，吸收环境的热量产生热水；冷媒通过第九电磁阀进入风冷换热器，吸收空气的热量后，依次经过第二电磁阀、四通换向阀、气液分离器、压缩机和第五电磁阀，然后在冷凝器中将热量传给水循环系统，冷媒冷却后进入储液罐，然后依次经过第一换热器和第二膨胀阀，最后再回到第九电磁阀进入下一个循环；
[0018]散热模式：第八电磁阀、第一电磁阀、第四电磁阀、第七电磁阀和第十一电磁阀打开，热泵系统内其余电磁阀关闭；PVT集热系统、四通换向阀、气液分离器、压缩机、风冷换热器、冷凝器、储液罐和第一换热器正常工作；此时热泵将PVT集热器作为蒸发器，风冷换热器作为散热器；冷媒通过第八电磁阀后进入PVT集热系统，冷媒吸收热量后再依次经过第一电磁阀、四通换向阀、气液分离器、压缩机和第四电磁阀，然后在风冷换热器中将热量释放于环境中，冷媒降温后依次经过第十一电磁阀、冷凝器、储液罐、第一换热器和第七电磁阀，最后再回到第八电磁阀进入下一个循环；
[0019]除霜模式：第三电磁阀、第六电磁阀和第十电磁阀打开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于城市的直膨式PVT热泵系统，其特征在于：包括PVT集热系统、热泵系统、水循环系统和控制系统；所述PVT集热系统包括PVT集热器(1)、第一膨胀阀(4)、膨胀阀控制器(5)和逆变器(6)；所述PVT集热器(1)从上至下依次由增效涂层(54)、透明保护层(55)、EVA胶(56)、光伏电池(57)、EVA胶(58)、背板(59)、缓冲层(60)和第二换热器(61)组成；PVT集热器(1)连接第一膨胀阀(4)和膨胀阀控制器(5)；PVT集热器(1)连接逆变器(6)；所述热泵系统包括风冷换热器(7)、四通换向阀(14)、气液分离器(11)、压缩机(12)、冷凝器(18)和储液罐(19)；第八电磁阀(22)连接PVT集热系统入口，PVT集热系统出口依次连接第一电磁阀(8)和四通换向阀(14)，四通换向阀(14)依次连接气液分离器(11)和压缩机(12)，四通换向阀(14)还连接第五电磁阀(16)，第五电磁阀(16)连接冷凝器(18)，冷凝器(18)连接储液罐(19)，储液罐(19)处分为a路和b路，a路设有第十五电磁阀(53)和第三膨胀阀(52)，a路和b路共同连接第一换热器(51)，第一换热器(51)分别连接第七电磁阀(21)和第二膨胀阀(20)，第七电磁阀(21)连接第八电磁阀(22)，第二膨胀阀(20)连接第九电磁阀(23)，第九电磁阀(23)连接风冷换热器(7)，风冷换热器(7)依次连接第二电磁阀(9)和四通换向阀(14)，四通换向阀(14)连接第四电磁阀(13)，第四电磁阀(13)连接风冷换热器(7)，风冷换热器(7)依次连接第十一电磁阀(25)和冷凝器(18)，冷凝器(18)依次连接第六电磁阀(17)和四通换向阀(14)，四通换向阀(14)连接第三电磁阀(10)，第三电磁阀(10)连接风冷换热器(7)，风冷换热器(7)依次连接第十电磁阀(24)和第二膨胀阀(20)，第一换热器(51)通过第四单向阀(48)连接压缩机(12)；所述水循环系统，包括水箱(37)和燃气锅炉(45)；水箱(37)出口的第三阀门(36)连接第一水泵(28)，第一水泵(28)依次连接第一单向阀(27)和过滤器(26)，过滤器(26)通过冷凝器(18)后连接水箱(37)入口的第二阀门(34)，第十四电磁阀(44)、过滤阀(41)和第三单向阀(40)依次相连，第三单向阀(40)连接水箱(37)入口的第四阀门(38)，水箱(37)出口的第一阀门(31)依次连接第十二电磁阀(42)和燃气锅炉(45)，燃气锅炉(45)入口设有第十三电磁阀(43)；所述控制系统，包括控制器(46)、PVT蒸发器背板处温度传感器(47)、电流传感器(49)和水箱出口温度传感器(50)；PVT集热器(1)处的PVT蒸发器背板处温度传感器(47)、逆变器(6)处的电流传感器(49)以及水箱(37)处的水箱出口温度传感器(50)均连接控制器(46)。2.根据权利要求1所述的适用于城市的直膨式PVT热泵系统，其特征在于：所述第二换热器(61)为吹胀板；中等尺寸的第二换热器(61)包括冷媒入口(3)、冷媒出口(2)、中缝(63)、第一接线盒孔(64)、第二接线盒孔(65)、第三接线盒孔(66)和换热单元(67)，中等尺寸的第二换热器(61)是指0.5
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1.7米长的换热器；大尺寸的第二换热器(61)包括冷媒入口(3)、冷媒出口(2)、中缝(63)、第一接线盒孔(64)、第二接线盒孔(65)、第三接线盒孔(66)、换热单元(67)、第一连接流道(68)和第二连接流道(69)，大尺寸的第二换热器(61)是指1.7
‑
2.5米长的换热器；冷媒入口(3)与冷媒出口(2)之间通过换热单元(67)连通；中缝(63)位于第二换热器(61)板体中部并垂直于接线盒孔的排布，中缝(63)为宽度2
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10mm的矩形孔；第二换热器(61)中部的第一接线盒孔(64)、第二接线盒孔(65)和第三接线盒孔(66)内安装接线盒；换热单元(67)主要由四边形换热单元和六边形换热单元构成；大尺寸的第二换热器(61)分为三个片区，即入口区域a、转弯区域b和出口区域c，入口区域a与转弯区域b
通过第二连接流道(69)连接，转弯区域b和出口区域c通过第一连接流道(68)连接。3.根据权利要求1所述的适用于城市的直膨式PVT热泵系统，其特征在于：从冷媒流动角度，若干片PVT集热器(1)并联成一个小组串，若干个小组串再并联成一个单元；第一膨胀阀(4)和膨胀阀控制器(5)设置在靠近小组串所在位置处；从电气角度，单元内PVT集热器(1)间采用串联的方式连接至逆变器(6)。4.根据权利要求1所述的适用于城市的直膨式PVT热泵系统，其特征在于：所述第二水泵(30)与第一水泵(28)并联，第二水泵(30)连接第二单向阀(29)。5.根据权利要求1所述的适用于城市的直膨式PVT热泵系统，其特征在于：所述水箱(37)设有排气阀(33)。6.根据权利要求1所述的适用于城市的直膨式PVT热泵系统，其特征在于：所述热泵系统、第一水泵(28)、第二水泵(30)、第十二电磁阀(42)、第十三电磁阀(43)、第十四电磁阀(44)均连接控制器(46)。7.一种如权利要求1所述的适用于城市的直膨式PVT热泵系统中的热泵系统的运行方法，其特征在于：包括太阳能运行模式、空气源运行模式、散热模式和除霜模式；太阳能运行模式：第一电磁阀(8)、第五电磁阀(16)、第七电磁阀(21)和第八电磁阀(22)打开，热泵系统内其余电磁阀关闭；PVT集热系统、四通换向阀(14)、气液分离器(11)、压缩机(12)、储液罐(19)、第一换热器(51)和水循环系统正常工作，此时热泵将PVT集热器(1)作为蒸发器，吸收光伏电池余热；冷媒通过第八电磁阀(22)后进入PVT集热系统，冷媒吸收热量后再依次经过第一电磁阀(8)、四通换向阀(14)、气液分离器(11)、压缩机(12)和第五电磁阀(16)，然后在冷凝器(18)中将热量传给水循环系统，冷媒冷却后进入储液罐(19)，然后依次经过第一换热器(51)和第七电磁阀(21)，最后再回到第八电磁阀(22)进入下一个循环；空气源运行模式：第二电磁阀(9)、第五电磁阀(16)和第九电磁阀(23)打开，热泵系统内其余电磁阀关闭；风冷换热器(7)、四通换向阀(14)、气液分离器(11)、压缩机(12)、冷凝器(18)、储液罐(19)、第一换热器(51)、第二膨胀阀(20)和水循环系统正常工作；此时热泵将风冷换热器(7)作为蒸发器，吸收环境的热量产生热水；冷媒通过第九电磁阀(23)进入风冷换热器(7)，吸收空气的热量后，依次经过第二电磁阀(9)、四通换向阀(14)、气液分离器(11)、压缩机(12)和第五电磁阀(16)，然后在冷凝器(18)中将热量传给水循环系统，冷媒冷却后进入储液罐(19)，然后依次经过第一换热器(51)和第二膨胀阀(20)，最后再回到第九电磁阀(23)进入下一个循环；散热模式：第八电磁阀(22)、第一电磁阀(8)、第四电磁阀(13)、第七电磁阀(21)和第十一电磁阀(25)打开，热泵系统内其余电磁阀关闭；PVT集热系统、四通换向阀(14)、气液分离器(11)、压缩机(12)、风冷换热器(7)、冷凝器(18)、储液罐(19)和第一换热器(51)正常工作；此时热泵将PVT集热器(1)作为蒸发器，风冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：寿春晖，彭浩，代彦军，纪培栋，王静毅，邬荣敏，沈曲，姚剑，赵耀，
申请(专利权)人：浙江浙能北仑发电有限公司上海交通大学，
类型：发明
国别省市：