CN101226015A - 太阳能综合利用热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能综合利用热泵空调系统，室内机组B中的室内换热器的一端与室外机组A中的四通换向阀连接，另一端通过节流阀和电磁阀与室外机组A中室外换热器的一端连接，室外换热器的另一端与四通换向阀连接；压缩机的出口与热水器的加热盘管进口连接，压缩机的进口与四通换向阀连接；光伏电池蒸发器的一端通过节流阀和电磁阀与室外换热器连接，另一端与四通换向阀和室内换热器连接；光伏电池蒸发器通过直流电缆线与直流-交流逆变器连接。本发明可使太阳能总利用效率达到85％以上，太阳能光电效率达到20％以上，热泵空调系统的能效比达到3.5以上。本发明减少了能源消耗、充分利用了可再生能源，还具有环保、节能、安全等特点。

Description

太阳能综合利用热泵空调系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能综合利用系统，具体地说是一种太阳能综合利用热泵空调系统。

背景技术

太阳能作为一种洁净的能源，既是一次能源，又是可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。经测算表明，太阳每秒能够释放出391×10²¹kW的能量，而辐射到地球表面的能量虽然只有它二十二亿分之一，但也相当于全世界目前发电总量的8万倍。因此太阳能资源十分丰富，是可再生能源中最引人注目、开发研究最多、应用最广泛的清洁能源。目前，太阳能利用主要是光热利用(如太阳能热水器等)和光电利用(如太阳能电池)等，从使用成本和应用广泛性考虑，太阳能光热利用较普遍，现在太阳能热水器已进入千家万户。在太阳能光电(光伏电池)的实际应用中，照射到光伏电池表面的太阳能有80％以上并未转化为电能，而是转化为热能，使光伏电池温度升高，特别是太阳辐照较强时，会导致光伏电池效率急剧下降(现有的光伏电池转换效率只有15％-17％)。如果在光伏电池组件的背面构造出流道，通过流体(如制冷剂等)带走热量，降低光伏电池温度，可以提高光伏电池发电效率。倘若流体带走的热量被利用，那么这种系统在产生电能的同时还可以提供热能，这种系统就被称为太阳能综合利用热泵空调系统。

在太阳能综合利用热泵空调系统中，光伏电池组件与热泵空调系统的蒸发器结合成一体，构成光伏电池蒸发器，系统接收到的太阳辐照中，短波辐照被光伏电池通过光电转换形成电流输出，长波辐照通过光热转换来作为热泵空调的蒸发吸热热源。一方面，由于热泵空调工质的蒸发吸热作用，光伏电池蒸发器工作在较低温度范围，从而得到有效冷却，光电效率和光热效率同时得到提高；另一方面，太阳辐射通过光热转换来作为热泵空调的热源，提高了热泵空调系统循环的蒸发温度和蒸发压力，使得热泵空调系统能效比得到提高。这样就使太阳能从光电、光热两个方面得到综合利用。

目前国内市场上，还没有从光电、光热两个方面综合利用太阳能的热泵空调系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种从光电、光热两个方面综合利用太阳能的热泵空调系统。该系统将太阳能光电利用，即太阳能光伏电池；太阳能光热利用，即太阳能热水器和热泵空调系统结合在一起，结构紧凑、机组小型化。本发明在夏季工作时既可向室内供冷和提供热水，又可降低光伏电池的工作温度，使得其光电效率得到提高；在春秋季工作时既可向室内提供热水，又可提高光伏电池的光电效率；在冬季工作时可向室内供暖和供热水。太阳能光伏电池提供的电流输出，用来提供热泵空调系统运行所需的全部或者部分电能需求。太阳能综合利用热泵空调系统可使太阳能总利用效率达到85％以上，太阳能光电效率达到20％以上，热泵空调系统的能效比达到3.5以上。本发明减少了能源消耗、充分利用了可再生能源，还具有环保、节能、安全等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种太阳能综合利用热泵空调系统，其特征在于：它包括室外机组A和室内机组B，室外机组A包括压缩机、室外换热器、光伏电池蒸发器、第一节流阀、第一电磁阀、四通换向阀、热水器和直流—交流逆变器；室内机组B包括室内换热器、第二节流阀和第二电磁阀，室内换热器的一端与室外机组A中的四通换向阀连接，另一端通过第二节流阀和第二电磁阀与室外机组A中室外换热器的一端连接，室外换热器的另一端与四通换向阀连接；压缩机的出口与热水器的加热盘管进口连接，压缩机的进口与四通换向阀连接；光伏电池蒸发器的一端通过第一节流阀和第一电磁阀与室外换热器连接，另一端与四通换向阀和室内换热器连接；光伏电池蒸发器通过直流电缆线与直流—交流逆变器连接；在热水器上设有进水接口和出水接口；进水接口通过热水器进口电磁阀11与热水器连接。

本发明中，所述的第一节流阀和第二节流阀是热力膨胀阀或电子膨胀阀。

所述热水器的加热盘管采用螺旋盘管或蛇形盘管或“U”形盘管；采用光管或螺纹管或翅片管；采用紫铜管或铝合金管或钢管。

所述的光伏电池蒸发器结构形式采用管板式、翼管式、扁管式、蛇管式等。光伏电池蒸发器的盘管采用光管或螺纹管或翅片管、紫铜管或铝合金管。

与现有技术相比，本发明的显著优点是：

(1)本发明可使太阳能总利用效率达到85％以上，太阳能光电效率达到20％以上，热泵空调系统的能效比达到3.5以上。减少了能源消耗、充分利用了可再生能源，具有环保、节能、安全等特点。

(2)将太阳能光电利用(太阳能光伏电池)、太阳能光热利用(太阳能热水器)和热泵空调系统一体化，结构紧凑、机组小型化。

(3)太阳能光伏电池提供的电流输出，以供热泵空调系统运行所需的全部或者部分电能需求。

(4)该系统在夏季工作时既可向室内供冷和提供热水，又可降低光伏电池的工作温度，使得其光电效率得到提高；该系统在春秋季工作时既可向室内提供热水，又可提高光伏电池的光电效率；该系统在冬季工作时可向室内供暖和供热水。

附图说明

图1是本发明在夏季、春秋季的循环示意图；

图2是本发明在冬季的循环示意图。

附图中标记说明

A-室外机组                          B-室内机组

1-压缩机                            2-室外换热器

3-室内换热器                        4-光伏电池蒸发器

5-第二节流阀                        6-第二电磁阀

7-第一节流阀                        8-第一电磁阀

9-四通换向阀                        10-热水器

11-热水器进口电磁阀                 12-直流—交流逆变器

具体实施方式

一种本发明所述的太阳能综合利用热泵空调系统，由室外机组A和室内机组B两部分构成。室外机组A包括压缩机1、室外换热器2、光伏电池蒸发器4、第一节流阀7、第一电磁阀8、四通换向阀9、热水器10和直流—交流逆变器12；室内机组B包括室内换热器3、第二节流阀5和第二电磁阀6。

在室内机组B中，第二节流阀5的一端与室内换热器3连接，另一端与第二电磁阀6连接。

在室外机组A中，压缩机1的出口与热水器10的加热盘管进口连接，压缩机1的进口与四通换向阀9连接；室外换热器2的一端与四通换向阀9连接，另一端分别与第二电磁阀6和第一电磁阀8连接；室内换热器3的一端与第二节流阀5连接，另一端分别与四通换向阀9和光伏电池蒸发器4连接；光伏电池蒸发器4一端与第一节流阀7连接，另一端分别与四通换向阀9和室内换热器3连接。第一节流阀7的一端与光伏电池蒸发器4连接，另一端与第一电磁阀8连接；热水器10加热盘管的出口与四通换向阀9连接，热水器10的加热盘管的进口与压缩机1的出口连接。在热水器10中安装有进水接口和出水接口，热水器10的进水接口通过热水器进口电磁阀11连接自来水；出水接口与室内的热水龙头连接。光伏电池蒸发器4上装有直流电缆线，并与直流—交流逆变器12连接，由直流—交流逆变器12输出交流电。

本发明的工作原理叙述如下：

(1)太阳能综合利用热泵空调系统夏季工作过程

见图1。图中省略了干燥过滤器、气液分离器、液体分配器、电子控制部分及室内机组和室外机组的风机，室内机组可以根据需要多组并联，图中只画出一组室内机组予以示意。

太阳能综合利用热泵空调系统在夏季工作时，第二电磁阀6和第一电磁阀8是打开的，四通换向阀9处在制冷位置。从室外换热器2流出的制冷剂液体分成两路：一路经第二电磁阀6和第二节流阀5节流降压后，流入室内换热器3内蒸发吸热而产生制冷效应；另一路经第一电磁阀8和第一节流阀7节流降压后，流入光伏电池蒸发器4内蒸发吸收光伏电池产生的热量，使光伏电池的工作温度降低，提高了光伏电池的光电效率。在室内换热器3和光伏电池蒸发器4内蒸发吸热后的制冷剂蒸气汇合后经四通换向阀9被压缩机1吸入，制冷剂蒸气经压缩机1压缩后排出，流入热水器10内的加热盘管，使热水器10内的水加热升温，提供生活用热水，从热水器10加热盘管流出的制冷剂蒸气，经四通换向阀9流进室外换热器2放出热量，冷凝后的制冷剂液体分别流入第二电磁阀6和第一电磁阀8。光伏电池蒸发器4上装有直流电缆线，并与直流—交流逆变器12连接，由直流—交流逆变器12输出交流电，以供热泵空调系统运行所需的全部或者部分电能需求。

(2)太阳能综合利用热泵空调系统春秋季工作过程

见图1。太阳能综合利用热泵空调系统在春秋季工作时，第二电磁阀6是关闭的(这时室内温度适宜、无需供冷)、第一电磁阀8是打开的，四通换向阀9处在制冷位置。从室外换热器2流出的制冷剂液体经第一电磁阀8和第一节流阀7节流降压后，流入光伏电池蒸发器4内蒸发吸收光伏电池产生的热量，使光伏电池的工作温度降低，提高了光伏电池的光电效率。在光伏电池蒸发器4内蒸发吸热后的制冷剂蒸气经四通换向阀9被压缩机1吸入，制冷剂蒸气经压缩机1压缩后排出，流入热水器10内的加热盘管，使热水器10内的水加热升温，提供生活用热水，从热水器10加热盘管流出的制冷剂蒸气，经四通换向阀9流进室外换热器2放出热量，冷凝后的制冷剂液体流入第一电磁阀8。光伏电池蒸发器4上装有直流电缆线，并与直流—交流逆变器12连接，由直流—交流逆变器12输出交流电，以供热泵空调系统运行所需的全部或者部分电能需求。

(3)太阳能综合利用热泵空调系统冬季工作过程

见图2。太阳能综合利用热泵空调系统在冬季工作时，第二电磁阀6是打开的、第一电磁阀8是关闭的(这时室外环境温度低，光伏电池的工作温度也较低，无需降温)，四通换向阀9处在制热位置。制冷剂由压缩机1压缩后排出，流入热水器10内的加热盘管，使热水器10内的水加热升温，提供生活用热水，从热水器10加热盘管流出的制冷剂，经四通换向阀9流经室内换热器3放出热量，向室内供暖，冷凝后的制冷剂液体经第二节流阀5进行节流降压，降压后的制冷剂液体经第二电磁阀6流至室外换热器2内蒸发吸收室外环境的热量，蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀9被吸入压缩机1。

本发明可使太阳能总利用效率达到85％以上，太阳能光电效率达到20％以上，热泵空调系统的能效比达到3.5以上。本发明减少了能源消耗、充分利用了可再生能源，具有环保、节能、安全等特点。

Claims (5)

1.一种太阳能综合利用热泵空调系统，其特征在于：它包括室外机组(A)和室内机组(B)，室外机组(A)包括压缩机(1)、室外换热器(2)、光伏电池蒸发器(4)、第一节流阀(7)、第一电磁阀(8)、四通换向阀(9)、热水器(10)和直流—交流逆变器(12)；室内机组(B)包括室内换热器(3)、第二节流阀(5)和第二电磁阀(6)，室内换热器(3)的一端与室外机组(A)中的四通换向阀(9)连接，另一端通过第二节流阀(5)和第二电磁阀(6)与室外机组(A)中室外换热器(2)的一端连接，室外换热器(2)的另一端与四通换向阀(9)连接；压缩机(1)的出口与热水器(10)的加热盘管进口连接，压缩机(1)的进口与四通换向阀(9)连接；光伏电池蒸发器(4)的一端通过第一节流阀(7)和第一电磁阀(8)与室外换热器(2)连接，另一端与四通换向阀(9)和室内换热器(3)连接；光伏电池蒸发器(4)通过直流电缆线与直流—交流逆变器(12)连接；在热水器(10)上设有进水接口(13)和出水接口(14)；进水接口(13)通过热水器进口电磁阀11与热水器(10)连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能综合利用热泵空调系统，其特征在于：所述第一节流阀(7)和第二节流阀(5)是热力膨胀阀或电子膨胀阀。

3.根据权利要求1所述的太阳能综合利用热泵空调系统，其特征在于：所述热水器(10)的加热盘管采用螺旋盘管或蛇形盘管或“U”形盘管。

4.根据权利要求1所述的太阳能综合利用热泵空调系统，其特征在于：所述热水器(10)是光管或螺纹管或翅片管。

5.根据权利要求1所述的太阳能综合利用热泵空调系统，其特征在于：所述光伏电池蒸发器(4)的盘管结构形式采用管板式或翼管式或扁管式或蛇管式。

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