一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置及其控制方法，所述供能装置包括：平板型光伏热水集热模块；储电装置；第一储水箱；高温热泵机组，高温热泵机组的蒸发侧与第一储水箱相连通；高温储热装置，高温储热装置的一次侧与高温热泵机组的冷凝侧相连通；第二储水箱；中深层地热能取热装置和低温热泵机组，中深层地热能取热装置与低温热泵机组的蒸发侧相连通；中深层地热能取热装置还与第一储水箱相连通；低温储热装置，低温储热装置的一次侧与低温热泵机组的冷凝侧相连通。本发明专利技术将可再生的中深层地热能供热、太阳能光伏光热和相变储热相互耦合，为解决能源消纳问题以及提高建筑供热系统能效提供新思路。高建筑供热系统能效提供新思路。高建筑供热系统能效提供新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置及其控制方法


[0001]本专利技术属于储热供能
，特别涉及一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]可再生能源在建筑中的应用受到越来越多的重视。太阳能光伏光热一体化技术(PV/T)是将太阳能光伏利用技术与太阳能集热技术结合起来，在太阳能转化为电能的同时，由集热组件中的介质带走电池的热量加以利用，同时产生电、热两种能量收益；该技术能够克服单一利用方式的缺点，提高太阳能的综合利用率，且能同时满足用户对高品质电力和低品质热能的需求；相较于单一的光伏发电系统或光热系统，PV/T系统的投资回收期也具有明显优势；因此，近年来PV/T技术得到了快速的发展。
[0003]然而，太阳能受天气因素影响较大，该技术具有随机性、不确定性及不可控性，发电和供热存在供应不连续的问题，在部分光电资源丰富的地区，电力系统出力与电网负荷需求不匹配甚至产生弃风弃光的现象。PV/T技术最常见的应用途径是太阳能光伏热水系统，能够同时提供电力和热水，但太阳能利用存在供应不连续的问题，另外太阳能光伏热水系统无法大量储存热水。
[0004]基于上述陈述，采用多方式耦合供能可解决上述问题，现有技术还未实现中深层地热能供热技术、太阳能光伏光热一体化技术与储热技术相互耦合，亟需一种新的耦合光伏光热、地热及储热的供能装置及方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置及其控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案中，将可再生的中深层地热能供热、太阳能光伏光热和相变储热相互耦合，为解决能源消纳问题以及提高建筑供热系统能效提供新思路，具有广阔的发展潜力。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供的一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置，包括：
[0008]平板型光伏热水集热模块，所述平板型光伏热水集热模块用于将太阳能转化为电能和热能并输出；
[0009]储电装置，所述储电装置用于存储所述平板型光伏热水集热模块输出的电能；
[0010]第一储水箱，所述第一储水箱用于利用所述平板型光伏热水集热模块输出的热能，通过换热的方式加热所述第一储水箱存储的循环水；
[0011]高温热泵机组，所述高温热泵机组的蒸发侧进口与所述第一储水箱的循环水出口相连通；所述高温热泵机组的蒸发侧出口与所述第一储水箱的循环水进口相连通；
[0012]高温储热装置，所述高温储热装置的一次侧进口与所述高温热泵机组的冷凝侧出口相连通；所述高温储热装置的一次侧出口与所述高温热泵机组的冷凝侧进口相连通；
[0013]第二储水箱，所述第二储水箱用于利用高温储热装置的二次侧输出的热能，通过换热的方式加热所述第二储水箱存储的循环水；所述第二储水箱输出的加热后的循环水用于供给用户生活热水使用设备；
[0014]中深层地热能取热装置和低温热泵机组，所述中深层地热能取热装置的出口与所述低温热泵机组的蒸发侧进口相连通；所述中深层地热能取热装置的进口与所述低温热泵机组的蒸发侧出口相连通；所述中深层地热能取热装置的进口与所述第一储水箱的循环水出口相连通；所述中深层地热能取热装置的出口与所述第一储水箱的循环水进口相连通；
[0015]低温储热装置，所述低温储热装置的一次侧进口与所述低温热泵机组的冷凝侧出口相连通；所述低温储热装置的一次侧出口与所述低温热泵机组的冷凝侧进口相连通；所述低温储热装置输出的热能用于供给用户地板辐射末端。
[0016]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0017]逆变器，所述逆变器设置于所述平板型光伏热水集热模块和所述储电装置之间。
[0018]本专利技术的进一步改进在于，还包括：第一旁通管和第二旁通管；
[0019]所述高温储热装置的一次侧进口通过第一旁通管与所述第一储水箱的循环水出口相连通；所述高温储热装置的一次侧出口通过第二旁通管与所述第一储水箱的循环水进口相连通；第一旁通管和第二旁通管上均设置有阀门。
[0020]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0021]自动控制模块，用于获取第一储水箱输出的加热后的循环水的温度，当温度大于等于第一预设温度阈值时，打开第一旁通管和第二旁通管上设置的阀门，使得第一储水箱输出的加热后的循环水通过第一旁通管和第二旁通管直接进入所述高温储热装置；当温度小于第一预设温度阈值时，关闭第一旁通管和第二旁通管上设置的阀门，使得第一储水箱输出的加热后的循环水先经过高温热泵机组提升温度，再进入高温储热装置储存热量；
[0022]其中，第一预设温度阈值的取值范围为45℃～50℃。
[0023]本专利技术的进一步改进在于，所述高温储热装置为相变储热装置；所述高温储热装置的相变材料温度范围为50℃～55℃。
[0024]本专利技术的进一步改进在于，所述低温储热装置为相变储热装置；所述低温储热装置的相变材料温度范围为45℃～50℃。
[0025]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0026]用户生活热水使用设备，所述用户生活热水使用设备的进水口与所述第二储水箱的出水口相连通。
[0027]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0028]用户地板辐射末端，所述用户地板辐射末端的进口与所述低温储热装置的二次侧出口相连通，所述用户地板辐射末端的出口与所述低温储热装置的二次侧进口相连通。
[0029]本专利技术的进一步改进在于，还包括：
[0030]第一高位水箱，用于与所述平板型光伏热水集热模块输出热能的热流管路相连通；
[0031]第二高位水箱，用于与所述中深层地热能取热装置的进口相连通；
[0032]第三高位水箱，用于与所述低温储热装置和所述用户地板辐射末端之间的热流管路相连通；
[0033]第四高位水箱，用于与所述高温储热装置和所述第二储水箱之间的热流管路相连通。
[0034]本专利技术提供的一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置的控制方法，包括以下步骤：
[0035]光伏光热耦合储热模式的控制步骤包括：启动平板型光伏热水集热模块，输出的热能储存在第一储水箱中；当第一储水箱出水温度T1小于第一预设温度阈值时，高温热泵机组开启，将第一储水箱的出水温度通过高温热泵机组提升到预设温度值，然后通入高温储热装置，此时热泵机组消耗的电能由储电装置提供；第一预设温度阈值的取值范围为45℃～50℃；
[0036]中深层地热能耦合储热模式的控制步骤包括：冬季对用户地板辐射末端供暖时，启动中深层地热能取热装置，循环水经过低温热泵机组提升温度后，进入低温储热装置进行储热，此时低温热泵机组所耗的电能由储电装置提供；
[0037]光伏光热耦合地下储热模式的控制步骤包括：夏季停止对用户地板辐射末端供暖时，启动平板型光伏热水集热模块、第一储水箱和中深层地热能取热装置，低温热泵机组和低温储热装置关闭；平板型光伏热水集热模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置，其特征在于，包括：平板型光伏热水集热模块(1)，所述平板型光伏热水集热模块(1)用于将太阳能转化为电能和热能并输出；储电装置(4)，所述储电装置(4)用于存储所述平板型光伏热水集热模块(1)输出的电能；第一储水箱(2
‑
1)，所述第一储水箱(2
‑
1)用于利用所述平板型光伏热水集热模块(1)输出的热能，通过换热的方式加热所述第一储水箱(2
‑
1)存储的循环水；高温热泵机组(6
‑
1)，所述高温热泵机组(6
‑
1)的蒸发侧进口与所述第一储水箱(2
‑
1)的循环水出口相连通；所述高温热泵机组(6
‑
1)的蒸发侧出口与所述第一储水箱(2
‑
1)的循环水进口相连通；高温储热装置(7
‑
1)，所述高温储热装置(7
‑
1)的一次侧进口与所述高温热泵机组(6
‑
1)的冷凝侧出口相连通；所述高温储热装置(7
‑
1)的一次侧出口与所述高温热泵机组(6
‑
1)的冷凝侧进口相连通；第二储水箱(2
‑
2)，所述第二储水箱(2
‑
2)用于利用高温储热装置(7
‑
1)的二次侧输出的热能，通过换热的方式加热所述第二储水箱(2
‑
2)存储的循环水；所述第二储水箱(2
‑
2)输出的加热后的循环水用于供给用户生活热水使用设备(8)；中深层地热能取热装置(5)和低温热泵机组(6
‑
2)，所述中深层地热能取热装置(5)的出口与所述低温热泵机组(6
‑
2)的蒸发侧进口相连通；所述中深层地热能取热装置(5)的进口与所述低温热泵机组(6
‑
2)的蒸发侧出口相连通；所述中深层地热能取热装置(5)的进口与所述第一储水箱(2
‑
1)的循环水出口相连通；所述中深层地热能取热装置(5)的出口与所述第一储水箱(2
‑
1)的循环水进口相连通；低温储热装置(7
‑
2)，所述低温储热装置(7
‑
2)的一次侧进口与所述低温热泵机组(6
‑
2)的冷凝侧出口相连通；所述低温储热装置(7
‑
2)的一次侧出口与所述低温热泵机组(6
‑
2)的冷凝侧进口相连通；所述低温储热装置(7
‑
2)输出的热能用于供给用户地板辐射末端(9)。2.根据权利要求1所述的一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置，其特征在于，还包括：逆变器(3)，所述逆变器(3)设置于所述平板型光伏热水集热模块(1)和所述储电装置(4)之间。3.根据权利要求1所述的一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置，其特征在于，还包括：第一旁通管和第二旁通管；所述高温储热装置(7
‑
1)的一次侧进口通过第一旁通管与所述第一储水箱(2
‑
1)的循环水出口相连通；所述高温储热装置(7
‑
1)的一次侧出口通过第二旁通管与所述第一储水箱(2
‑
1)的循环水进口相连通；第一旁通管和第二旁通管上均设置有阀门。4.根据权利要求3所述的一种耦合光伏光热、地热及储热的供能装置，其特征在于，还包括：自动控制模块，用于获取第一储水箱(2
‑
1)输出的加热后的循环水的温度，当温度大于等于第一预设温度阈值时，打开第一旁通管和第二旁通管上设置的阀门，使得第一储水箱(2
‑
1)输出的加热后的循环水通过第一旁通管和第二旁通管直接进入所述高温储热装置

【专利技术属性】
技术研发人员：朱超，王沣浩，任静，王泽源，蔡皖龙，丁涛，屈治国，魏进家，李奕臻，吴子豪，王泽昕，王辰曦，谢萍，李壮，薛倩楠，傅金柱，
申请(专利权)人：西安交通大学国网西安环保技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：