光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统及其控制方法，系统包括：控制结构、电供应子系统、以及共用蓄热水箱的热收集子系统、生活热水供应子系统和多源互补供暖子系统；所述电供应子系统与热收集子系统共用太阳能光伏光热一体化组件。本发明专利技术电供应子系统为用户高效的提供电能；热收集子系统利用双回路方式解决直膨式太阳能热泵持续高能耗问题，在保证太阳能光伏光热一体化组件降温效果的同时减少耗能；生活热水供应子系统利用双水箱结构解决热水需求与集热板散热不协调问题；多源互补供暖子系统为四回路结构，其针对不同季节、不同太阳辐射强度下用户的用能需求，提出了相应的控制运行策略；整个系统的协调合作提高了供能稳定性。高了供能稳定性。高了供能稳定性。

【技术实现步骤摘要】
光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及光伏光热一体化热电联供
，尤其涉及光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]传统的太阳能利用分为光热转换和光电转换两种方式，而且都是分开两种装置两套用能系统进行供能，存在能源利用能效低、装备安装复杂、成本高占地大等不足。单独的光伏发电系统仅有10％～20％转换效率，其中80％～90％的辐射能除部分被反射回去外，其余全部转变为热能，使电池温度升高，降低了电输出。研究表明，光伏电池平均每升高1℃，光电转换效率下降3
‰‑5‰
。采用新型的光伏光热一体化(PV/T)热电联供技术可以实现电能和热能的一体利用，其中由光伏发电输出电能，然后利用背部的流体通道吸收走光伏板的热量给建筑供暖或提供生活热水，是一种对太阳能光伏和光热综合利用的技术，根据背部通道内的冷却流体种类可将PV/T太阳能集热器分为空气型，热水型，热管型，冷剂型等四大类。
[0003]目前，光伏光热一体化(PV/T)热电联供技术在理论分析、模拟研究和实验研究等方面取得了良好的发展，可适合于家庭热水、供暖和其他需要低湿热源的民用和工业用途。
[0004]但是目前利用PV/T光伏光热一体化构建的热电联供系统或多或少的存在着一些缺陷，例如热电联供系统难以协调寒冷地区生活热水需求和光伏板散热需求、将太阳能光伏光热一体化板与热泵相结合使用的热电联供系统没有考虑到太阳能不充足时热泵耗能大于产热时的运行策略造成了能源浪费情况以及针对有太阳能供暖需求的用户设计的热电联供系统未考虑太阳能丰富但不需要供暖的夏季热量存储利用的问题等缺陷，这些缺陷不利于热电联供系统的大力推广使用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统及其控制方法。
[0006]第一个方面，本专利技术提供一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，所述系统包括：控制结构、电供应子系统、以及共用蓄热水箱的热收集子系统、生活热水供应子系统和多源互补供暖子系统；所述电供应子系统与热收集子系统共用太阳能光伏光热一体化组件；
[0007]所述蓄热水箱内置有换热盘管，所述太阳能光伏光热一体化组件内置有金属通道；
[0008]其中，所述电供应子系统还包括：离并网光伏逆控一体机和太阳能光伏储能胶体蓄电池；所述离并网光伏逆控一体机分别与太阳能光伏储能胶体蓄电池、太阳能光伏光热一体化组件和电网电连接；
[0009]所述生活热水供应子系统还包括：第七电动二通阀、第三电动二通阀和生活热水
水箱；所述蓄热水箱通过第七电动二通阀与自来水连通，并通过第三电动二通阀与生活热水水箱连通；
[0010]所述多源互补供暖子系统由内部流走制冷剂的第一热能转移回路和第二热能转移回路构成；所述第一/二热能转移回路，经过金属通道和换热盘管，用于在太阳能充足/不充足时将太阳能光伏光热一体化组件热量转移至蓄热水箱；
[0011]所述多源互补供暖子系统由水流流经蓄热水箱的第一供暖回路、第二供暖回路和散热回路，以及水流不流经蓄热水箱的供冷回路构成；所述第一供暖回路、第二供暖回路、供冷回路和散热回路，对应用于存在供暖需求但供暖需求未超过预设强度阈值、存在供暖需求且供暖需求超过预设强度阈值、存在供冷需求、无供暖且无供冷需求四种情况；
[0012]所述控制结构，用于控制热收集子系统、生活热水供应子系统和多源互补供暖子系统中受控设备的运行。
[0013]根据本专利技术提供的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，所述第一热能转移回路，由金属管道、压缩机、第五电动二通阀、换热盘管、第二电动二通阀和热力膨胀阀首尾顺序连通而成；
[0014]所述第二热能转移回路，由金属管道、第四电动二通阀、换热盘管和第一电动二通阀首尾顺序连通而成。
[0015]根据本专利技术提供的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，所述第一供暖回路，由蓄热水箱、第六电动二通阀、地暖末端、第十一电动二通阀、水泵和第九电动二通阀首尾顺序连通而成；
[0016]所述第二供暖回路由蓄热水箱、第八电动二通阀、多功能生物质炉具的水管、地暖末端、第十二电动二通阀、浅层地埋管、水泵和第九电动二通阀首尾顺序连通而成；
[0017]所述供冷回路由地暖末端、第十二电动二通阀、浅层地埋管、水泵和第十电动二通阀首尾顺序连通而成；
[0018]所述散热回路由蓄热水箱、第六电动二通阀、第十二电动二通阀、浅层地埋管、水泵和第九电动二通阀首尾顺序连通而成。
[0019]根据本专利技术提供的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，所述控制结构，包括：控制器、第一热电偶温度计、第二热电偶温度计、第三热电偶温度计和第四热电偶温度计；
[0020]所述第一热电偶温度计、第二热电偶温度计、第三热电偶温度计和第四热电偶温度计分别置于太阳能光伏光热一体化组件、太阳能光伏光热一体化组件的金属管道出口、蓄热水箱和生活热水水箱的表面；
[0021]所述控制器，用于监测第一热电偶温度计、第二热电偶温度计、第三热电偶温度计和第四热电偶温度计的温度数据，并基于温度数据实现对热收集子系统、生活热水供应子系统和多源互补供暖子系统中受控设备的控制。
[0022]根据本专利技术提供的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，所述太阳能光伏光热一体化组件包括多层板结构以及将多层板结构固定的边框；
[0023]所述多层板结构包括：由上而下设置的玻璃层、空气层、第一EVA 胶层、光伏电池板、第二EVA胶层、TPT膜层、导热金属板、绝热层和背封；
[0024]所述绝热层由众多并联排布的金属管道组成，金属管道的出口与所述压缩机的进
口连通；金属管道的进口与所述热力膨胀阀的出口连通。
[0025]根据本专利技术提供的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，所述多功能生物质炉具，包括：燃烧室和水管；
[0026]其中，所述燃烧室留有灶口、生物质燃料放置口和出灰口；所述水管设置于燃烧室的四壁。
[0027]根据本专利技术提供的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，所述生活热水水箱中内置有电辅助加热器，外部连接有方面用户取水的手动阀门。
[0028]根据本专利技术提供的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，离并网光伏逆控一体机，还与控制结构、热收集子系统、生活热水供应子系统和多源互补供暖子系统中的用电设备电连接。
[0029]根据本专利技术提供的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，所述导热金属板为导热铜板；所述金属管道为铜管。
[0030]第二方面，本专利技术还提供一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统的控制方法，所述方法实现对电供应子系统、热收集子系统、生活热水供应子系统和多源互补供暖子系统的控制；
[0031]所述对电供应子系统的控制，包括：在太阳能光伏光热一体化组件产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述系统包括：控制结构、电供应子系统、以及共用蓄热水箱的热收集子系统、生活热水供应子系统和多源互补供暖子系统；所述电供应子系统与热收集子系统共用太阳能光伏光热一体化组件；所述蓄热水箱内置有换热盘管，所述太阳能光伏光热一体化组件内置有金属通道；其中，所述电供应子系统还包括：离并网光伏逆控一体机和太阳能光伏储能胶体蓄电池；所述离并网光伏逆控一体机分别与太阳能光伏储能胶体蓄电池、太阳能光伏光热一体化组件和电网电连接；所述生活热水供应子系统还包括：第七电动二通阀、第三电动二通阀和生活热水水箱；所述蓄热水箱通过第七电动二通阀与自来水连通，并通过第三电动二通阀与生活热水水箱连通；所述多源互补供暖子系统由内部流走制冷剂的第一热能转移回路和第二热能转移回路构成；所述第一/二热能转移回路，经过金属通道和换热盘管，用于在太阳能充足/不充足时将太阳能光伏光热一体化组件热量转移至蓄热水箱；所述多源互补供暖子系统由水流流经蓄热水箱的第一供暖回路、第二供暖回路和散热回路以及水流不流经蓄热水箱的供冷回路构成；所述第一供暖回路、第二供暖回路、供冷回路和散热回路，对应用于存在供暖需求但供暖需求未超过预设强度阈值、存在供暖需求且供暖需求超过预设强度阈值、存在供冷需求、无供暖且无供冷需求四种情况；所述控制结构，用于控制热收集子系统、生活热水供应子系统和多源互补供暖子系统中受控设备的运行。2.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述第一热能转移回路，由金属管道、压缩机、第五电动二通阀、换热盘管、第二电动二通阀和热力膨胀阀首尾顺序连通而成；所述第二热能转移回路，由金属管道、第四电动二通阀、换热盘管和第一电动二通阀首尾顺序连通而成。3.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述第一供暖回路，由蓄热水箱、第六电动二通阀、地暖末端、第十一电动二通阀、水泵和第九电动二通阀首尾顺序连通而成；所述第二供暖回路由蓄热水箱、第八电动二通阀、多功能生物质炉具的水管、地暖末端、第十二电动二通阀、浅层地埋管、水泵和第九电动二通阀首尾顺序连通而成；所述供冷回路由地暖末端、第十二电动二通阀、浅层地埋管、水泵和第十电动二通阀首尾顺序连通而成；所述散热回路由蓄热水箱、第六电动二通阀、第十二电动二通阀、浅层地埋管、水泵和第九电动二通阀首尾顺序连通而成。4.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述控制结构，包括：控制器、第一热电偶温度计、第二热电偶温度计、第三热电偶温度计和第四热电偶温度计；所述第一热电偶温度计、第二热电偶温度计、第三热电偶温度计和第四热电偶温度计分别置于太阳能光伏光热一体化组件、太阳能光伏光热一体化组件的金属管道出口、蓄热水箱和生活热水水箱的表面；
所述控制器，用于监测第一热电偶温度计、第二热电偶温度计、第三热电偶温度计和第四热电偶温度计的温度数据，并基于温度数据实现对热收集子系统、生活热水供应子系统和多源互补供暖子系统中受控设备的控制。5.根据权利要求2所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述太阳能光伏光热一体化组件包括多层板结构以及将多层板结构固定的边框；所述多层板结构包括：由上而下设置的玻璃层、空气层、第一EVA胶层、光伏电池板、第二EVA胶层、TPT膜层、导热金属板、绝热层和背封；所述绝热层由众多并联排布的金属管道组成，金属管道的出口与所述压缩机的进口连通；金属管道的进口与所述热力膨胀阀的出口连通。6.根据权利要求3所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述多功能生物质炉具，包括：燃烧室和水管；其中，所述燃烧室留有灶口、生物质燃料放置口和出灰口；所述水管设置于燃烧室的四壁。7.根据权利要求1所述的光伏直驱的直膨式太阳能热泵热电联供系统，其特征在于，所述生活热水水...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄彦强，龙鹤，赵晨，廉雪丽，李颜颐，孔舒婷，
申请(专利权)人：青海大学，
类型：发明
国别省市：