CN103438494A - 太阳能、风能、空气能互补供暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能、风能、空气能互补供暖系统，包括热水储水箱、太阳能集热板热水装置、太阳能发电装置、风能发电装置、空气能热水器、电能储存装置、功率变换及供电装置和系统控制装置。本发明综合利用太阳能、风能和空气能，以太阳能作为主要能源，以热效率高的太阳能集热板热水装置作为主要供应热水的设备，同时利用太阳能和风能进行发电，利用空气能热水器将电能转换为热能，即以风能和空气能作为辅助能源供应，即可以实现稳定的热水供应。

Description

太阳能、风能、空气能互补供暖系统

技术领域

本发明涉及本发明属于利用新能源技术来供暖的技术领域，具体涉及一种太阳能、风能、空气能互补供暖系统。

背景技术

目前太阳能、风能、空气能等清洁能源的使用场所越来越多，在供电和供暖的使用上，已经得到了普及，如CN101995098A所描述的，采用风力发电机和公用电网对功率变换及供电回路提供电力，并通过功率变换及供电回路对太阳能热水器进行供电，从而实现太阳能和风能互补的供水供热系统。但在供暖系统中，相比于太阳能热水器，太阳能集热板的效率较高，而且能大面积的铺设和利用；当风力发电机所产生的电力不足时，需要大量使用公用电网，才能提供稳定的热水。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合利用太阳能、风能和空气能等清洁能源，以太阳能作为主要能源，以太阳能集热板热水装置作为主要供应热水的设备，同时以风能和空气能作为辅助能源供应，即可以实现稳定的热水供应的太阳能、风能和空气能互补供暖系统。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种太阳能、风能、空气能互补供暖系统，包括：

热水储水箱、太阳能集热板热水装置、太阳能发电装置、风能发电装置、空气能热水器、电能储存装置、功率变换及供电装置和系统控制装置；

所述太阳能集热板热水装置与所述热水储水箱通过管路连接，以便将所述太阳能集热板热水装置存储的水加热后，通过管路输送至所述热水储水箱；

所述太阳能发电装置与功率变换及供电装置电连接，所述太阳能发电装置利用太阳能进行发电；

所述风能发电装置与所述功率变换及供电装置电连接，所述风能发电装置利用风能进行发电；

所述空气能热水器与功率变换及供电装置电连接，利用所述功率变换及供电装置所提供的电能对所述空气能热水器存储的水进行加热，并将热水通过管路输送至所述热水储水箱；

所述电能储存装置对所述太阳能发电装置和风能发电装置所产生的剩余电能进行储存，并在所述太阳能发电装置和风能发电装置所产生的电能不足时进行放电；

所述功率变换及供电装置接收所述太阳能发电装置和风能发电装置所产生的电能，对所述电能进行功率变换；所述功率变换及供电装置还电连接至所述电能储存装置，根据系统控制装置的控制命令，对所述空气能热水器进行供电和对所述电能储存装置进行充放电；

所述热水储水箱接收所述太阳能集热板热水装置和空气能热水器所产生的热水，并进行保温保存；

所述系统控制装置与所述太阳能发电装置、风能发电装置、功率变换及供电装置、热水储水箱和电能储存装置信号连接，并且向所述功率变换及供电装置发送控制命令。

可选的，还包括公用电网和电量计量装置，所述公用电网与电能计量装置电连接，所述电能计量装置与所述功率变换及供电装置电连接。

可选的，所述系统控制装置，控制所述太阳能、风能、空气能互补供暖系统的开关；所述系统控制装置还用于检测所述太阳能发电装置和风能发电装置的状态，并控制所述太阳能发电装置和风能发电装置；所述系统控制装置还用于检测所述热水储水箱的水位和水温，根据所述热水储水箱中的水位和水温，判断是否启用所述空气能热水器；所述系统控制装置还用于通过所述功率变换及供电装置控制所述空气能热水器和电能储存装置；所述系统控制装置还用于检测所述电能储存装置的状态，控制所述电能储存装置进行充放电。

可选的，所述系统控制装置根据所述太阳能发电装置的状态、风能发电装置的状态和热水储水箱的水位和水温判定系统是否存在剩余电能。

可选的，所述的太阳能集热板热水装置包括集热板和第一集热管；所述集热板布置在建筑物房顶或者建筑物的外立面，所述太阳能发电装置包括第二集热管，所述第二集热管安装在所述太阳能发电装置的电池片下部，并且与所述第一集热管串联安装。

可选的，所述热水储水箱还包括电加热装置，所述电加热装置电连接至所述功率变换及供电回路，所述系统控制装置通过所述功率变换及供电回路控制所述电加热装置。

可选的，还包括太阳能氨吸附式制冷系统，所述太阳能氨吸附式制冷系统信号连接至所述系统控制装置，利用太阳能所提供的热量进行制冷。

可选的，所述热水储水箱连接有泵，所述泵将所述热水储水箱中的水循环到所述太阳能集热板热水装置和所述空气能热水器中。

可选的，所述系统控制装置还检测所述热水储水箱的水温，当热水储水箱的水位等于预设水位上限或者水温低于预设水温下限时，开启所述泵；当热水储水箱的水温低于预设水温下限时，开启所述空气能热水器。

可选的还包括至少一个热水需求终端；所述热水需求终端为热水地暖系统；所述热水地暖系统包括在房屋地面上从下至上依次铺设的保温层、隔热层、生热层、防水层和地板；所述生热层由粘土和相变粉混合制成，所述生热层中铺设热水管道，并且所述热水管道与所述热水储水箱连通。

本发明具有如下有益效果：本发明综合利用太阳能、风能和空气能，以太阳能作为主要能源，以热效率高的太阳能集热板热水装置作为主要供应热水的设备，同时利用太阳能和风能进行发电，利用空气能热水器将所产生的电能转换为热能，即以风能和空气能作为辅助能源供应，即可以实现稳定的热水供应。

附图说明

图1为本发明第一实施例太阳能、风能、空气能互补供暖系统结构示意图；

图2为本发明第三实施例太阳能、风能、空气能互补供暖系统结构示意图；

图3为本发明热水需求终端的结构示意图；

图中标记为：1-系统控制装置；2-功率变换及供电装置；3-太阳能发电装置；4-风能发电装置；5-太阳能集热板热水装置；6-空气能热水器；7-电能储存装置；8-热水储水箱；9-公用电网；10-电能计量装置；11-地板；12-防水层；13-生热层；14-热水管道；15-隔热层；16-保温层；17-房屋地面。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

参照图1，本实施例提供了一种太阳能、风能、空气能互补供暖系统，包括热水储水箱8、太阳能集热板热水装置5、太阳能发电装置3、风能发电装置4、空气能热水器6、电能储存装置7、功率变换及供电装置2和系统控制装置1；

所述太阳能集热板热水装置5与所述热水储水箱8通过管路连接，以便将所述太阳能集热板热水装置5存储的水加热后，通过管路输送至所述热水储水箱8；所述太阳能集热板热水装置在有太阳能可以利用的前提下，一直对其所存储的水进行加热；由于所述太阳能集热板热水装置的热效率较高，用其直接产生热水会提高太阳能的利用效率。

所述太阳能发电装置3与功率变换及供电装置2电连接，所述太阳能发电装置3利用太阳能进行发电；风能发电装置4，与所述功率变换及供电2装置电连接，所述风能发电装置4利用风能进行发电；通过所述太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的电能，不仅能满足系统电能需求，还可以在热水不足时，将电能转化为热能。

所述空气能热水器6与功率变换及供电装置电连接，利用所述功率变换及供电装置2所提供的电能对所述空气能热水器6存储的水进行加热，并将热水通过管路输送至所述热水储水箱8；所述空气能热水器6的电-热转换效率高，本实施例采用所述空气能热水器6将所述电能转换为热能，以充分利用电能。

所述电能储存装置7对所述太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的剩余电能进行储存，并能在所述太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的电能不足时进行放电；所述电能储存装置7能保证在太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的电能不足时，给系统进行持续的供电。

所述功率变换及供电装置2接收所述太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的电能，对所述电能进行功率变换；所述功率变换及供电装置2还电连接至所述电能储存装置7，根据系统控制装置1的控制命令，对所述空气能热水器6进行供电和对所述电能储存装置7进行充放电；所述功率变换及供电装置2将所述太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的电能转化为不同的电能需求终端所对应的电压和频率，以持续供电给所述太阳能、风能、空气能互补供暖系统。

所述热水储水箱8接收所述太阳能集热板热水装置5和空气能热水器6所产生的热水，并进行保温保存；所述热水储水箱可以采用相变材料制备，有利于热量的大量存储。

所述系统控制装置1与所述太阳能发电装置3、风能发电装置4、功率变换及供电装置2、热水储水箱8和电能储存装置7信号连接，并且向所述功率变换及供电装置2发送控制命令。

本实施例中，可选的，所述系统控制装置控制所述太阳能、风能、空气能互补供暖系统的开关；检测所述太阳能发电装置3和风能发电装置4的状态，所述太阳能发电装置和风能发电装置的状态反馈的数据是其产生的电能的电压和电流参数，并控制所述太阳能发电装置3和风能发电装置4，即控制所述太阳能发电装置和所述风能发电装置的启动和停止。

本实施例中，可选的，所述系统控制装置还检测所述热水储水箱8的水位和水温，根据所述热水储水箱8中的水位和水温，判断是否启用所述空气能热水器6。

本实施例中，可选的，所述系统控制装置通过所述功率变换及供电装置2控制所述空气能热水器6和电能储存装置7；检测所述电能储存装置7的状态，控制所述电能储存装置7进行充放电，如果所述电能储存装置7未充满，将所述太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的电能的剩余电能对所述电能储存装置7进行充电；并在所述太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的电能不足时，控制所述电能储存装置7进行放电，以保证所述太阳能、风能、空气能互补供暖系统的持续供电。

本实施例中，可选的，所述系统控制装置1根据所述太阳能发电装置3和风能发电装置4的状态，得到电能总功率参数；所述热水储水箱8连接有泵，所述泵将所述热水储水箱8中的水循环到所述太阳能集热板热水装置5和所述空气能热水器6，以实现水循环，节约水资源；所述系统控制装置1检测所述热水储水箱8的水位和水温，当热水储水箱8的水位等于预设水位上限或者水温低于预设水温下限时，开启所述泵；当所述热水储水箱水位低于预设水位下限时，或者所述水温低于预设水温下限时，开启所述空气能热水器6；以保证热水的稳定供给。

本实施例中，可选的，当关闭所述泵和所述空气能热水器6时，其功率参数不计入所述供暖系统的功率参数；所述剩余电能是所述电能总功率参数减去所述供暖系统的功率参数，如果电能总功率参数大于所述供暖系统的功率参数，则表示存在剩余电能，从而更有效地对系统的电能进行管理。

本实施例中，可选的，所述的太阳能集热板热水装置5包括集热板；所述集热板布置在建筑物房顶或者建筑物的外立面，以实现太阳能集热板和建筑物的一体化，美化了建筑物的外立面，同时也最大限度的利用太阳能资源。

本实施例中，可选的，所述太阳能热水装置5包括第一集热管，所述的太阳能发电装置3包括第二集热管和电池片，所述第二集热管安装在所述太阳能发电装置3的电池片下部，与所述第一集热管串联安装；由于太阳能发电装置3的电池片在阳光的照射下容易发热，造成电池片温度过高，影响光-电转换的效率，而采用在其下部铺设第二集热管，既制造了热水，又降低了太阳能电池片的温度。

本实施例中，优选的，所述系统控制装置1检测所述热水储水箱8的水位；所述水位低于所述热水储水箱8水位下限时，所述系统控制装置1进行报警；从而使所述供暖系统能安全可靠的运行。

本实施例中，优选的，所述热水储水箱还包括电加热装置，所述电加热装置电连接至所述功率变换及供电回路，所述系统控制装置通过所述功率变换及供电回路控制所述电加热装置，以实现利用电能对所述热水储水箱的直接加热。

本实施例中，优选的，还包括太阳能氨吸附式制冷系统，所述太阳能氨吸附式制冷系统信号连接至所述系统控制装置，利用太阳能所提供的热量进行制冷，以在太阳能充足的情况下，充分利用太阳能，即在夏天的时候，可以利用所述太阳能氨吸附式制冷系统进行制冷。

参照附图2，本实施例中，优选的，所述太阳能、风能、空气能互补供暖系统还包括公用电网9和电量计量装置10，所述公用电网9与电能计量装置10电连接，所述电能计量装置10与所述功率变换及供电装置2电连接；所述系统控制装置1在所述太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的电能富足的情况下，所述系统控制装置1首先检测所述电能储存装置7的状态，如果所述电能储存装置7的状态是未充满状态，则将剩余电能对该电能储存装置7进行充电，如果所述电能储存装置7的状态是已充满状态，则将剩余电能通过电能计量装置10传输给公用电网9；如果太阳能发电装置3和风能发电装置4所产生的电能不足时，则优先使用电能储存装置7中的电能，在所述电能储存装置7中的电能不足的情况下，通过公用电网9进行辅助供电。

参照附图3，本实施例中，可选的，还包括至少一个热水需求终端；所述热水需求终端为热水地暖系统；所述热水地暖系统包括在房屋地面上从下至上依次铺设的保温层16、隔热层15、生热层13、防水层12和地板11；所述生热层13由粘土和相变粉混合制成，所述生热层中铺设热水管道14，并且所述热水管道14与所述热水储水箱8连通；所述热水地暖系统采用相变粉储备热水管路的热量，使得热水供暖系统能达到供暖温度稳定的供暖效果。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

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，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于，包括：

热水储水箱、太阳能集热板热水装置、太阳能发电装置、风能发电装置、空气能热水器、电能储存装置、功率变换及供电装置和系统控制装置；

所述太阳能集热板热水装置与所述热水储水箱通过管路连接，以便将所述太阳能集热板热水装置存储的水加热后，通过管路输送至所述热水储水箱；

所述太阳能发电装置与功率变换及供电装置电连接，所述太阳能发电装置利用太阳能进行发电；

所述风能发电装置与所述功率变换及供电装置电连接，所述风能发电装置利用风能进行发电；

所述空气能热水器与功率变换及供电装置电连接，利用所述功率变换及供电装置所提供的电能对所述空气能热水器存储的水进行加热，并将热水通过管路输送至所述热水储水箱；

所述电能储存装置对所述太阳能发电装置和风能发电装置所产生的剩余电能进行储存，并在所述太阳能发电装置和风能发电装置所产生的电能不足时进行放电；

所述功率变换及供电装置接收所述太阳能发电装置和风能发电装置所产生的电能，对所述电能进行功率变换；所述功率变换及供电装置还电连接至所述电能储存装置，根据系统控制装置的控制命令，对所述空气能热水器进行供电和对所述电能储存装置进行充放电；

所述热水储水箱接收所述太阳能集热板热水装置和空气能热水器所产生的热水，并进行保温保存；

所述系统控制装置与所述太阳能发电装置、风能发电装置、功率变换及供电装置、热水储水箱和电能储存装置信号连接，并且向所述功率变换及供电装置发送控制命令。

2.根据权利要求1所述的太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于：还包括公用电网和电量计量装置，所述公用电网与电能计量装置电连接，所述电能计量装置与所述功率变换及供电装置电连接。

3.根据权利要求1所述的太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于：所述系统控制装置，控制所述太阳能、风能、空气能互补供暖系统的开关；所述系统控制装置还用于检测所述太阳能发电装置和风能发电装置的状态，并控制所述太阳能发电装置和风能发电装置；所述系统控制装置还用于检测所述热水储水箱的水位和水温，根据所述热水储水箱中的水位和水温，判断是否启用所述空气能热水器；所述系统控制装置还用于通过所述功率变换及供电装置控制所述空气能热水器和电能储存装置；所述系统控制装置还用于检测所述电能储存装置的状态，控制所述电能储存装置进行充放电。

4.根据权利要求1-3之一所述的太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于：所述系统控制装置根据所述太阳能发电装置的状态、风能发电装置的状态和热水储水箱的水位和水温判定系统是否存在剩余电能。

5.根据权利要求1-3之一所述的太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于：所述的太阳能集热板热水装置包括集热板和第一集热管；所述集热板布置在建筑物房顶或者建筑物的外立面，所述太阳能发电装置包括第二集热管，所述第二集热管安装在所述太阳能发电装置的电池片下部，并且与所述第一集热管串联安装。

6.根据权利要求5所述的太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于：所述热水储水箱还包括电加热装置，所述电加热装置电连接至所述功率变换及供电回路，所述系统控制装置通过所述功率变换及供电回路控制所述电加热装置。

7.根据权利要求1-3之一所述的太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于：还包括太阳能氨吸附式制冷系统，所述太阳能氨吸附式制冷系统信号连接至所述系统控制装置，利用太阳能所提供的热量进行制冷。

8.根据权利要求1所述的太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于：所述热水储水箱连接有泵，所述泵将所述热水储水箱中的水循环到所述太阳能集热板热水装置和所述空气能热水器中。

9.根据权利要求8所述的太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于：所述系统控制装置还检测所述热水储水箱的水温，当热水储水箱的水位等于预设水位上限或者水温低于预设水温下限时，开启所述泵；当热水储水箱的水温低于预设水温下限时，开启所述空气能热水器。

10.根据权利要求1所述的太阳能、风能、空气能互补供暖系统，其特征在于：还包括至少一个热水需求终端；所述热水需求终端为热水地暖系统；所述热水地暖系统包括在房屋地面上从下至上依次铺设的保温层、隔热层、生热层、防水层和地板；

所述生热层由粘土和相变粉混合制成，所述生热层中铺设热水管道，并且所述热水管道与所述热水储水箱连通。

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