CN103791615A - 太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能光伏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电流，电流通过导电线输入控制器进行调整、接着通过导电线输入逆变器，在逆变器内直流电转换成交流电，交流电通过导电线输入空气源热泵热水机内部的压缩器，驱动压缩器工作，压缩器的运转驱动冷媒循环、在蒸发器内吸收空气中的低温热能，经过冷凝器释放出高温热能，加热水温。空气的温度在摄氏零度以上，空气源热泵热水机就可以在24小时全天候承压运行，向空气要热能，充分利用太阳能光伏分布式发电产生的电力来驱动空气源热泵热水机向热水用户提供35℃—65℃的热水，比传统电热或燃煤加热降低75%的能源消耗，节能减排。

Description

太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机

技术领域

本发明涉及太阳能光伏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

2013年12月5日，上海遭遇2013年内最严重的一轮霾污染，空气质量指数达到六级严重污染。2014年1月召开的上海市人大和上海市政协会议上，代表们和委员们热议防治雾霾议题。2014年1月19日，上海市市长杨雄在政府工作报告中指出：2014年要‘加大大气环境特别是PM2.5的治理力度，全面实施清洁空气行动计划。’2014年1月8日，由长三角三省一市和国家八部委组成的长三角区域大气污染防治协作机制，已正式启动，并在上海召开第一次工作会议。会议强调，近期要着重抓好几方面的协作和联合行动：一是严控燃煤消耗总量，加快能源结构优化调整。目前，长三角地区人民的生活用热水，主要依靠直接燃烧煤炭给水加温或燃煤发电给水加温来提供热水，在煤炭燃烧的过程中，会向空气中排放大量的污染物。

环境污染与癌症的新增病例和死亡人数有一定的关联。据世界卫生组织全球癌症统计，肝癌、食道癌、胃癌和肺癌这四种恶性肿瘤增加最多。总体来说，2012年全世界有1400万新癌症病例，癌症死亡人数达820万。从全世界范围来看，现在发病率最高的癌症是肺癌，2012年新增肺癌病例180万，死亡人数159万，肺癌病例的增加与空气污染的加重有关。

本项专利的发明人缪同春2012年在上海参观首届空气源热泵热水机展览会，与国内、外数十家空气源热泵热水机生产企业进行了交流，观看了空气源热泵热水机加温产出热水的演示，亲手感受到热水的温暖，亲眼看到温度表上显示的温度数值，体会到空气源热泵热水机十分适合在长三角地区推广，但由于长三角地区的供电网目前提供的电力中有百分之八十来源于燃煤发电、与长三角地区严控燃煤消耗总量的要求仍然存在相当大的差距，完全依赖现有供电网中的电力来向空气源热泵热水机供电，不符合严控燃煤消耗总量的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机，用太阳能光伏发电系统提供的电力来驱动空气源热泵热水机吸收空气中的热能来提供更大量的热水供应生产和生活的需要。

在太阳光照射太阳能电池产生电流的过程中不向空气中排放二氧化碳、二氧化硫和其他气体，因此，光伏电力是清洁能源，光伏发电不会造成环境污染。目前，由于技术和材料的限制，太阳能电池的光电转换效率还不高，一般来说，单晶硅太阳能电池的光电转换效率不超过20%，多晶硅太阳能电池的光电转换效率不超过18%，非晶硅薄膜太阳能电池的光电转换效率不超过10%，其他种类的太阳能电池的光电转换效率也不高。如果用光伏电力驱动传统的电热水器，靠光伏电力加温产出的热水的数量是有限的。

空气源热泵热水机中提高水温的热能来源于空气。空气源热泵热水机在白天、晚上、阴天、雨雪天都能从空气中吸取热能来提高水温。空气源热泵热水机由空气源热泵热水机外壳体、压缩器、蒸发器、膨胀阀、过滤器、储液器、冷凝器、底座组成，从太阳能光伏发电系统输出的电流通过导电线输入压缩器作为动力，在压缩器的驱动下，环保冷媒R134A或R415A或R415B或R417A在系统中不断循环，在蒸发器中冷媒蒸发吸取空气中的低温热能由液态冷媒转变成气态冷媒，气态冷媒经过循环进入冷凝器后释放出高温热能加热水，同时，气态冷媒被冷却并转化成液态冷媒，冷媒在不断的循环中实现了用空气中的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工作的电能，压缩器在工作中带动冷媒的循环，由于空气中的热能是取不完的，加热水得到的能量大于热泵消耗的电能，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约四分之一。

由于长三角大部分地区在一年365天中有350多天的气温在0℃以上，不会出现由于温度过低在吸热器上结霜而堵塞空气通道，在上海市、江苏省、浙江省、安徽省大力推广太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机，不需要在水箱中安装电加热装置。

由于太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机，在产生热水的全部过程中都不需要燃烧煤炭提供热能，完全符合上海会议提出的控制煤炭消耗量的要求，有利于长三角地区减轻雾霾的危害。

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、光伏支柱2、导电线3、控制器4、逆变器5、储能电池6、空气源热泵热水机外壳体7、压缩器8、蒸发器9、膨胀阀10、过滤器11、储液器12、冷凝器13、底座14、保温水箱15、冷水进水管16、热水出水管17、循环水管18共同组成太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机；

由太阳能电池1、光伏支柱2、导电线3、控制器4、逆变器5、储能电池6组成太阳能光伏发电系统，在光伏支柱2的上方安装太阳能电池1，在太阳能电池1与空气源热泵热水机之间安装导电线3、控制器4、逆变器5、储能电池6，由空气源热泵热水机外壳体7、压缩器8、蒸发器9、膨胀阀10、过滤器11、储液器12、冷凝器13、底座14组成空气源热泵热水机，冷凝器13安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱15比较近的一侧，蒸发器9安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱15比较远的另一侧，压缩器8安装在冷凝器13的上部与蒸发器9的上部的中间，膨胀阀10、过滤器11、储液器12依次安装在蒸发器9的下部与冷凝器13的下部的中间，在空气源热泵热水机外壳体7的下方安装有底座14，在距离空气源热泵热水机内冷凝器13比较近的一侧、同时距离空气源热泵热水机外壳体7不远的地方安装保温水箱15，在保温水箱15的一个侧面上、与空气源热泵热水机互相邻近的中间安装上部和下部两根循环水管18，在保温水箱15的另一个侧面的上部安装冷水进水管16、下部安装热水出水管17；

太阳能电池1通过导电线3与控制器4连接，控制器4通过导电线3与逆变器5连接，逆变器5通过导电线3与压缩器8连接，冷水进水管16与保温水箱15的、距离空气源热泵热水机比较远的一个侧面的上壁部连接，热水出水管17与保温水箱15的、距离空气源热泵热水机比较远的一个侧面的下壁部连接，两根循环水管18分别安装在保温水箱15的、距离空气源热泵热水机比较近的一个侧面的壁部上、并与空气源热泵热水机外壳体7侧面上的两个对应的上部和下部连接并互通，在空气源热泵热水机的内部、冷凝器13上部的管道穿过压缩器8与蒸发器9上部的管道连接并相通，冷凝器13下部的管道穿过储液器12、过滤器11、膨胀阀10与蒸发器9的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。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：①节能。用太阳能光伏发电产生的电力驱动空气源热泵热水机中的压缩器的运转，使冷媒在系统中不断循环，冷媒在蒸发器中蒸发吸取空气中的低温热能由液态冷媒转变成气态冷媒，气态冷媒进入冷凝器后释放出高温热能加热水、同时气态冷媒被冷却并转化为液态冷媒，冷媒在不断循环中实现了用空气中的低温热能转变为高温热能、将水加热至35℃—65℃，获取大量热水所消耗的电能只有用普通电热水器加工同等体积、同样温度的热水所消耗的电能的约四分之一。大大提高了太阳能光伏发电系统产生的电能的利用效率。②环保。在太阳能光伏发电的过程中不排放任何污染气体，在空气源热泵热水机产出热水的过程中也不排放任何污染气体，太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机产出热水的全部过程与燃烧煤炭完全无关。③安全。太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机的机组结构水电分离，使用安全。

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电流，电流通过导电线输入控制器进行调整、接着通过导电线输入逆变器，在逆变器内直流电转换成交流电，交流电通过导电线输入空气源热泵热水机内部的压缩器，驱动压缩器工作，压缩器的运转驱动冷媒循环、在蒸发器内吸收空气中的低温热能，经过冷凝器释放出高温热能，加热水温。空气的温度在摄氏零度以上，空气源热泵热水机就可以在24小时全天候承压运行，向空气要热能，充分利用太阳能光伏分布式发电产生的电力来驱动空气源热泵热水机向热水用户提供35℃—65℃的热水，比传统电热或燃煤加热降低75%的能源消耗，节能减排。

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、光伏支柱2、导电线3、控制器4、逆变器5、储能电池6、空气源热泵热水机外壳体7、压缩器8、蒸发器9、膨胀阀10、过滤器11、储液器12、冷凝器13、底座14、保温水箱15、冷水进水管16、热水出水管17、循环水管18共同组成太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机；

由太阳能电池1、光伏支柱2、导电线3、控制器4、逆变器5、储能电池6组成太阳能光伏发电系统，在光伏支柱2的上方安装太阳能电池1，在太阳能电池1与空气源热泵热水机之间安装导电线3、控制器4、逆变器5、储能电池6，由空气源热泵热水机外壳体7、压缩器8、蒸发器9、膨胀阀10、过滤器11、储液器12、冷凝器13、底座14组成空气源热泵热水机，冷凝器13安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱15比较近的一侧，蒸发器9安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱15比较远的另一侧，压缩器8安装在冷凝器13的上部与蒸发器9的上部的中间，膨胀阀10、过滤器11、储液器12依次安装在蒸发器9的下部与冷凝器13的下部的中间，在空气源热泵热水机外壳体7的下方安装有底座14，在距离空气源热泵热水机内冷凝器13比较近的一侧、同时距离空气源热泵热水机外壳体7不远的地方安装保温水箱15，在保温水箱15的一个侧面上、与空气源热泵热水机互相邻近的中间安装上部和下部两根循环水管18，在保温水箱15的另一个侧面的上部安装冷水进水管16、下部安装热水出水管17；

太阳能电池1通过导电线3与控制器4连接，控制器4通过导电线3与逆变器5连接，逆变器5通过导电线3与压缩器8连接，冷水进水管16与保温水箱15的、距离空气源热泵热水机比较远的一个侧面的上壁部连接，热水出水管17与保温水箱15的、距离空气源热泵热水机比较远的一个侧面的下壁部连接，两根循环水管18分别安装在保温水箱15的、距离空气源热泵热水机比较近的一个侧面的壁部上、并与空气源热泵热水机外壳体7侧面上的两个对应的上部和下部连接并互通，在空气源热泵热水机的内部、冷凝器13上部的管道穿过压缩器8与蒸发器9上部的管道连接并相通，冷凝器13下部的管道穿过储液器12、过滤器11、膨胀阀10与蒸发器9的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。

中国长三角地区的太阳能资源比较丰富，安装太阳能光伏发电系统，既适合建造太阳能光伏电站大量发电，也适合家庭搞分布式发电，中国西部和北部大面积地区的太阳能资源比长三角地区的太阳能资源更加丰富。太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机的制造和应用必能大量减少煤炭消耗总量，有利于节能减排、保护环境。

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控制器进行调整，从控制器输出的调整后的直流电通过导电线输入逆变器，在逆变器内直流电转换成交流电，从逆变器输出的交流电通过导电线输入压缩器提供工作用电，在压缩器内电能转换成机械能，压缩器的机械运动驱动冷媒在系统中不断循环，在蒸发器中冷媒蒸发吸取空气中的低温热能由液态冷媒变成气态冷媒，在冷凝器中气态冷媒释放出热能并被冷却转化成液态冷媒，冷媒在不断的循环中实现了用空气中的低温热能转变为高温热能将水温加热至35℃—65℃。冷水通过冷水进水管输入保温水箱，接着通过循环水管输入空气源热泵热水机外壳体内，接收冷凝器散发出的高温热能，加热成为热水，从空气源热泵热水机外壳体内输出的热水通过循环水管输入保温水箱贮存，从保温水箱输出的热水通过热水出水管供应热水用户。

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电流，电流通过导电线输入控制器进行调整、接着通过导电线输入逆变器，在逆变器内直流电转换成交流电，交流电通过导电线输入空气源热泵热水机内部的压缩器，驱动压缩器工作，压缩器的运转驱动冷媒循环、在蒸发器内吸收空气中的低温热能，经过冷凝器释放出高温热能，加热水温。空气的温度在摄氏零度以上，空气源热泵热水机就可以在24小时全天候承压运行，向空气要热能，充分利用太阳能光伏分布式发电产生的电力来驱动空气源热泵热水机向热水用户提供35℃—65℃的热水，比传统电热或燃煤加热降低75%的能源消耗，既节能，又环保。

实施例二：

太阳光照射多晶硅太阳能电池产生电流，电流通过导电线输入控制器进行调整、接着通过导电线输入逆变器，在逆变器内直流电转换成交流电，交流电通过导电线输入空气源热泵热水机内部的压缩器，驱动压缩器工作，压缩器的运转驱动冷媒循环、在蒸发器内吸收空气中的低温热能，经过冷凝器释放出高温热能，加热水温。空气的温度在摄氏零度以上，空气源热泵热水机就可以在24小时全天候承压运行，向空气要热能，充分利用太阳能光伏分布式发电产生的电力来驱动空气源热泵热水机向热水用户提供35℃—65℃的热水，比传统电热或燃煤加热降低75%的能源消耗，既节能，又环保。

Claims (2)

1.太阳能光伏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）、光伏支柱（2）、导电线（3）、控制器（4）、逆变器（5）、储能电池（6）、空气源热泵热水机外壳体（7）、压缩器（8）、蒸发器（9）、膨胀阀（10）、过滤器（11）、储液器（12）、冷凝器（13）、底座（14）、保温水箱（15）、冷水进水管（16）、热水出水管（17）、循环水管（18）共同组成太阳能光伏发电系统供电的空气源热泵热水机；

由太阳能电池（1）、光伏支柱（2）、导电线（3）、控制器（4）、逆变器（5）、储能电池（6）组成太阳能光伏发电系统，在光伏支柱（2）的上方安装太阳能电池（1），在太阳能电池（1）与空气源热泵热水机之间安装导电线（3）、控制器（4）、逆变器（5）、储能电池（6），由空气源热泵热水机外壳体（7）、压缩器（8）、蒸发器（9）、膨胀阀（10）、过滤器（11）、储液器（12）、冷凝器（13）、底座（14）组成空气源热泵热水机，冷凝器（13）安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱（15）比较近的一侧，蒸发器（9）安装在空气源热泵热水机内部的、距离保温水箱（15）比较远的另一侧，压缩器（8）安装在冷凝器（13）的上部与蒸发器（9）的上部的中间，膨胀阀（10）、过滤器（11）、储液器（12）依次安装在蒸发器（9）的下部与冷凝器（13）的下部的中间，在空气源热泵热水机外壳体（7）的下方安装有底座（14），在距离空气源热泵热水机内冷凝器（13）比较近的一侧、同时距离空气源热泵热水机外壳体（7）不远的地方安装保温水箱（15），在保温水箱（15）的一个侧面上、与空气源热泵热水机互相邻近的中间安装上部和下部两根循环水管（18），在保温水箱（15）的另一个侧面的上部安装冷水进水管（16）、下部安装热水出水管（17）；

太阳能电池（1）通过导电线（3）与控制器（4）连接，控制器（4）通过导电线（3）与逆变器（5）连接，逆变器（5）通过导电线（3）与压缩器（8）连接，冷水进水管（16）与保温水箱（15）的、距离空气源热泵热水机比较远的一个侧面的上壁部连接，热水出水管（17）与保温水箱（15）的、距离空气源热泵热水机比较远的一个侧面的下壁部连接，两根循环水管（18）分别安装在保温水箱（15）的、距离空气源热泵热水机比较近的一个侧面的壁部上、并与空气源热泵热水机外壳体（7）侧面上的两个对应的上部和下部连接并互通，在空气源热泵热水机的内部、冷凝器（13）上部的管道穿过压缩器（8）与蒸发器（9）上部的管道连接并相通，冷凝器（13）下部的管道穿过储液器（12）、过滤器（11）、膨胀阀（10）与蒸发器（9）的下部的管道连接并相通。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏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。

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