CN101995098B - 太阳能风能互补供水供热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能风能互补供水供热系统及方法，其中，所述太阳能风能互补供水供热方法包括：检测风力发电机输出电能的电能参数，太阳能热水器的水位、水温以及储水箱的水位；根据所述风力发电机输出电能的电能参数判断当前风力发电机输出电能的电能状态，并根据所述当前风力发电机输出电能的电能状态、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，切换供电回路。本发明所提供的太阳能风能互补供水供热系统及方法，实现了以风力发电机供电为主、公用电网供电为辅的供电方式，以太阳能加热为主，电能加热为辅的加热方式，达到充分利用风能和太阳能的目的，在保证连续供水供热的同时，节省了电能。

Description

太阳能风能互补供水供热系统及方法

技术领域

本发明涉及可再生能源利用技术，特别涉及一种太阳能风能互补供水供热系统及方法。

背景技术

随着人类对煤炭、石油、天然气等不可再生能源的过度开采和使用，生存居住环境日益恶化，人们也越来越感受到能源短缺所带来的压力。人们在权衡能源短缺和环境污染问题的同时，发现如风能、太阳能等可再生能源是可以利用的能源资源，不但不存在资源枯竭的问题，而且清洁环保。

现有技术中，风能和太阳能的应用越来越广泛，逐步替代了一部分公用电网进行供水和供热，但是应用风能和太阳能进行供水供热的设备仅利用单一种类的资源实现了单一的功能，如风力汲水设备仅能利用风能来进行供水，太阳能热水设备仅能利用太阳能来加热水以进行供热。况且在现有技术中，应用风能和太阳能进行供水供热的方式与利用公用电网进行供水供热的方式是相互独立的，如果仅应用风能和太阳能进行供水供热，由于风能或者太阳能的能源输出存在不稳定性(例如和天气情况直接相关)，因此不能保证供水供热的连续性，如果仅利用公用电网进行供水供热，则不但不能对风能或者太阳能这些清洁能源进行利用，而且使原本就紧张的电力资源更加紧张，过多的发电也会造成环境污染。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种太阳能风能互补供水供热系统，具有以风力发电机供电为主、公用电网供电为辅，以太阳能加热为主、电能加热为辅的特点，充分利用了风能和太阳能，保证了供水供热的连续性，还达到了节能的目的；

本发明的第二目的是提供一种太阳能风能互补供水供热方法，具有以风力发电机供电为主、公用电网供电为辅的特点，保证了供电的连续性，在风力发电供给负载有余时将其反馈到公用电网，达到了节能的目的。

为实现上述第一目的，本发明提供了一种太阳能风能互补供水供热系统，其中，包括：

系统控制器，用于检测风力发电机输出电能的电能参数、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，根据所述风力发电机输出电能的电能参数判断当前风力发电机输出电能的电能状态，并根据所述当前风力发电机输出电能的电能状态、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，切换供电回路；

功率变换及供电回路，和所述系统控制器连接，用于匹配风力发电机的供电功率，并供系统控制器在太阳能热水器的加热回路、水泵的汲水回路、风力发电机的并网回路、风力发电机的泄荷回路、风力发电机供电回路和公用电网供电回路间切换。

风力发电机，用于利用风能进行发电并通过所述功率变换及供电回路作为主要供电电源；

储水箱，用于储存水；

太阳能热水器，用于储存水，并只要有太阳能就一直吸收太阳能对所述储存的水加热，或利用电能对辅助加热电阻供电加热所述储存的水；

水泵，用于利用电能运输水至储水箱和/或太阳能热水器；

公用电网，用于作为辅助供电电源，代替风力发电机供电。

为实现上述第二目的，本发明提供了一种太阳能风能互补供水供热方法，其中，包括：

检测风力发电机输出电能的电能参数，太阳能热水器的水位、水温以及储水箱的水位；

根据所述风力发电机输出电能的电能参数判断当前风力发电机输出电能的电能状态，并根据所述当前风力发电机输出电能的电能状态、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，切换供电回路。

由上述技术方案可知，本发明的太阳能风能互补供水供热系统及方法，主要提供了一种太阳能风能互补供水供热方式，其中太阳能风能互补供水供热方法根据检测到的风力发电机输出电能的电能参数判断当前风力发电机输出的电能状态、并根据太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，切换供电回路，实现了以风力发电机供电为主、公用电网供电为辅的供电方式，并利用所述供电方式进一步实现了太阳能热水器以吸收太阳能加热水为主、利用电能对辅助加热电阻供电加热水为辅的加热方式，更进一步，利用所述供电方式和供热方式并通过系统控制器、功率变换及供电回路、风力发电机、储水箱、太阳能热水器、水泵、公用电网作为太阳能风能互补供水供热系统实现了充分利用了风能和太阳能的目的，在保证连续供水供热的同时，节省了电能。

附图说明

图1为本发明太阳能风能互补供水供热方法的流程图；

图2为本发明太阳能风能互补供水供热系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明太阳能风能互补供水供热方法的流程图。在本实施例所提供的太阳能风能互补供水供热方法中涉及一种供电控制方法，以风力发电机为主要供电电源，由于风力强弱的随机性比较大，不能保证风力发电机输出电能的稳定性，因此以公用电网作为辅助供电电源来保证供水和供热的连续性。太阳能热水器以吸收太阳能加热水为主，在晴天时，不断地吸收太阳能以加热太阳能热水器中所存储的水，可以达到本实施例中用于供热的水温限值，但遇到阴天时仅仅靠吸收太阳能很难加热到本实施例中用于供热的水温限值，在晚上时更是没有太阳能吸收可言，因此在检测到太阳能热水器的水温未达到限值时，继续由风力发电机输出的电能通过对太阳能热水器的辅助加热电阻供电以加热太阳能热水器的水温。如图1所示，本实施例的太阳能风能互补供水供热方法具体为：

步骤11、检测风力发电机输出电能的电能参数，太阳能热水器的水位、水温以及储水箱的水位；

检测风力发电机输出电能的电能参数，电能参数包括电压、电流等参数，在本实施例中电能参数主要是指电能的功率参数；并且检测太阳能热水器中所存储水的水位和水温，太阳能热水器中所存储水的水位包括太阳能热水器的水位上限值和太阳能热水器的水位下限值，由于太阳能热水器直接吸收太阳能或利用电能对储存的水加热，再通过供热管道进行供热，因此必须检测太阳能热水器中的水位是否达到下限值，以避免水位太低导致干烧太阳能热水器发生危险，检测太阳能热水器中的水位是否达到上限值，以避免水位太高而溢出所造成的水资源浪费；检测太阳能热水器中所存储水的水温是否达到限值，包括检测水温是低于限值还是高于限值，限值可由用户根据实际情况设定，检测水温低于限值，是为了保证按照用户需求供应热水，检测水温高于限值，是为了在保证按照用户需求供应热水的同时，避免达到了水温的限值还继续加热水而浪费了过多的电能；储水箱中所存储水的水位包括储水箱的水位上限值和储水箱的水位下限值，检测储水箱的水位下限值，是为了避免水量过少时影响日常生活的用水需求，检测储水箱的水位上限值，同样是为了避免水量过多时溢出储水箱所造成的水资源浪费。

步骤12、根据风力发电机输出电能的电能参数判断当前风力发电机输出电能的电能状态，并根据当前风力发电机输出电能的电能状态、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，切换供电回路。

根据风力发电机输出电能的电压、电流等电能参数(主要指电能的功率参数)判断当前电能状态，并根据当前风力发电机输出电能的电能状态、太阳能热水器的水位的上、下限值、水温和储水箱的水位的上、下限值，切换供电回路，供电回路包括水泵的汲水回路、太阳能热水器的加热回路、风力发电机的并网回路、风力发电机的泄荷回路、风力发电机供电回路和公用电网供电回路，风力发电机作为主要要供电电源，风力发电机供电回路初始处于接通状态；

风力发电机利用风能所产生电能的电能状态直接和风速的强弱直接相关，电能状态包括电量足状态、弱电量状态、电量不足状态或过电量状态；

电量足状态，即外界的风速较强，风力发电机利用这种风速发电所输出电能的电压、电流足够大，足以驱动水泵的同时可以对太阳能热水器的辅助加热电阻供电，剩余的电能还可以接通风力发电机的并网回路由公用电网中的负荷消耗掉，从而无需接通风力发电机的泄荷回路消耗剩余的电能；弱电量状态，即外接的风速较弱，风力发电机利用这种风速发电有电能输出，但电能的电压、电流不够大，以至于无法驱动水泵，但可以对太阳能热水器的辅助加热电阻供电，若有剩余的电能，则通过接通风力发电机的泄荷回路消耗剩余的电能，由于在并网回路中所消耗的电能一般比剩余的电能还要大，所以无需通过接通风力发电机的并网回路来消耗剩余的电能；过电量状态，即外界的风速超过了风力发电机进行发电而可利用风速范围，风力发电机启动保护措施，而进行制动，退出运行状态；电量不足状态，即外界的风速没有达到风力发电机进行发电而可利用风速范围，风力发电机无电能输出；

若当前风力发电机输出电能的电能状态为电量足状态，判断太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否未达到各自的上限值，若是，则接通水泵的汲水回路由风力发电机供电，由水泵对太阳能热水器和/或储水箱进行汲水直到达到各自的水位上限值，再判断太阳能热水器的水温是否未达到限值，限制可由用户根据实际情况而设定，若未达到太阳能热水器的水温限值，则接通太阳能热水器的加热回路由风力发电机对太阳能热水器的辅助加热电阻供电以加热太阳能热水器中所储存水的水温直到限值，并把剩余的电能通过接通风力发电机的并网回路，由公用电网消耗掉，若已达到太阳能热水器的水温限值，则直接接通风力发电机的并网回路将风力发电机输出的电能输入公用电网；若判断太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否未达到各自的上限值的结果为太阳能热水器的水位和储水箱的水位均达到各自的上限值，则判断太阳能热水器的水温是否未达到限值，若未达到太阳能热水器的水温限值，则接通太阳能热水器的加热回路由风力发电机对太阳能热水器的辅助加热电阻供电以加热太阳能热水器中所储存水的水温直到限值，并把剩余的电能通过接通风力发电机的并网回路，由公用电网消耗掉，若已达到太阳能热水器的水温限值，则直接接通风力发电机的并网回路将风力发电机输出的电能输入公用电网；

由于弱电量状态时，风力发电机输出电能并不能驱动水泵进行汲水，为了节省电能，只需达到太阳能热水器的水位和储水箱的水位各自的下限值即可，若当前风力发电机输出电能的电能状态为弱电量状态，判断太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否均未达到各自的下限值，若是，则断开风力发电机供电回路，接通公用电网供电回路由公用电网为水泵的汲水回路供电，由水泵对太阳能热水器和/或储水箱进行汲水直到达到各自的下限值，再判断太阳能热水器的水温是否未达到限值，若太阳能热水器的水温未达到限值，则再次接通风力发电机供电回路并同时接通太阳能热水器的加热回路由风力发电机对太阳能热水器的辅助加热电阻供电以加热太阳能热水器的水温达到限值，此时若有剩余的电能，则接通风力发电机的泄荷回路，由泄荷装置消耗掉剩余的电能，若太阳能热水器的水温已达到限值，则直接接通风力发电机的泄荷回路，由泄荷装置消耗掉剩余的电能；若判断太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否均未达到各自的下限值的结果为太阳能热水器的水位和储水箱的水位均已达到各自的下限值，则判断太阳能热水器的水温是否未达到限值，若太阳能热水器的水温未达到限值，由风力发电机对太阳能热水器的辅助加热电阻供电以加热太阳能热水器的水温达到限值，此时若有剩余的电能，则接通风力发电机的泄荷回路，由泄荷装置消耗掉剩余的电能，若太阳能热水器的水温已达到限值，则直接接通风力发电机的泄荷回路，由泄荷装置消耗掉剩余的电能；

若当前风力发电机输出电能的电能状态为电量不足状态，由于风力发电机没有电能输出，在需要供水或供热时，只能断开风力发电机供电回路并接通公用电网供电回路对所需要的回路供电，并且在供水时，为了节省电能，只需达到太阳能热水器的水位和储水箱的水位各自的下限值即可；具体地，判断太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否达到各自的下限值，若是，则断开风力发电机供电回路并接通公用电网供电回路由公用电网为水泵的汲水回路供电，由水泵对太阳能热水器和/或储水箱进行汲水直到达到各自的下限值，再判断太阳能热水器的水温是否未达到限值，若太阳能热水器的水温未达到限值，则由公用电网对太阳能热水器的辅助加热电阻供电以加热太阳能热水器的水温达到限值，并关闭开关以切断电源，若太阳能热水器的水温已达到限值，则直接关闭开关以切断电源；判断太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否达到各自的下限值的结果是太阳能热水器的水位和储水箱的水位均已达到各自的下限值，再判断太阳能热水器的水温是否未达到限值，若太阳能热水器的水温未达到限值，则断开风力发电机供电回路并接通公用电网供电回路，由公用电网对太阳能热水器的辅助加热电阻供电以加热太阳能热水器的水温达到限值，并关闭开关以切断电源，若太阳能热水器的水温已达到限值，则直接关闭开关以切断电源；

若当前风力发电机输出电能的电能状态为过电量状态，由外界的风速超过了风力发电机进行发电而可利用风速范围，在这种风速下发电会对风力发电机及其供电回路产生危险，因此风力发电机需要进行制动，并断开风力发电机供电回路，在需要供水或供热时接通公用电网供电回路以对所需要的回路供电，并且在供水时，为了节省电能，只需达到太阳能热水器的水位和储水箱的水位各自的下限值即可；具体地，判断太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否达到各自的下限值，若是，则接通公用电网供电回路由公用电网为水泵的汲水回路供电，由水泵对太阳能热水器和/或储水箱进行汲水直到达到各自的下限值，再判断太阳能热水器的水温是否未达到限值，若太阳能热水器的水温未达到限值，则由公用电网对太阳能热水器的辅助加热电阻供电以加热太阳能热水器的水温达到限值，并关闭开关以切断电源，若太阳能热水器的水温已达到限值，则直接关闭开关以切断电源；判断太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否达到各自的下限值的结果是太阳能热水器的水位和储水箱的水位均已达到各自的下限值，再判断太阳能热水器的水温是否未达到限值，若太阳能热水器的水温未达到限值，则由公用电网对太阳能热水器的辅助加热电阻供电以加热太阳能热水器的水温达到限值，并关闭开关以切断电源，若太阳能热水器的水温已达到限值，则直接关闭开关以切断电源。

由上述技术方案可知，本实施例所提供的太阳能风能互补供水供热方法，根据检测到的风力发电机输出电能的电能参数判断当前风力发电机输出的电能状态、并根据电能状态、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，切换供电回路，实现了以风力发电机供电为主、公用电网供电为辅的供电方式，并利用供电方式进一步实现了太阳能热水器以吸收太阳能加热水为主、利用电能对辅助加热电阻供电加热水为辅的加热方式，最终实现了充分利用了风能和太阳能的目的，在保证连续供水供热的同时，节省了电能。

图2为本发明太阳能风能互补供水供热系统的结构示意图。如图2所示，本发明太阳能风能互补供水供热系统，包括系统控制器21和功率变换及供电回路22，还包括风力发电机23、储水箱24、太阳能热水器25、水泵26和公用电网27。系统控制器21检测风力发电机23输出电能的电能参数、太阳能热水器25的水位、水温和储水箱24的水位，根据风力发电机23输出电能的电能参数判断当前风力发电机23输出电能的电能状态，并根据当前风力发电机23输出电能的电能状态、太阳能热水器25的水位、水温和储水箱24的水位，切换供电回路；功率变换及供电回路22，和系统控制器21连接，匹配风力发电机23的供电功率，并由系统控制器21控制功率变换及供电回路22在水泵26的汲水回路、太阳能热水器25的加热回路、风力发电机23的并网回路、风力发电机23的泄荷回路、风力发电机23供电回路和公用电网27供电回路间切换；进一步地，风力发电机23利用风能进行发电并通过功率变换及供电回路22作为主要供电电源；储水箱24用来储存水；太阳能热水器25储存水，并只要有太阳能就一直吸收太阳能对储存的水加热，或利用电能对太阳能热水器25中的辅助加热电阻供电加热储存的水；水泵26利用电能运输水至储水箱24和/或太阳能热水器25；公用电网27于作为辅助供电电源，代替风力发电机23供电。

由上述技术方案可知，本实施例太阳能风能互补供水供热系统，通过系统控制器检测风力发电机输出电能的电能参数、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，根据风力发电机输出电能的电能参数判断当前风力发电机输出的电能状态，并根据风力发电机输出的电能状态、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，切换功率变换及供电回路中的太阳能热水器的加热回路、水泵的汲水回路、风力发电机并网回路、风力发电机泄荷回路、风力发电机供电回路和公用电网供电回路，实现以风力发电机供电为主、公用电网供电为辅的供电方式，以太阳能加热为主，电能加热为辅的加热方式，达到充分利用风能和太阳能的目的，在保证连续供水供热的同时，节省了电能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种太阳能风能互补供水供热系统，其特征在于，包括：

系统控制器，用于检测风力发电机输出电能的电能参数、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，根据所述风力发电机输出电能的电能参数判断当前风力发电机输出电能的电能状态，并根据所述当前风力发电机输出电能的电能状态、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，切换供电回路；

功率变换及供电回路，和所述系统控制器连接，用于匹配风力发电机的供电功率，并供系统控制器在水泵的汲水回路、太阳能热水器的加热回路、风力发电机的并网回路、风力发电机的泄荷回路、风力发电机供电回路和公用电网供电回路间切换；

风力发电机，用于利用风能进行发电并通过所述功率变换及供电回路作为主要供电电源；

若所述当前风力发电机输出电能的电能状态为电量足状态，判断所述太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否未达到各自的上限值，若是，则接通所述水泵的汲水回路由所述风力发电机供电；

若所述太阳能热水器的水位和储水箱的水位均达到各自的上限值，判断所述太阳能热水器的水温是否未达到限值，若是，则接通所述太阳能热水器的加热回路由所述风力发电机供电，否则直接接通风力发电机的并网回路将风力发电机输出的电能输入公用电网；

储水箱，用于储存水；

太阳能热水器，用于储存水，并在太阳能存在时一直吸收太阳能对所述储存的水加热，在太阳能不充足时利用电能对辅助加热电阻供电加热所述储存的水；

水泵，用于利用电能运输水至储水箱和/或太阳能热水器；

公用电网，用于作为辅助供电电源，代替风力发电机供电。

2.一种太阳能风能互补供水供热方法，其特征在于，包括：

检测风力发电机输出电能的电能参数，太阳能热水器的水位、水温以及储水箱的水位；

根据所述风力发电机输出电能的电能参数判断当前风力发电机输出电能的电能状态，并根据所述当前风力发电机输出电能的电能状态、太阳能热水器的水位、水温和储水箱的水位，切换供电回路；

所述供电回路包括水泵的汲水回路、太阳能热水器的加热回路、风力发电机的并网回路、风力发电机的泄荷回路、风力发电机供电回路和公用电网供电回路，所述风力发电机供电回路初始处于接通状态由风力发电机作为主要供电电源进行供电；

若所述当前风力发电机输出电能的电能状态为电量足状态，判断所述太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否未达到各自的上限值，若是，则接通所述水泵的汲水回路由所述风力发电机供电；

若所述太阳能热水器的水位和储水箱的水位均达到各自的上限值，判断所述太阳能热水器的水温是否未达到限值，若是，则接通所述太阳能热水器的加热回路由所述风力发电机供电，否则直接接通风力发电机的并网回路将风力发电机输出的电能输入公用电网。

3.根据权利要求2所述的太阳能风能互补供水供热方法，其特征在于，还包括：

若所述当前风力发电机输出电能的电能状态为弱电量状态，判断所述太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否未达到各自的下限值，若是，则断开所述风力发电机供电回路，并接通所述公用电网供电回路由公用电网为所述水泵的汲水回路供电。

4.根据权利要求3所述的太阳能风能互补供水供热方法，其特征在于，还包括：

若所述太阳能热水器的水位和储水箱的水位均达到各自的下限值，判断所述太阳能热水器的水温是否未达到限值，若是，则接通所述太阳能热水器的加热回路由所述风力发电机供电，否则接通所述风力发电机的泄荷回路。

5.根据权利要求2所述的太阳能风能互补供水供热方法，其特征在于，还包括：

若所述当前风力发电机输出电能的电能状态为电量不足状态，判断所述太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否达到各自的下限值，若是，则断开所述风力发电机供电回路，并接通所述公用电网供电回路由公用电网为所述水泵的汲水回路供电。

6.根据权利要求5所述的太阳能风能互补供水供热方法，其特征在于，还包括：

若所述太阳能热水器的水位和储水箱的水位均未达到各自的下限值，判断所述太阳能热水器的水温是否未达到限值，若是，则断开所述风力发电机供电回路，并接通所述公用电网供电回路由所述公用电网为太阳能热水器的加热回路供电。

7.根据权利要求2所述的太阳能风能互补供水供热方法，其特征在于，还包括：

若所述当前风力发电机输出电能的电能状态为过电量状态，则所述风力发电机进行制动，并断开所述风力发电机供电回路；

判断所述太阳能热水器的水位和/或储水箱的水位是否达到各自的下限值，若是，则接通所述公用电网供电回路由公用电网为水泵的汲水回路供电；若否，当所述太阳能热水器的水温是达到限值时，接通所述公用电网供电回路由所述公用电网为所述太阳能热水器的加热回路供电。

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