CN103776165A - 风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机，属于清洁能源应用技术领域。太阳光照射太阳能电池产生的电流通过导电线、光伏控制器、光伏逆变器输入汇流器，风力吹动叶片旋转、带动风力发电机产生的电流通过导电线、风电控制器输入汇流器，从汇流器输出的电流通过导电线输入压缩器作为驱动电力，压缩器的运转驱动冷媒在系统中不停地循环，冷媒在蒸发器中蒸发吸取空气中的热能由液态冷媒变成气态冷媒，气态冷媒进入冷凝器后释放出高温热能加热水并冷却成液态冷媒，光伏电流和风力电流在汇流器中汇集作为驱动电力，驱动空气源热泵热水机产生出大量的热水供应用户。本发明生产热水时不燃烧煤炭，有利于保护环境和节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机，属于清洁能源应用技术领域。
背景技术
2014年1月17日春运开启首日，北京遭遇今年首场严重雾霾天气，ＰＭ2.5浓度超过500微克／立方米。2014年１月份的31天中北京市出现了两次明显的空气重污染过程，雾霾日多达26天。持续的雾霾影响了空气质量和人体健康，人群中的急性病死率、呼吸系统疾病和心血管病病死率明显增加。2014年２月20日北京第一次启动空气污染‘橙色预警’应急措施，建议中小学、幼儿园停止户外活动。
现有的空气源热泵热水机完全依赖供电网中的电源通过导电线供应电力，目前中国东部的供电网中的电力主要来自燃烧煤炭发电，多消耗电力意味着多燃烧煤炭，不利于控制燃烧煤炭总量，长期燃烧煤炭过多，是造成雾霾天气持续出现的主要原因。为了减少空气污染，要做到既不依赖直接燃烧煤炭来烧热水，又不依赖燃烧煤炭发电、接着再使用煤电通过电热途径来产生大量的热水。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机。
在中国华南、华东、华北、华中、东北、内蒙、新疆的部分地区既有比较丰富的风能资源，也有比较丰富的太阳能资源，近年来，这些地区的风力发电和太阳能光伏发电互补供电的技术进步很快，发电规模有大有小，可以提供充足的电力来满足多种型号的空气源热泵热水机的用电需求。
太阳光照射太阳能电池产生直流电，直流电通过导电线输入光伏控制器内进行调整，从光伏控制器输出的直流电通过导电线输入光伏逆变器，在光伏逆变器内直流电转换成交流电，从光伏控制器输出的直流电通过导电线也可以输入储能电池甲储存电能，从光伏逆变器输出的交流电通过导电线输入汇流器，风力吹动叶片快速转动、带动风力发电机产生电流，这里的风力发电机是交流发电机，从风力发电机输出的交流电通过导电线输入风电控制器进行调整，从风电控制器输出的交流电通过导电线输入汇流器，光伏发电产生的电流和风力发电产生的电流在汇流器中汇合后、接着通过导电线输入压缩器，驱动压缩器的运转，压缩器的运转使冷媒在系统中循环，环保冷媒R134A或Ｒ415A或Ｒ415Ｂ或Ｒ417Ａ在系统中不断循环，冷媒在蒸发器中，无论白天、晚上、阴天、雨雪天都能从空气中吸取低温热能来提高冷媒的温度，从液态冷媒变化成气态冷媒，气态冷媒经过循环进入冷凝器后释放出高温热能加热冷水，气态冷媒在冷凝器中被冷却并成为液态冷媒，冷媒在不断的循环中、用空气中低温热能转变为高温热能，将水温加热至35℃－65℃。空气源热泵热水机只消耗驱动压缩器运转的电能，冷媒在冷凝器中不断释放取自空气的热能，加热水得到的能量大于热泵消耗的能量，能源的利用效率显著提高，加热同等体积、同样温度的水的用电量只有普通电热水器的四分之一。光伏电流和风力电流都是清洁能源。风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机的节能减排的效果相当好。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
由太阳能电池1、导电线2、光伏支柱3、光伏控制器4、光伏逆变器5、储能电池甲6、叶片7、风力发电机8、风力发电机支柱9、风电控制器10、储能电池乙11、汇流器12、空气源热泵热水机外壳体13、蒸发器14、压缩器15、储液器16、过滤器17、膨胀阀18、冷凝器19、底座20、循环水管甲21、循环水管乙22、保温水箱23、冷水进水管24、热水出水管25共同组成风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机；
由太阳能电池1、导电线2、光伏支柱3、光伏控制器4、光伏逆变器5、储能电池甲6、叶片7、风力发电机8、风力发电机支柱9、风电控制器10、储能电池乙11、汇流器12组成风光互补发电系统，在汇流器12的左上方安装光伏支柱3，在光伏支柱3的上方安装太阳能电池1，在太阳能电池1与汇流器12之间安装导电线2、光伏控制器4、光伏逆变器5、储能电池甲6，在汇流器12的右上方安装风力发电机支柱9，在风力发电机支柱9的上方安装风力发电机8、叶片7，在风力发电机8与汇流器12之间安装导电线2、风电控制器10、储能电池乙11，在汇流器12的下方安装由空气源热泵热水机外壳体13、蒸发器14、压缩器15、储液器16、过滤器17、膨胀阀18、冷凝器19、底座20组成的空气源热泵热水机，冷凝器19安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱23比较近的一侧，蒸发器14安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱23比较远的另一侧，压缩器15安装在冷凝器19的上部与蒸发器14的上部的中间，储液器16、过滤器17、膨胀阀18依次安装在蒸发器14的下部与冷凝器19的下部的中间，在空气源热泵热水机的下方安装有底座20，在距离冷凝器19比较近的一侧、同时距离空气源热泵热水机外壳体13不远的地方安装保温水箱23，在保温水箱23的一个侧面上、与互相邻近的空气源热泵热水机的中间的上部安装循环水管甲21、下部安装循环水管乙22，在保温水箱23的另一个侧面的上部安装冷水进水管24、下部安装热水出水管25；
太阳能电池1通过导电线2与光伏控制器4连接，光伏控制器4通过导电线2与储能电池甲6连接，光伏控制器4通过导电线2与光伏逆变器5连接，光伏逆变器5通过导电线2与汇流器12连接，风力发电机8通过导电线2与风电控制器10连接，风电控制器10通过导电线2与储能电池乙11连接，风电控制器10通过导电线2与汇流器12连接，汇流器12通过导电线2与压缩器15连接，冷水进水管24与保温水箱23的、背向空气源热泵热水机的侧面的上壁部连接，热水出水管25与保温水箱23的、背向空气源热泵热水机的侧面的下壁部连接，循环水管甲21与保温水箱23上距离空气源热泵热水机比较近的一个侧面的上壁部、并与空气源热泵热水机外壳体13侧面上的对应的上部连接并互通，循环水管乙22与保温水箱23上距离空气源热泵热水机比较近的一个侧面的下壁部、并与空气源热泵热水机外壳体13侧面上的对应的下部连接并互通，在空气源热泵热水机外壳体13内，冷凝器19上部的管道穿过压缩器15与蒸发器14上部的管道连接并相通，冷凝器19下部的管道穿过储液器16、过滤器17、膨胀阀18与蒸发器14下部的管道连接并相通。
太阳能电池1是单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池或非晶硅薄膜太阳能电池或化合物太阳能电池。
风力发电机8是垂直轴式风力发电机或水平轴式风力发电机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：①既充分利用了风能资源发电，同时充分利用了太阳能资源发电，使自然界中的两种主要的清洁能源同时得到了充分的利用。②用清洁能源电力取代燃烧煤炭产生的电力来驱动空气源热泵热水机，能减少燃煤发电产生的电力的用电量，减少了煤炭的燃烧量，减少了燃烧煤炭的过程中向空气中排放污染物的数量，有利于减少雾霾的危害，保护了生态环境。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
太阳光照射太阳能电池产生的电流通过导电线、光伏控制器、光伏逆变器输入汇流器，风力吹动叶片旋转、带动风力发电机产生的电流通过导电线、风电控制器输入汇流器，从汇流器输出的电流通过导电线输入压缩器作为驱动电力，压缩器的运转驱动冷媒在系统中不停地循环，冷媒在蒸发器中蒸发吸取空气中的热能由液态冷媒变成气态冷媒，气态冷媒进入冷凝器后释放出高温热能加热水并冷却成液态冷媒，光伏电流和风力电流在汇流器中汇集作为驱动电力，驱动空气源热泵热水机产生出大量的热水供应用户。本发明生产热水时不燃烧煤炭，有利于保护环境和节约能源。
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
由太阳能电池1、导电线2、光伏支柱3、光伏控制器4、光伏逆变器5、储能电池甲6、叶片7、风力发电机8、风力发电机支柱9、风电控制器10、储能电池乙11、汇流器12、空气源热泵热水机外壳体13、蒸发器14、压缩器15、储液器16、过滤器17、膨胀阀18、冷凝器19、底座20、循环水管甲21、循环水管乙22、保温水箱23、冷水进水管24、热水出水管25共同组成风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机；
由太阳能电池1、导电线2、光伏支柱3、光伏控制器4、光伏逆变器5、储能电池甲6、叶片7、风力发电机8、风力发电机支柱9、风电控制器10、储能电池乙11、汇流器12组成风光互补发电系统，在汇流器12的左上方安装光伏支柱3，在光伏支柱3的上方安装太阳能电池1，在太阳能电池1与汇流器12之间安装导电线2、光伏控制器4、光伏逆变器5、储能电池甲6，在汇流器12的右上方安装风力发电机支柱9，在风力发电机支柱9的上方安装风力发电机8、叶片7，在风力发电机8与汇流器12之间安装导电线2、风电控制器10、储能电池乙11，在汇流器12的下方安装由空气源热泵热水机外壳体13、蒸发器14、压缩器15、储液器16、过滤器17、膨胀阀18、冷凝器19、底座20组成的空气源热泵热水机，冷凝器19安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱23比较近的一侧，蒸发器14安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱23比较远的另一侧，压缩器15安装在冷凝器19的上部与蒸发器14的上部的中间，储液器16、过滤器17、膨胀阀18依次安装在蒸发器14的下部与冷凝器19的下部的中间，在空气源热泵热水机的下方安装有底座20，在距离冷凝器19比较近的一侧、同时距离空气源热泵热水机外壳体13不远的地方安装保温水箱23，在保温水箱23的一个侧面上、与互相邻近的空气源热泵热水机的中间的上部安装循环水管甲21、下部安装循环水管乙22，在保温水箱23的另一个侧面的上部安装冷水进水管24、下部安装热水出水管25；
太阳能电池1通过导电线2与光伏控制器4连接，光伏控制器4通过导电线2与储能电池甲6连接，光伏控制器4通过导电线2与光伏逆变器5连接，光伏逆变器5通过导电线2与汇流器12连接，风力发电机8通过导电线2与风电控制器10连接，风电控制器10通过导电线2与储能电池乙11连接，风电控制器10通过导电线2与汇流器12连接，汇流器12通过导电线2与压缩器15连接，冷水进水管24与保温水箱23的、背向空气源热泵热水机的侧面的上壁部连接，热水出水管25与保温水箱23的、背向空气源热泵热水机的侧面的下壁部连接，循环水管甲21与保温水箱23上距离空气源热泵热水机比较近的一个侧面的上壁部、并与空气源热泵热水机外壳体13侧面上的对应的上部连接并互通，循环水管乙22与保温水箱23上距离空气源热泵热水机比较近的一个侧面的下壁部、并与空气源热泵热水机外壳体13侧面上的对应的下部连接并互通，在空气源热泵热水机外壳体13内，冷凝器19上部的管道穿过压缩器15与蒸发器14上部的管道连接并相通，冷凝器19下部的管道穿过储液器16、过滤器17、膨胀阀18与蒸发器14下部的管道连接并相通。
太阳能电池1是单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池或非晶硅薄膜太阳能电池或化合物太阳能电池。
风力发电机8是垂直轴式风力发电机或水平轴式风力发电机。
2014年２月21日中国环境保护部卫星遥感检测表明，中国中东部地区出现灰霾，灰霾影响面积约为143万平方公里，重霾面积约为81万平方公里，主要集中在北京、河北、山西、山东、河南、辽宁等省、市，主要污染物为PM2.5。北方农村居民在冬季生活中需要使用大量的热水，用煤炭炉烧热水会向空气中排放大量的污染物，北方城市居民在冬季生活中同样需要使用大量的热水，用电热水器烧热水需要消耗大量的电力。目前北方城市的供电网中输送的电力中有百分之八十以上来自燃烧煤炭发电，太阳能发电、风力发电、沼气发电产生的电力在供电网中占有的比例小。2014年2月4日是农历‘立春’季节，2月19日是农历‘雨水’季节，天气已渐渐趋暖，气温在0℃以上时就适合使用空气源热泵热水机中的冷媒来吸取空气中的低温热能通过循环转变为高温热能，释放高温热能用来加热冷水，加上春风吹动，光照增强，风力发电和太阳能发电的效率提高、两种新能源产生的电流互为补充，风力电流和太阳能电流汇合后通过导电线向压缩器供电使其运转，从而驱动空气源热泵热水机工作、生产大量热水供应城乡居民，这对减少燃烧煤炭、减少雾霾危害、保护人民健康具有重要的意义。
太阳光照射太阳能电池产生的电流通过导电线输入光伏控制器，从光伏控制器输出的电流通过导电线输入储能电池甲进行储存，从光伏控制器输出的电流也可以通过导电线、光伏逆变器输入汇流器，风力吹动叶片快速旋转、带动风力发电机产生的电流通过导电线输入风电控制器，从风电控制器输出的电流通过导电线输入储能电池乙进行储存，从风电控制器输出的电流通过导电线输入汇流器，光伏电流和风力电流在汇流器中汇合后通过导电线输入压缩器，在压缩器内电能转换成机械能作为动力，压缩器的机械运转驱动冷媒在系统中不停地循环，冷媒在蒸发器内的管道中蒸发时吸取空气中的热能由液态冷媒变成气态冷媒，气态冷媒循环到冷凝器内的管道中释放出高温热能加热从保温水箱通过循环水管甲和循环水管乙的管内循环流动而来的水流，在空气源热泵热水机外壳体内被提高温度的加热水流进入循环水管甲、保温水箱和循环水管乙内部的水循环系统，热水流进保温水箱向热水用户供应热水。
现举出实施例如下：
实施例一：
太阳光照射单晶硅太阳能电池产生的电流通过导电线、光伏控制器、光伏逆变器输入汇流器，风力吹动叶片旋转、带动垂直轴式风力发电机产生的电流通过导电线、风电控制器输入汇流器，光伏电流和风力电流在汇流器中汇合后，从汇流器输出的电流通过导电线输入压缩器作为驱动电力，压缩器的运转驱动冷媒在系统中不停地循环，冷媒在蒸发器中蒸发吸取空气中的低温热能由液态冷媒变成气态冷媒，气态冷媒进入冷凝器后释放出高温热能加热水并冷却成液态冷媒，光伏电流和风力电流在汇流器中汇集作为驱动电力，驱动空气源热泵热水机产生出大量的热水供应用户。本发明生产热水时不燃烧煤炭，有利于保护环境和节约能源。
实施例二：
太阳光照射多晶硅太阳能电池产生的电流通过导电线、光伏控制器、光伏逆变器输入汇流器，风力吹动叶片旋转、带动水平轴式风力发电机产生的电流通过导电线、风电控制器输入汇流器，光伏电流和风力电流在汇流器中汇合后，从汇流器输出的电流通过导电线输入压缩器作为驱动电力，压缩器的运转驱动冷媒在系统中不停地循环，冷媒在蒸发器中蒸发吸取空气中的低温热能由液态冷媒变成气态冷媒，气态冷媒进入冷凝器后释放出高温热能加热水并冷却成液态冷媒，光伏电流和风力电流在汇流器中汇集作为驱动电力，驱动空气源热泵热水机产生出大量的热水供应用户。本发明生产热水时不燃烧煤炭，有利于保护环境和节约能源。
Claims (3)
1.风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机, 其特征是，由太阳能电池（1）、导电线（2）、光伏支柱（3）、光伏控制器（4）、光伏逆变器（5）、储能电池甲（6）、叶片（7）、风力发电机（8）、风力发电机支柱（9）、风电控制器（10）、储能电池乙（11）、汇流器（12）、空气源热泵热水机外壳体（13）、蒸发器（14）、压缩器（15）、储液器（16）、过滤器（17）、膨胀阀（18）、冷凝器（19）、底座（20）、循环水管甲（21）、循环水管乙（22）、保温水箱（23）、冷水进水管（24）、热水出水管（25）共同组成风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机；
由太阳能电池（1）、导电线（2）、光伏支柱（3）、光伏控制器（4）、光伏逆变器（5）、储能电池甲（6）、叶片（7）、风力发电机（8）、风力发电机支柱（9）、风电控制器（10）、储能电池乙（11）、汇流器（12）组成风光互补发电系统，在汇流器（12）的左上方安装光伏支柱（3），在光伏支柱（3）的上方安装太阳能电池（1），在太阳能电池（1）与汇流器（12）之间安装导电线（2）、光伏控制器（4）、光伏逆变器（5）、储能电池甲（6），在汇流器（12）的右上方安装风力发电机支柱（9），在风力发电机支柱（9）的上方安装风力发电机（8）、叶片（7），在风力发电机（8）与汇流器（12）之间安装导电线（2）、风电控制器（10）、储能电池乙（11），在汇流器（12）的下方安装由空气源热泵热水机外壳体（13）、蒸发器（14）、压缩器（15）、储液器（16）、过滤器（17）、膨胀阀（18）、冷凝器（19）、底座（20）组成的空气源热泵热水机，冷凝器（19）安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱（23）比较近的一侧，蒸发器（14）安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱（23）比较远的另一侧，压缩器（15）安装在冷凝器（19）的上部与蒸发器（14）的上部的中间，储液器（16）、过滤器（17）、膨胀阀（18）依次安装在蒸发器（14）的下部与冷凝器（19）的下部的中间，在空气源热泵热水机的下方安装有底座（20），在距离冷凝器（19）比较近的一侧、同时距离空气源热泵热水机外壳体（13）不远的地方安装保温水箱（23），在保温水箱（23）的一个侧面上、与互相邻近的空气源热泵热水机的中间的上部安装循环水管甲（21）、下部安装循环水管乙（22），在保温水箱（23）的另一个侧面的上部安装冷水进水管（24）、下部安装热水出水管（25）；
太阳能电池（1）通过导电线（2）与光伏控制器（4）连接，光伏控制器（4）通过导电线（2）与储能电池甲（6）连接，光伏控制器（4）通过导电线（2）与光伏逆变器（5）连接，光伏逆变器（5）通过导电线（2）与汇流器（12）连接，风力发电机（8）通过导电线（2）与风电控制器（10）连接，风电控制器（10）通过导电线（2）与储能电池乙（11）连接，风电控制器（10）通过导电线（2）与汇流器（12）连接，汇流器（12）通过导电线（2）与压缩器（15）连接，冷水进水管（24）与保温水箱（23）的、背向空气源热泵热水机的侧面的上壁部连接，热水出水管（25）与保温水箱（23）的、背向空气源热泵热水机的侧面的下壁部连接，循环水管甲（21）与保温水箱（23）上距离空气源热泵热水机比较近的一个侧面的上壁部、并与空气源热泵热水机外壳体（13）侧面上的对应的上部连接并互通，循环水管乙（22）与保温水箱（23）上距离空气源热泵热水机比较近的一个侧面的下壁部、并与空气源热泵热水机外壳体（13）侧面上的对应的下部连接并互通，在空气源热泵热水机外壳体（13）内，冷凝器（19）上部的管道穿过压缩器（15）与蒸发器（14）上部的管道连接并相通，冷凝器（19）下部的管道穿过储液器（16）、过滤器（17）、膨胀阀（18）与蒸发器（14）下部的管道连接并相通。
2.根据权利要求1所述的风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机，其特征是，所述的太阳能电池（1）是单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池或非晶硅薄膜太阳能电池或化合物太阳能电池。
3.根据权利要求1所述的风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机，其特征是，所述的风力发电机（8）是垂直轴式风力发电机或水平轴式风力发电机。
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