主动冷却型太阳能光伏-空气源热泵耦合式建筑供能系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种主动冷却型太阳能光伏

【技术实现步骤摘要】
主动冷却型太阳能光伏
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空气源热泵耦合式建筑供能系统


[0001]本技术属于建筑热环境调节、太阳能利用、暖通空调设备领域，具体涉及一种主动冷却型太阳能光伏
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空气源热泵耦合式建筑供能系统。

技术介绍

[0002]随着全球清洁能源转型，太阳能和风能等可再生能源已成为最经济的新型电力来源，为实现“碳达峰”、“碳中和”目标，我国将构建以新能源为主的电力系统。太阳能利用可减少化石能源消耗，降低CO2排放，有利于解决我国的空气污染问题，改善能源结构，实现可持续发展。光伏发电是被广泛应用的一种太阳能利用技术，但普通的光伏板只能将入射太阳辐射的4％～17％转换为电能，剩下超过50％的太阳辐射将转换成热能被光伏板表面吸收，温度过高不仅会降低系统的发电效率，而且会对光伏模块造成不可逆的损害。
[0003]近年来，提出的光伏光热系统(PV/T系统)，在进行光伏发电的同时将系统表面的热能加以利用，有效地解决了光伏板背面温度过高、发电效率低的问题，也极大地提高了太阳能的利用效率。传统的PV/T系统为空气冷却和水冷却型，采用空气冷却型，虽然可以降低光伏板的工作温度，提高光电效率，但空气冷却光伏模块后直接排入环境，热能没有被有效利用；水冷却型PV/T系统可以抑制电池温度升高，提高光电效率，同时得到热水，但需要增加换热器，成本升高，背面换热效率也较低。
[0004]空气源热泵系统是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置，其占地面积小，可以灵活布置，但其性能受室外空气温度的影响很大，在北方冬季空气温度极低的时间段，还需要设置辅助加热器。
[0005]综上所述，基于太阳能光伏光热系统与空气源热泵系统，构建主动冷却型太阳能光伏
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空气源热泵耦合式建筑冷热电三联供系统，在提高光伏板发电效率的基础上，冬季还可提高空气源热泵的运行效率。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术，本技术利用光伏板和空气源热泵的耦合特性，以解决如下技术问题：(1)光伏板因背面温度过高而造成的发电效率低的问题；(2)空气源热泵在寒冷地区因室外气温过低而运行效率低的问题。本技术提出的主动冷却型太阳能光伏
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空气源热泵耦合式建筑供能系统，将主动冷却型太阳能光伏与空气源热泵进行耦合实现太阳能利用与季节变化的最佳匹配，满足建筑用电、供暖、供冷的用能需求，从而最大限度地发挥了太阳能光伏及空气源热泵的优势，对缓解当前建筑的能耗问题具有重大的战略意义。
[0007]本技术提出的一种主动冷却型太阳能光伏
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空气源热泵耦合式建筑供能系统，包括室外系统和室内系统，所述室外系统包括压缩机、空气侧换热器、膨胀阀和PV/T组件，所述PV/T组件包括光伏板和设置在其背面的集热板；所述室内系统包括室内末端设备、补水泵和循环水泵；所述室外系统和所述室内系统与水侧换热器相连，所述水侧换热器包
括水通道和工质通道；所述压缩机通过一个四通换向阀与所述空气侧换热器和所述水侧换热器连接，所述四通换向阀包括第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，其中：所述第一通道的两端分别连接所述空气侧换热器的工质通道的A口和所述压缩机的吸气口；所述第二通道的两端分别连接所述压缩机的排气口和所述水侧换热器的工质通道的A口；所述第三通道的两端分别连接所述水侧换热器的工质通道的A口和所述压缩机的吸气口，所述第四通道的两端分别连接压缩机的排气口和所述空气侧换热器的工质通道的A口；所述水侧换热器的工质通道的B口通过第一膨胀阀与所述集热板的工质通道的A口相连，在所述水侧换热器的工质通道的B口与所述集热板的工质通道的A口之间的连接管路上设有与所述第一膨胀阀并联的第一旁路；所述集热板的工质通道的B口通过第二膨胀阀与所述空气侧换热器工质通道的B口相连，在所述集热板的工质通道的B口与所述空气侧换热器的工质通道的B口之间的连接管路上设有与所述第二膨胀阀并联的第二旁路；所述水侧换热器的水通道的两端分别通过供水干管和回水干管与所述的室内末端设备连接。
[0008]进一步讲，本技术所述的主动冷却型太阳能光伏
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空气源热泵耦合式建筑供能系统，其中：
[0009]所述循环水泵位于供水干管上，为室内管路循环提供动力，所述补水泵的出水端与所述循环水泵的进水端相连，起补水作用。
[0010]所述室内末端设备是辐射炕、散热器、风机盘管、辐射吊顶中的一种或多种。
[0011]所述水侧换热器是室内系统与室外系统连接的节点，在所述水侧换热器处进行室内系统与室外系统的热量交换。
[0012]通过所述四通换向阀的切换实现冬季或是夏季运行模式；冬季运行模式下，所述四通换向阀的第一通道和第二通道导通，第三通道和第四通道关闭；夏季运行模式下，所述四通换向阀的第三通道和第四通道导通，第一通道和第二通道关闭。
[0013]光伏板产生的直流电通过逆变器转换为交流电后供家用电器使用或直接并网。
[0014]本技术提出的主动冷却型太阳能光伏
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空气源热泵耦合式建筑供能系统实现了太阳能、空气能全年按需供暖、供冷、发电的供能，其有益效果有：
[0015](1)使用太阳能、空气能综合利用系统能满足冬季室内供暖、夏季供冷、全年用电的需求，使用一套供能系统降低了系统的初投资，解决了在供暖期和供冷期使用两套系统造价成本高，设备闲置，回收期长等问题；解决了目前太阳能光伏光热利用系统只考虑到冬季供暖或供热水的需求，并未将夏季供冷考虑到系统供能的问题；可以在既有建筑中使用原有的末端设备大大减少投入资金，通过末端设备与室内进行热湿交换，达到控制室内温度的目的。
[0016](2)利用低沸点工质带走光伏板背面的热量，相比于空气和水有更高的换热效率，大大提高了光伏板的光电效率与光热效率；相比传统空气冷却型光伏系统，能更加有效地利用光伏板背面的热能，避免能源浪费；而相比于水冷却型太阳能光伏
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空气源热泵系统，又可省掉水
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工质换热器，降低投资成本的同时减少了不可逆损失，结构简单，性能良好。
[0017](3)在冬季，空气源热泵系统吸收利用光伏板背面的热量，解决了寒冷地区因室外气温过低，热泵系统运行效率低的问题；而在太阳辐射较弱时，通过空气侧换热器从环境中吸收热量，解决了太阳能不稳定造成的供热不足的问题。
附图说明
[0018]图1是本技术供能系统冬季工况结构连接示意图；
[0019]图2是本技术供能系统夏季工况结构连接示意图；
[0020]图3是本技术供能系统室内系统结构连接示意图。
[0021]图中：
[0022]1‑
空气侧换热器2
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水侧换热器3
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四通换向阀4
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压缩机
[0023]5‑
室内侧控制阀门6
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光伏板7
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集热板81
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动冷却型太阳能光伏
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空气源热泵耦合式建筑供能系统，包括室外系统和室内系统，其特征在于：所述室外系统包括压缩机(4)、空气侧换热器(1)、第一膨胀阀(81)，第二膨胀阀(82)和PV/T组件，所述PV/T组件包括光伏板(6)和设置在其背面的集热板(7)；所述室内系统包括室内末端设备(11)、补水泵(9)和循环水泵(10)；所述室外系统和所述室内系统与水侧换热器(2)相连，所述水侧换热器(2)包括水通道和工质通道；所述压缩机(4)通过一个四通换向阀(3)与所述空气侧换热器(1)的工质通道和所述水侧换热器(2)的工质通道连接，所述四通换向阀(3)包括第一通道(ba)、第二通道(cd)、第三通道(da)和第四通道(cb)，其中：所述第一通道(ba)的两端分别连接所述空气侧换热器(1)的工质通道的A口和所述压缩机(4)的吸气口；所述第二通道(cd)的两端分别连接所述压缩机(4)的排气口和所述水侧换热器(2)的工质通道的A口；所述第三通道(da)的两端分别连接所述水侧换热器(2)的工质通道的A口和所述压缩机(4)的吸气口，所述第四通道(cb)的两端分别连接压缩机(4)的排气口和所述空气侧换热器(1)的工质通道的A口；所述水侧换热器(2)的工质通道的B口通过所述第一膨胀阀(81)与所述集热板(7)的工质通道的A口相连，在所述水侧换热器(2)的工质通道的B口与所述集热板(7)的工质通道的A口之间的连接管路上设有与所述第一膨胀阀(81)并联的第一旁路；所述集热板(7)的工质通道的B口...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚胜，蒋泽智，王晓云，孙周寅，袁景玉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：