CN103542448B - 分布式、非蓄电、非逆变太阳光伏变功率蓄能电热系统的热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了分布式、非蓄电、非逆变太阳光伏变功率蓄能电热系统的热水器，电热系统的用电设施包括热水系统、地面辐射供暖系统和采用散热器的供暖系统；热水器设在热水系统中；电热系统设有太阳能发电装置、风力发电装置；电热系统还与市电电网连接；热水器的罐内设置交流恒功率加热器一只，直流变功率蓄能电加热器一只；或者仅设置交直流两用变功率电加热器一只。采用上述技术方案，实现可再生能源的充分、有效的利用，并将多种能源有机结合，为低碳、绿色、健康的生活提供一种科学、合理的模式。

Description

分布式、非蓄电、非逆变太阳光伏变功率蓄能电热系统的热水器

技术领域

本发明属于可再生能源利用及新型功能材料集成应用的技术领域。具体地说，本发明涉及分布式、非蓄电、非逆变太阳光伏变功率蓄能电热系统的热水器。

背景技术

随着全球能源形势的日益紧张，节能与环保成为当今世界各国关注的热点。而传统的燃煤、燃气供热方式以及多种恒功率电热供热方式等，已无法满足现有城乡区域（特别是尚无电力设施的偏远地区）的建筑供热（暖）的需要。

为了提高能源的利用效率和控制环境污染，近年来涌现出诸多供热新技术和新模式，例如：利用低谷电的供热供暖技术；利用可再生能源的太阳能热利用集热器；水源或空气源热泵供热技术等。

上述的现有新型供热方式也存在较多的技术问题，各自仍然存在一定缺陷，甚至是无法解决的致命缺陷，直接影响着可再生能源的利用和发展。例如：

1、利用低谷电供热方式：虽然实现了能源的有效利用，但只能满足冬季供暖需求，同时也还是完全应用二次清洁能源。

2、太阳能利用的集热技术：受地区、昼夜、气候和日照采集率变化等因素的影响，致使所提供热水的温度不稳定；即使采用大储罐进行显热蓄水储能，也达不到稳定供热的要求，只能再利用市电间接互补，中间传输及储存热效率较低，得不偿失；同时也带来几十吨甚至上千吨水箱的过负荷，防冻、抗冻、分体与建筑结合难等问题，以及各种器件存在无法克服或长期尚未克服的技术瓶颈；

3、水源或空气源热泵技术：易受水源或空气源的地区自然条件影响，特别是在低温制热、高温制冷时，其整体水平COP（能效比）值并未达到“1︰1”，甚至在严寒、极寒地区或无市电情况的条件下，根本无法使用。另外，不断创新的自动化控制系统愈来愈复杂。

现有的太阳能利用的热水器技术分析：

目前，太阳能热水器和太阳热水系统，是太阳能热利用的产物。目前太阳热水器有闷晒式热水器、全玻璃真空集热管热水器、玻璃金属封装的热管式热水器、平板式热水器等多种形式；与之对应的热水系统有集热管式热水系统、热管式热水系统以及平板式热水系统。

热水器的基本构成部件是太阳能集热部件和储热水箱；按集热部件和储热水箱的结合方式，热水器可以分为紧凑式和分离式；按储热水箱是否与大气连通，热水器可以分为承压式和非承压式；按储热水箱中热水的得热方式可以分为直接式和间接式；按热水的出水方式可以分为落水式、顶水式及增压泵式。

太阳热水系统主要由太阳集热系统和热水供应系统构成，主要包括太阳集热器、储热水箱、循环管道、支架、控制系统、热交换器和水泵等设备和附件。集热系统与储热水箱换热方式，可分为：直接式热水系统（一次循环系统）和间接式热水系统（二次循环系统）。直接式系统又可以细分为：直流系统、自然循环系统和强制循环系统。按集热器中工质是否承压可分为：开式集热热水系统和闭式集热热水系统。按有无辅助热源分类，可分为：有辅助热源热水系统和无辅助热源热水系统。有辅助热源热水系统根据加热方式的不同又可以细分为：内置式直接加热方式、内置盘管换热器加热方式、外置换热器加热方式、外部辅助热源直接加热方式、间歇式供热水系统、连续式供热水系统。所谓储热水箱（罐）也仅利用水的储热进行显热储能，储热量有限，与采用相变储能材料进行潜热储能差距较大。

目前太阳能热水系统的分类还比较乱，没有统一的标准。

上述现有技术存在的问题是：

1、太阳能热水器：

太阳能热水器的产品分类系统分类频繁，十分混乱，无法统一标准，结构越来越复杂；

管路系统控制系统十分复杂，产品配件系统辅件繁多；

故障多、事故多，特别是伪劣非标伴热带，加之误用给进出水管路防冻、抗冻、化冻带来的火灾恶性事故无法避免，所谓“水漫金山，火烧连营”；

集热、输送、储水、使用四方面热能不稳定，热损失较大；

太阳能热水器，由于存在“集热、输送、储存、使用”四方面不稳定。为了达到全天候使用，也需要辅助电加热。实质是太阳光热电热水器，但其又未能严格做到现有电热水器的安全要求和能效，只能是辅助电热，预热温度为≤40℃，再补充太阳能光热。热能中间传输和存储，能耗损失较大，使用能效≤50%，甚至更低，因此这种做法是欠科学的，是不得已而为之；

由于集热器的热交换是通过水流动进行，故无法在高寒严寒地区设置；

无法与建筑结合，即使平板太阳能热水系统也因集热器需与储罐进行二次循环换热及室外大储罐和繁杂的管路系统，无法与建筑进行紧凑、美观、有效和谐的结合，更无法满足所有用户的需求。

2、电热水器：

没有时序设置控制，没有潜热储能装置，因此仅靠水来储能，无法做到全周期利用低谷电宏观节电个人节费的功能；

无法采用安全电压，还存在一定的高压安全隐患；

受到阶梯电价的限量约束；

无电地区无法装置电热水器。

因此，设计开发新一代简单科学的集成供热技术及产品是非常必要的。

发明内容

本发明提供分布式、非蓄电、非逆变太阳光伏变功率蓄能电热系统的热水器，其目的是实现可再生能源的有效、合理的利用。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的分布式、非蓄电、非逆变太阳光伏变功率蓄能电热系统，所述的电热系统设有太阳能发电装置，还设有风力发电装置；所述的电热系统还与市电电网连接；所述的太阳能发电装置、风力发电装置及市电电网，通过按时序或温度编程针对交直流切换或变功率与恒功率分别用电控制的控制器，连接到所述的电热系统中。

所述的电热系统的用电设施包括热水系统、地面辐射供暖系统和采用散热器的供暖系统。

所述的热水系统设有热水器，所述的热水器的罐内设置交流恒功率加热器一只，直流变功率蓄能电加热器一只；或者仅设置交直流两用变功率电加热器一只。

所述的热水器采用相变蓄能储水罐，其结构为承压式搪瓷或不锈钢生态水箱，内置相变蓄能模块或水箱内壁设置相变蓄能材料包裹层；其保温层采用硬质聚氨酯发泡保温材料。

所述的热水器采用具有PTC特性的智能型变功率自控温电热带或PTC变功率电热器件。

所述的地面辐射供暖系统是在建筑与生活设施中将自限温电热器件设在建筑结构层中，或将相变储能器材敷设于面层与隔热层之间，形成储能地面；或将相变蓄能材料灌装在所述自限温电热器件之中。

所述的自限温电热器件为具有PTC特性的智能型变功率自控温电热带；或者所述的变功率电热器件为具有PTC特性的智能型变功率自控温电热器件；或所述的变功率电热器件为无机类PTC电热模块。

所述的电热系统采用计算机网络智能控制系统进行控制，所述的计算机网络智能控制系统设有供暖网站、采暖服务器、网络控制器、数据交互机、室内外温度控制器、自限温蓄热地面终端或自限温电热器件。

本发明还提供了该电热系统的控制方法，即：

所述的计算机网络智能控制系统的控制方式为：

1）、使用配置有CPU处理器和储存系统的设备，使智能判断得以实现，通过采集户外温度、地面温度、变压器负载情况、温度异常变化的数据进行智能判断，使最需要取暖的地方立即可以变暖，使温度精确控制，使电能利用达到最佳合理化；

2）、在变压器负荷满载时释放部分压力，实现变压器负载自动调配；

3）、设立取暖优先级制度，实现用户信息储存、供热信息数据化；与企业管理建立erp系统化，使供暖系统模块化。

所述的地面辐射供暖系统或采用散热器的供暖系统的温度控制方式为：

1）、普通控制：

系统首先计算地面采暖系统所必需的蓄热体温度，所述的蓄热体为地面混凝土或者潜热蓄热材料；以此作为蓄热目标温度来进行运转；运转方式是在深夜谷期电力供给开始的同时开始通电；当到达蓄热目标温度后，直至谷期电力供给停止的时刻，在这段时间内通过温度调节来维持温度；

2）、根据外气温度进行的寒冷程度预测控制：

分户智能或计算机集中采暖的必需热量，在很大程度上与外气温度相关，外气温度有三种类型的变化，作为采暖设备采取应对措施是：

a）、早、中、晚的时间变化引起的变化；

b）、天气变化导致的日单位的变化；

c）、季节变化导致的周、月单位的变化；

3）、根据太阳光照变化情况进行非蓄电、非逆变直接光伏电热与低谷用电进行互补供热：

a）、冬季白天太阳光照很好时，在完成热水系统供热储热后同时或转入变功率供暖系统与低谷蓄能电热进行互补供暖；

b）、根据光伏电池的装机容量大小和天气变化情况，选择低谷用电的时间长短或低谷期室温的高低进行互补；

所述蓄热地面采暖系统或采用散热器的供暖系统所采取的对应措施，就是温度控制的方式，对外气温度进行处理，判断当前的寒冷程度，自动修改蓄热目标温度，来实施蓄热通电；这种温度控制方法中，蓄热目标温度是随着寒冷程度的变化而变化；

控制装置自身可以检测出蓄热体在蓄热时的温度上升速度，计算出要达到蓄热目标温度所必需的通电时间；

为了达到目标温度，通过推迟通电开始的时间来进行通电控制运转，从而达到100%谷期用电，非谷期中断负荷供暖。

本发明采用上述技术方案，实现可再生能源的充分、有效的利用，并将多种能源有机结合，为低碳、绿色、健康的生活提供一种科学、合理的模式。

附图说明

图1为本发明的集中分户控制系统的结构示意图；

图2为本发明的单户独立控制系统结构示意图；

图3为本发明的蓄热地板采暖系统中根据外气温度进行的寒冷程度预测控制示意图；

图4为蓄热地板采暖系统中根据室温进行寒冷程度预测控制的示意图；

图5为潜热蓄热地面采暖系统中采用的必需量蓄热控制的示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一、目的、意义：

1、针对现有城镇区域建筑供热系统在节能环保方面所存在的瓶颈问题，本发明提出了不仅适用于局部区域，而更适用于广泛的居住或工作建筑供热系统的分布式、非蓄电、非逆变光伏电热及低谷电互补与显潜热蓄能储存利用的新模式。将太阳能光伏电热（含风电）与新一代安全节能型变功率电热器件与相变储能材料及蓄能应用技术有机结合在一起，作为变功率潜热蓄能电热转化体：

（1）、是以太阳能非蓄电、非逆变光伏电与低谷电互补；分布式能源的变功率分体蓄能供热技术。

（2）、结合建筑住宅或工作区所处地理位置的特点，进行非蓄电、非逆变“光电热”、“风电热”利用。重点在全国部分城镇区域性住宅建筑中推广应用，也可以在广大农村或边远无网电供应的地区进行推广应用，甚至可以在高寒或极寒的南北极地区，对太阳能、无蓄电池、无逆变器、光伏直接变功率电热利用，形成两个系统：1、热水器及热水系统；2、地面辐射供暖或散热器供暖系统.。当太阳能制冷技术成熟时，配置制冷终端，即可形成蓄冷空调降温系统，在国际上引领建筑分布式光伏集成供热（制冷）技术应用的全面发展。

二、主要技术内容：

1、适应建筑用户侧太阳光伏非蓄电、非逆变变功率蓄能供热：

（1）、光伏变功率蓄能电热水器及热水系统，在现有承压式电热水器中增设变功率蓄能电热器，形成交直流两用，显潜热储能，低谷电互补，应用方式由原来的一罐多室、多龙头，改为舍弃中间热能输送，根据使用性质一罐一室（1-3）用，一开既得热水。

（2）、供暖：在现有地面辐射变功率蓄能供暖基础上，改变能源利用结构，白天利用光伏发电，非蓄电、非逆变直供变功率加热电缆或变功率蓄能散热器用电；阴雨天或夜间使用低谷电互补，进行电热转化，采用潜显热贮能或完全显热贮能。施工方式采用现场施工法和预制组装法，不通过中间热能输送，直接进行分户或集中供暖，光伏电采用分布式光伏直供电源。

2、分布式电源：分布式电源是近年来兴起的，采用小型设备向用户就近提供能源的新的利用方式和设施。本发明采用一种分布式、非蓄电、非逆变光伏电或风电为电源，工作电压可以根据光伏电池板的串并联组合条件或风力发电机的大小，进行系列化并辅以市电互补；可以是安全电压，也可以是通用电压，形成多电源用户。

通过按时序或温度编程、针对交直流切换；或变功率与恒功率分别用电控制，形成交直流互补。同一变功率电热器件进行信息化智能控制及通讯遥控技术，形成分布式变功率电热系统，减去中间热能输送环节，实现对能源最大化利用，在信息化智能控制的遥控技术支持下进行跨行业的优化整合。它完全区别于普通太阳能热利用，而是一种全新的、无中间热能输送环节的多种能源或称复合能源的利用方式。利用方式可以是分户利用建筑装饰太阳能电池板供电，也可以集中大面积分组与建筑结合，或独立安装太阳能电池板，集中发电、分户供电，采用电线与分户连接形成光伏电热水器或光伏电热热水系统。简单易行，分户控制和分户计量十分简单。

3、光伏电热利用与光热利用的比较简析：

太阳光伏电转化效率较低，仅15～20%左右，而光热转化效率可以高达60%左右。本发明暂且省略这两种“光电、光热”转化器件的衰减不计（光伏电池寿命25年，光热集热器10～15年），在应用时通常按可比性取相同的标称功率进行实际再利用效率的比较。通过这种实际应用可比性对比，这二者的等量转化后的实际利用效率是因应用方式、终端设备的能效密切相关的。

光热利用：以典型的太阳热水器为例，由于存在四项不稳定（集热不稳定、输送不稳定、储存不稳定、使用不稳定)，集热后的光热转化标称能量因前述四项不稳定，损失高达30-50%。

光伏非蓄电、非逆变直接电热利用：以芜湖科华研发的“太阳光伏变功率蓄能热水器”为例，由于太阳能电池板的标称功率是指已核算光伏电转化后的“光电转化标称功率”，是非蓄电、非逆变，直接通过导线进行传输，由变功率宽幅工作电压的电热器进行电热转化，其电热转化在应用终端内部，无中间热能输送环节，应用终端为“储罐”在室内存储，因此其电能输送损失、电热转化损失和储存损失仅在5-10%。

以上两项在芜湖地区实施，以80升热水器为例，经近一年的对比性试验取得十分显著的效果。“光伏电热水器”能效远远优于“光热电热水器”。

4、自控温电热带是一种智能型变功率电热器件，所采用发热材料是具有PTC特性（即电阻正温度系数效应）的特种导电聚合物复合材料。因此，自控温电热带的电阻会随着被加热体系温度的升高而增大，从而自动调节输出功率，以达到控温和节能的目的。与其它电热器件相比，有以下优点：

（1）、交直流两用，±50%宽幅工作电压；

（2）、低温加热快捷，电热转化效率高（100%）；

（3）、可自动限制加热温度，具有开关特性和记忆特性等特点；

（4）、可任意切断或接长使用，安装使用简便；

（5）、在额定电压工作时，产品发热温度高达135℃，承受温度高达160℃，自身不燃，安全可靠，使用寿命长达50年。

鉴于此，采用这种特种自控温电热带或电热器件为可变电源，在建筑及生活设施中供热是非常理想的智能终端。

5、潜热蓄热技术是利用无机相变储能材料的固液相变过程来实现能量的贮存和释放，其相变温度点系列化，相变焓高达140KJ/Kg以上。在能源的有效利用和全球气候保护方面发挥了重要作用。潜热蓄能技术用于住宅建筑领域呈现许多优点：

（1）、相变潜热大，积累性蓄热能力强，相变时温度基本恒定，具有温度自控调节能力，从而减小室内空气温度波动，较长时间保持所需温度，提高人体舒适度；

（2）、非供热时实现主动蓄能控温，供热时被动蓄能时序编程，通过吸热△T1与放热△T2的大小变化，可实现谷期（夜间）用电蓄热，非谷期（白天，即峰期）停电供热，反之光伏电热亦可。

（3）、潜热蓄能系统可以将峰期用电负荷向谷期转移，在电力上削峰填谷，或将白天太阳能光伏电热能量向夜晚转移，缓解能量的供求矛盾，是国家用电政策中“电力需求侧管理”及能源十二五规划中鼓励节约用电和多种能源复合利用的有效方法。

（4）、减轻建筑物的承载负荷，降低建筑造价。

（5）、在电热水器中，结合变功率电热器件，可以快速集热储热，也可快速输热，达到小储罐，2-3倍的大储能。

6、鉴于自控温电热带具有交直流、变功率、宽电压、开关记忆特性及节能、安全、使用寿命长等特点，相变材料拥有蓄热（冷）能力强的优点，将二者有机结合起来，在“光伏利用”领域内进行非蓄电、非逆变、变功率积累性电热转换与积累性潜热储存，既解决了太阳能分布式电源发电非蓄电、非逆变、光伏变功率电力直接利用问题，又大大提高了低谷电的利用率。本发明的技术方案将成为崭新的、且极具发展潜力的技术，并全面推动太阳能、风能离网发电与时俱进的创新性发展。传统单一能源的利用方式，将被可再生能源与网电互补的复合多能源应用观念和方式所取代，本发明提供的技术将成为一种革命性的趋势。

三、太阳光伏（及风电）变功率蓄能热水器及热水系统：

1、太阳光伏变功率蓄能热水器：

分布式电源是近年来兴起的，采用小型设备向用户就近提供能源的新的利用方式和设施。这种分布式、非蓄电、非逆变光伏电或风电装置所产生的可变电源，工作电压可以根据光伏电池板的串、并联组合条件或风力发电机的大小，进行系列化并辅以市电互补；可以是安全电压也可以是通用电压。形成多电源用户，通过电热终端进行交直流切换控制，形成交直流两用，共用同一变功率电热器件进行连接；也可以交直流分别用于不同的恒功率和变功率加热器进行互补，简化控制系统，形成分布式变功率电热系统。它完全区别于太阳能热直接利用，而是一种全新的可再生能源电热利用方式。

（1）、太阳光伏变功率蓄能电热水器简称“太阳光伏热水器”，是具有国际先进水平的交直流双电源、变功率与恒功率互补电热、相变潜热与水显热蓄能的一种新型太阳能热水器，主要特点如下：

电源：以太阳能电池板所发变功率光伏电，或风力发电，无需经蓄电再逆变，而直接将光伏电或风电，供给变功率加热器进行电热转化，对储罐水进行加热，直至水温升至90℃时断电控温，否则只要有太阳光或风力，即进行电热转化。当阴雨天、夜晚，或无风时，辅以低谷电（即网电中的垃圾电、半价电）进行互补，特殊情况快速大量重复用水，也可以转变为交流电热水器，满足需求。

相变蓄能储水罐：承压式搪瓷或不锈钢生态水箱，硬质聚氨酯发泡保温，容量系列化（10～80L），满足个性化要求，设置在室内或用水终端。罐内设置相变蓄能器和变功率加热器或恒功率加热器，快速储热，快速散热，小储罐大储热（2-3倍同容量储热），双电全停，罐内水温蓄热可维持5-7天。

电加热器：罐内设置交流恒功率加热器一只，直流变功率加热器一只，分别供交流和光伏可变直流电使用，或仅设置变功率交直流两用加热器一只，直流电压可以是110V或220V，也可以应客户要求采用安全电压，交流为220V，交直流两用时取同一等级电压。

（2）、控制器：

1）、交流单路时序编程智能控制，温度显示。双路分别温度独立控制，互补而互不干扰；

2）、交流智能或手动控制，满足特殊情况的应急用水，即快速大量重复需求用水方式：

顶水式用水，一开就有热水；也可采用非承压方式用水；

无中间热能输送；

室外无进出水管，故无需防冻堵；

可以直接冷热水混水调温，也可以供冷热混合龙头用水。

（3）、工作模式：

1）、以太阳能光伏电、风力发电为主，交流低谷电互补；也可互换为主为辅，视电能配置而异；

2）、交流电单路时序编程，温度显示，温度独立控制；

3）、光伏电、风力电非蓄电、非逆变直供电热工作显示，温度独立控制；

4）、双电源、多电源同时分别供电或控制切换，互不干扰。

四、变功率蓄能地面辐射供暖：

1、通过建筑与生活设施用自限温加热带与建筑结构层或相变储能器材敷设于面层与隔热层之间，形成储能地面。交直流两用，太阳光伏电、风力发电，非蓄电、非逆变直接供电与市电（低谷期）互补。

（1）、该地面在低温升温时，以设计功率的1.5-2倍功率快速升温，并可随地面升温过程中自限温加热电缆输出功率无级快速下降，因此以米功率20-30W/m时，每平方米仅需5米左右，分布较疏，而不会产生过热地面。当地面温度达到≤30℃时，加热电缆的输出功率接近于设计功率的50%，并无级自调自补偿，当覆盖地毯等地面覆盖物时，地面也不会出现过热，能自动限温。因此该地面安全、舒适、耐用、恒温。

（2）、当采用低谷用电、非低谷期停电供暖方式时，将夜间室温控制在22-25℃时停电，同时蓄能地面满足蓄能条件即可。由于该地面内设置一定数量的高效相变储能材料和地面结构层或找平填充层辅助自动恒温潜、显热储能，实现100%谷期用电，非谷期完全中断负荷，释放热能，以资供暖所需能量，并通过计算机网络控制结合行为节能，形成个性化需求的供热和智能控制多功能系统。

2、复合储能输热地面多功能体（也可以制作相变潜热储能变功率散热器），利用计算机软件编制行为节能理想程序，进行网络化集中控制，无需再建热电厂和敷设输送管道，免维护、省时、节约投资，满足现代城乡发展速度，特别是给无集中供热条件的新区开发、农村城镇化建设的快速发展，提供了一条综合配套设施可行性方案。

3、计算机网络控制系统：

（1）、计算机网络控制系统能够对太阳光伏、风电非蓄电、非逆变及谷期用电、地面辐射供暖质量、用电负荷特性、储放热随环境温度及时间变化特性，用电行为实现集中智能控制，通过“供暖网站、采暖服务器、网络控制器、数据交互机、室内外温度控制器、自限温蓄热地面终端”形成该智能控制系统。

（2）、系统原理方框图如图1和图2所示的集中分户控制系统、单户独立控制系统。

（3）、计算机网络控制主要功能：

1）、授权许可申请功能；

2）、报表统计及分析功能；

3）、数据存储、备份功能；

4）、远程监视功能；

5）、入网校验功能；

6）、操作历史记录功能。

（4）、计算机系统软件功能技术要求：

1）、使用配置有CPU处理器和储存系统的设备，使智能判断得以实现，能通过户外温度、地面温度、变压器负载情况、温度异常变化等情况智能判断，使最需要取暖的地方立即可以变暖，使温度精确控制，使电能得利用达到最佳合理化。

2）、能在变压器负荷满载时释放部分压力，实现变压器负载自动调配。

3）、设立取暖优先级制度，实现用户信息储存化、供热信息数据化，能与企业管理建立erp系统化，使供暖系统模块化。

erp系统是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。

（5）、计算机系统温度控制技术要求：

1）、采用控制器采用集中控制弱电系统，分户控制强电系统（强弱电分离体系）的网状对应关系，并且一个户式控制器设计为对应一户的最终末端控制单位。

2）、控制器应配有CPU处理器、储存系统、功能按键和显示屏，可组合实现温控器体系所不具备的智能系统。

3）、控制器能使温控器的功能与该户二级配电箱的作用进行整合，成为了一个设备。

4）、控制器应在安装、维修、调试、升级等方面采用便捷简单原则。

5）、控制器一般安装于户外，使用室内再无任何明装的强电设备和接线安装漏洞。

4、储能温控设备及技术要求：

（1）、蓄热地面采暖系统用的温度控制装置：

普通采暖系统的温度控制，是通过对当前的温度和目标温度（设定温度）进行比较；当前温度较低的情况下进行通电加热，当前温度较高的时候停止通电加热，从而把温度保持在一定的程度，即时地对温度进行控制。而蓄热地面采暖系统的温度控制，虽然基本上也是采用地面温度控制，但控制的过程却完全不同。在蓄热地面采暖系统中，利用谷期电进行通电加热，并将热量存储起来，等到白天需要采暖系统运行的时候，通过已经存储了热量的地面自身的自然放热来进行采暖。因此，在白天没有温度控制的方法，无法进行即时温度控制。

在蓄热地面采暖系统的温度控制中，为了第二天的采暖，前一夜就必须准备好蓄热温度等条件，开始蓄热，并且在第二天早上完成蓄热。为了顺利地进行采暖，至少要提前预测第二天的寒冷程度，从而决定通电条件。目前的蓄热地面采暖系统的温度控制，已经能够预测第二天的寒冷程度，或根据当天的寒冷程度，通过一个比较适当的温度来进行蓄热，从而顺利地进行采暖。

（2）、自限温加热电缆蓄热地面采暖用的温度控制方式。

1）、普通控制：

在采暖系统设计中，首先要计算地面采暖系统所必需的蓄热体（地面混凝土或者潜热蓄热材料）温度，以此作为蓄热目标温度来进行运转。运转方式是在深夜谷期电力供给开始的同时开始通电，当到达蓄热目标温度后，直至谷期电力供给停止的时刻，在这段时间内要通过温度调节来维持温度。

这种温度控制方式只有在蓄热目标温度不变的时候才能维持一定的温度蓄热，随着气候的变化，采暖效果也会发生改变。因此，这种方式适用于不易受到外气温度影响的房间，例如，具有较厚混凝土墙壁的RC构造的建筑，没有外墙面的房间，房间面积较大、外墙面所占比例较小的房间等。目前，随着下面将要阐述的寒冷程度预测控制和必需量蓄热控制的普及，与其相应的谷期电力优惠政策的实施，这两种方式将要逐步取代普通控制，成为蓄热地面采暖系统的主要温度控制方式。

2）、根据外气温度进行的寒冷程度预测控制：

分户智能或计算机集中采暖的必需热量在很大程度上是依赖外气温度的，外气温度有3种类型的变化，作为采暖设备，必须要采取有效的应对措施：1）、早、中、晚的时间变化引起的变化；2）、天气变化导致的日单位的变化；3）、季节变化导致的周、月单位的变化。

时间变化引起的变化，对于为热容量较大的房间以一天为周期进行采暖的蓄热地板采暖系统来说，没有什么特别的问题。不过，从一个星期、一个月的较长间隔来看，从秋季到严冬，再到春季，随着天气逐渐变冷，又渐渐变暖的季节变化。这种采暖的季节变化，蓄热地面采暖系统所采取的对应措施，就是温度控制的方式，对外气温度进行处理，判断当前的寒冷程度，自动修改蓄热目标温度，来实施蓄热通电。这种温度控制方法中，蓄热目标温度是随着寒冷程度的变化而变化的。

在这种调节装置中，控制装置自身可以检测出蓄热体在蓄热时的温度上升速度，计算出要达到蓄热目标温度所必需的通电时间。

为了达到目标温度，通过推迟通电开始的时间来进行通电控制运转。从而达到100%谷期用电，非谷期中断负荷供暖。这种温度控制的过程如图3、图4和图5所示。

以上图中所示的是潜热蓄热地面采暖系统中的情形。即使加长蓄热时间，温度也几乎不会发生变化。在用于显热地面采暖系统的情况下，采暖持续时间是由蓄热温度决定的，因此可以通过调节通电开始时间，改变蓄热温度。

五、实例分析：

本发明以应用于300m²别墅为例解析，其具体数据如下：

供暖热负荷：40W/m²（建筑面积）；

配套光电池板：40×1.5=60W/m²；

300m²供暖12KW/300m²配套光伏电池板18KW，每块285W，计64块板子。

如果采用立柱式光伏跟踪仪支架，每组16块板，计4组即可，每组4.56KW。

由于18KW冬季用于供暖采用潜显热蓄能，阴雨天结合低谷电互补即可，有太阳时，白天供热蓄热，夜用不够低谷电互补；

生活热水采用非蓄电、非逆变光伏变功率蓄能热水器6台，四季供生活热水，每台电热水器500-1000W即可。由于承压式直供热水，低谷电互补热水器容量为40L、60L、80L、100L，总容量200-500L左右。全部照明亮化采用LED节能非逆变配置3-5KVA蓄电池即可。

投资成本核算：

地面供暖变功率发热电缆及施工费用：300m²×150元/m²=4.5万元；

光伏电池板及跟踪仪：18000×5元/W=9元；

照明+蓄电池：5KW×3=1.5万元；

热水器：6×2000元/台=1.2万元；

三项总投资计4.5+9+1.5+1.2=16.2万元，合计总投资16.2万元整。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.分布式、非蓄电、非逆变太阳光伏变功率蓄能电热系统的热水器，所述的电热系统的用电设施包括热水系统、地面辐射供暖系统和采用散热器的供暖系统；所述热水器设在所述的热水系统中；

所述的电热系统设有太阳能发电装置、风力发电装置；所述的电热系统还与市电电网连接；所述的太阳能发电装置、风力发电装置及市电电网，通过按时序或温度编程针对交直流切换或变功率与恒功率分别用电控制的控制器，连接到所述的电热系统中；

其特征在于：

所述的热水器的罐内设置交流恒功率加热器一只，直流变功率蓄能电加热器一只；或者仅设置交直流两用变功率电加热器一只；

所述的热水器采用相变蓄能储水罐，其结构为承压式搪瓷或不锈钢生态水箱，内置相变蓄能模块或水箱内壁设置相变蓄能材料包裹层；其保温层采用硬质聚氨酯发泡保温材料；

所述的热水器采用具有PTC特性的智能型变功率自控温电热带或PTC变功率电热器件；

所述的地面辐射供暖系统是在建筑与生活设施中将自限温电热器件设在建筑结构层中，或将相变储能器材敷设于面层与隔热层之间，形成储能地面；或将相变蓄能材料灌装在所述自限温电热器件之中；

所述的自限温电热器件为具有PTC特性的智能型变功率自控温电热带；或者所述的变功率电热器件为具有PTC特性的智能型变功率自控温电热器件；或所述的变功率电热器件为无机类PTC电热模块；

所述的电热系统采用计算机网络智能控制系统进行控制，所述的计算机网络智能控制系统设有供暖网站、采暖服务器、网络控制器、数据交互机、室内外温度控制器、自限温蓄热地面终端或自限温电热器件；

控制装置自身可以检测出蓄热体在蓄热时的温度上升速度，计算出要达到蓄热目标温度所必需的通电时间；

为了达到目标温度，通过推迟通电开始的时间来进行通电控制运转，从而达到100％谷期用电，非谷期中断负荷供暖。