用于宿舍楼宇光伏光热一体化供能系统及运行控制方法技术方案

本发明专利技术属于太阳能综合利用领域，涉及一种用于宿舍楼宇光伏光热一体化供能系统及运行控制方法，供能系统包括：PV/T组件、第一蓄热水箱、第二蓄热水箱、恒温水箱、低温水源热泵、高温水源热泵、溴化锂吸收式制冷机、冷却塔、供冷负荷、供暖负荷、供冷水箱、供暖水箱及多个阀门。本发明专利技术充分利用屋顶太阳能资源，布置合适类型的光伏光热一体化组件，耦合高温水源热泵、低温水源热泵、溴化锂吸收式制冷机、恒温水箱、蓄热水箱等其他辅助能源系统设备，满足宿舍楼宇建筑集群全季节冷热电用能需求。舍楼宇建筑集群全季节冷热电用能需求。舍楼宇建筑集群全季节冷热电用能需求。

【技术实现步骤摘要】
用于宿舍楼宇光伏光热一体化供能系统及运行控制方法


[0001]本专利技术属于太阳能综合利用领域，涉及一种用于宿舍楼宇光伏光热一体化供能系统及运行控制方法。

技术介绍

[0002]化石能源的大规模开发利用带来的污染、资源短缺、温室气体排放等环境问题，逐渐成为制约全球经济、社会、环境可持续发展的重大瓶颈。大力开发清洁能源发电，加快实施供应侧清洁替代，已成为能源发展的必然趋势。随着风电、太阳能发电规模化发展和技术快速进步，可再生能源发电成本显著下降，有望取代化石能源发电成为主导电源。
[0003]分布式太阳能利用领域中光伏发电和太阳能热水器应用广泛。光伏系统光电转化效率低下，通常不超过20％，大量太阳能以热量形式散失。研究显示，光伏电池每升高1℃，其光电转换效率降低0.4％
‑
0.6％。在夏季光照好的炎热天气，光伏电池运行时最高温度可达70℃，导致光伏电池发电效率显著降低。太阳能热水在实际应用中受季节影响较大，集热器会出现夏季热能供应过载、空晒爆管，冬季热能供应紧缺、管路冻裂等问题，系统不可进行能量分配、调节和平衡，无法适应季节变化和天气变化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种高效、节能的用于宿舍楼宇光伏光热一体化供能系统及运行控制方法，针对宿舍楼宇中型建筑集群的用能特点，构建以光伏光热一体化组件为核心的供能系统，以满足宿舍楼宇建筑集群的冷、热、电等负荷需求，实现屋顶太阳能资源的最大化利用。
[0005]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术的第一方面是提供了一种用于宿舍楼宇光伏光热一体化供能系统，包括：PV/T组件、第一蓄热水箱、第二蓄热水箱、恒温水箱、低温水源热泵、高温水源热泵、溴化锂吸收式制冷机、冷却塔、供冷水箱、供暖水箱及多个阀门；
[0007]所述PV/T组件的出水管线通过第一阀门分为两路，一路经过第二阀门连接第一蓄热水箱的进口，第一蓄热水箱的出口管线连接PV/T组件的回水口；另一路经过第三阀门连接恒温水箱的进口；
[0008]所述恒温水箱的出口管线通过第四阀门分为两路，一路连接生活热水，另一路依次通过第五阀门、第六阀门、第九阀门连接低温水源热泵的第一进口，所述第五阀门出口管线与第二阀门进口连接，所述第六阀门出口管线与高温水源热泵的第一进口连接，所述第九阀门出口管线通过第十阀门连接供暖负荷，所述第十阀门进口管线连接低温水源热泵的第二出口，所述低温水源热泵的第一出口管线及高温水源热泵的第一出口管线均经过第十一阀门、第七阀门及第二阀门连接第一蓄热水箱的进口；
[0009]所述供暖负荷通过第十二阀门、供暖水箱连接至低温水源热泵的第二进口，所述第十二阀门的出口管线通过第八阀门、第三阀门连接恒温水箱的进口，所述第八阀门出口
管线与第七阀门进口连接；
[0010]所述溴化锂吸收式制冷机的b出口连接高温水源热泵的第一进口，高温水源热泵的第一出口管线连接第二蓄热水箱的进口，第二蓄热水箱的出口管线连接溴化锂吸收式制冷机的a进口；溴化锂吸收式制冷机的d出口连接供冷负荷，供冷负荷连接供冷水箱的进口，供冷水箱的出口管线连接溴化锂吸收式制冷机的c进口；溴化锂吸收式制冷机的f出口连接冷却塔的进口，冷却塔的出口管线连接溴化锂吸收式制冷机的e进口。
[0011]本专利技术的第二方面是提供了上述系统的控制方法，分为以下几种情形：
[0012]当环境有辐照且辐照条件较好，非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件产出的出口热水的水温满足宿舍供暖负荷的需求或生活热水负荷的需求，热水直接流入恒温水箱储存，控制三通阀使PV/T组件的出口热水的水温直接用于满足生活热水负荷的需求以及供暖/制冷需求，经换热后的水直接流回第一蓄热水箱，并流入非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件的冷却流道中完成一次自循环；
[0013]当环境有辐照但辐照条件较差时，非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件产出的出口热水的水温不能直接满足宿舍供暖/制冷需求与生活热水负荷的需求，低温/高温水源热泵组启动，多个低温水源热泵或多个高温水源热泵并联，根据当前负荷状态改变启动低温水源热泵高温水源热泵的数量，非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件的出口热水作为低温水源热泵的热源，通过吸收温度较高的热源热量，在产出满足需求温度热水的同时提升低温水源热泵的性能；
[0014]当环境无辐照时，非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件等效为散热器，采用旁路绕过非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件，同时启用低温水源热泵，将辐照较好条件下储存的多余热水从恒温水箱流出，作为低温水源热泵的热源使用，通过低温水源热泵进行加热热水以满足供暖负荷与生活热水负荷的需求；
[0015]夏季时，PV/T组件的出口水首先用于满足生活热水负荷的需求，若未达到设定温度则采用自循环；满足生活热水负荷后，流入高温水源热泵并作为热源供给，产出85
‑
90℃的热水并用于溴化锂吸收式制冷机，多个高温水源热泵并联，根据当前去向溴化锂吸收式制冷机的水温改变启动高温水源热泵的数量，同时，冷却塔启动以对溴化锂吸收式制冷机内部循环工质降温，产出的制冷水用于供给负荷以满足制冷需求。
[0016]进一步地，在供热模式下，宿舍区采用PV/T系统的两种负荷侧控制策略，具体表述如下：控制策略一：当恒温水箱温度T1大于等于40℃时，此时为PV/T系统直供模式，由PV/T系统直接作为实验房间供暖的热源；控制策略二：当恒温水箱温度T1低于40℃时，PV/T系统提供水源温度不能满足房间热负荷的需求，需要辅助加热设备；用PV/T系统的出口水作为低温水源热泵的热源水，低温水源热泵组采用3个低温水源热泵并联运行，当供暖进口温度分别低于T
s1
、T
s2
、T
s3
时，逐步开启。
[0017]进一步地，在制冷模式下，供能系统有两种负荷侧控制策略，具体表述如下：控制策略一：当恒温水箱温度T1大于等于40℃时，恒温水箱内的热水作为高温水源热泵的热源，高温水源热泵为单效溴化锂吸收式制冷机提供85
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90℃的热源，驱动单效溴化锂吸收式制冷机满足房间的制冷需求；控制策略二：当恒温水箱温度T1小于40℃时，不再启动高温水源热泵，直接采用电空调制冷。
[0018]进一步地，系统热源测采用恒温水箱液位来表征热负荷需求，将热源侧控制策略
可分为热优先、电优先两种控制模式；热优先：当恒温水箱液位较低时，降低PV/T组件冷却循环水泵的转速，在供暖工况，若PV/T组件的产热仍然难以满足热负荷需要，则进一步降低恒温水箱进水温度目标值，调整恒温水箱前调节阀的阀位，将温度稍低的水引入恒温水箱，再通过低温水源热泵进行温度的调整，以通过牺牲低温水源热泵功率的手段，保证热负荷需求得到满足，在制冷工况，若PV/T组件的产热仍然难以满足吸收式制冷的需要，为了保证吸收式制冷设备安全稳定运行，不再进一步调整恒温水箱前调节阀；电优先：当恒温水箱液位较高时，降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于宿舍楼宇光伏光热一体化供能系统，其特征在于，包括：PV/T组件(13)、第一蓄热水箱(14)、第二蓄热水箱(15)、恒温水箱(16)、低温水源热泵(17)、高温水源热泵(18)、溴化锂吸收式制冷机(19)、冷却塔(20)、供冷水箱(23)、供暖水箱(24)及多个阀门，所述PV/T组件(13)的出水管线通过第一阀门(1)分为两路，一路经过第二阀门(2)连接第一蓄热水箱(14)的进口，第一蓄热水箱(14)的出口管线连接PV/T组件(13)的回水口；另一路经过第三阀门(3)连接恒温水箱(16)的进口；所述恒温水箱(16)的出口管线通过第四阀门(4)分为两路，一路连接生活热水，另一路依次通过第五阀门(5)、第六阀门(6)、第九阀门(9)连接低温水源热泵(17)的第一进口，所述第五阀门(5)出口管线与第二阀门(2)进口连接，所述第六阀门(6)出口管线与高温水源热泵(18)的第一进口连接，所述第九阀门(9)出口管线通过第十阀门(10)连接供暖负荷(22)，所述第十阀门(10)进口管线连接低温水源热泵(17)的第二出口，所述低温水源热泵(17)的第一出口管线及高温水源热泵(18)的第一出口管线均经过第十一阀门(11)、第七阀门(7)及第二阀门(2)连接第一蓄热水箱(14)的进口；所述供暖负荷(22)通过第十二阀门(12)、供暖水箱(24)连接至低温水源热泵(17)的第二进口，所述第十二阀门(12)的出口管线通过第八阀门(8)、第三阀门(3)连接恒温水箱(16)的进口，所述第八阀门(8)出口管线与第七阀门(7)进口连接；所述溴化锂吸收式制冷机(19)的b出口连接高温水源热泵(18)的第一进口，高温水源热泵(18)的第一出口管线连接第二蓄热水箱(15)的进口，第二蓄热水箱(15)的出口管线连接溴化锂吸收式制冷机(19)的a进口；溴化锂吸收式制冷机(19)的d出口连接供冷负荷(21)，供冷负荷(21)连接供冷水箱(23)的进口，供冷水箱(23)的出口管线连接溴化锂吸收式制冷机(19)的c进口；溴化锂吸收式制冷机(19)的f出口连接冷却塔(20)的进口，冷却塔(20)的出口管线连接溴化锂吸收式制冷机(19)的e进口。2.根据权利要求1所述的用于宿舍楼宇光伏光热一体化供能系统的运行控制方法，其特征在于，当环境有辐照且辐照条件较好，非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件(13)产出的出口热水的水温满足宿舍供暖负荷(22)的需求或生活热水负荷的需求，热水直接流入恒温水箱(16)储存，控制三通阀使PV/T组件(13)的出口热水的水温直接用于满足生活热水负荷的需求以及供暖/制冷需求，经换热后的水直接流回第一蓄热水箱(14)，并流入非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件(13)的冷却流道中完成一次自循环；当环境有辐照但辐照条件较差时，非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件(13)产出的出口热水的水温不能直接满足宿舍供暖/制冷需求与生活热水负荷的需求，低温/高温水源热泵组启动，多个低温水源热泵(17)或多个高温水源热泵(18)并联，根据当前负荷状态改变启动低温水源热泵(17)高温水源热泵(18)的数量，非聚光型双玻双面玻璃流道PV/T组件(13)的出口热水作为低温水源热泵(17)的热源，通过吸收温度较高的热源热量，在产出满足需求温度热水的同时提升低温水源热泵(17)的性能；当...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾邓鑫，王坤，王森，张利，赵越，甘智勇，边疆，刘晓楠，郑雅雯，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：