CN104048373A - 基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统 - Google Patents

Abstract

一套基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统,包括并网光伏发电系统、多功能中央空调一体机、电池板冷却装置和中心控制器。本发明以太阳能光伏发电系统和电压缩式多功能中央空调机组为基础，利用太阳能光伏发电带动中央空调机组，在同一机组同时实现普通型空调机、热泵型空调机、空气源热泵热水机和冷热水能量转化功能。所述的电池板冷却装置通过液冷方式降低电池片温度，有效提高了发电效率。本发明不仅克服了传统空调和空气能热泵热水机功能单一且能耗偏高的问题，还可以解决一般太阳能够空调能源利用率不高的问题，充分利用太阳能和空气能，具有制冷、制热、生活热水和蓄电功能，达到太阳能冷热电的多联产，具有高效、节能、环保的优点。

Description

基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统

所属技术领域

本发明涉及太阳能空调热水系统，特别涉及一种综合应用太阳能、空气能，实现制冷、制热、卫生热水、太阳能发电四联产的高效节能环保系统。

背景技术

目前我国的太阳能空调系统一种方式是通过溴化锂吸收式制冷机实现将太阳能的热能转换为空调用热水的方式，当太阳能集热温度在90℃以下时，其热量-冷量转换效率一般仅为0.5-0.8；另外一种方式是利用太阳能光伏发电，用产生的电带动电动压缩式空调，电压缩式空调电-冷转换效率系数为4-6，太阳能光伏发电集热器接收的热能转换为电能的转换效率为10%时则制冷效率也只有0.4-0.6。这两种方式热能利用率都低，这也就导致需要的太阳能集热面积大，系统投资高。国内的太阳能空调技术也还处于研究阶段。各类太阳能空调系统都存在初期投资过大，系统过于复杂，集热系统效率比较差，集热面积过大的问题。我们知道阳光越猛烈时候，本应该是发电效率最高的时候，但由于电池片表面温度过高，发电效率反而低。

发明内容

针对目前现有太阳能空调系统效率低、系统过于复杂、集热面积大等技术不足，本发明提出一套基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统，它可以最大化地提高电池板的发电效率，最大限度降低空调热水机组的能耗，以最优的方法达到综合利用太阳能和空气能。

本发明的技术方案包括并网光伏发电系统、多功能中央空调一体机、电池板冷却装置和中心控制器四大部分。光伏发电系统连接到中心控制器，再通过中心控制器连接到多功能中央空调一体机和电池板冷却装置，多功能中央空调一体机和电池板冷却装置交叉关系，即电池板冷却装置的盘管是连接到空调热泵一体机的冷却塔内。

所述的并网光伏发电系统包括背冷式光伏组件、并网逆变器、充放电控制器、蓄电池和市电互补接口，背冷式光伏组件形成方阵，分三路，第一路接并网逆变器，第二路接充放电控制器，控制器再连接到蓄电池；第三路接到电池板冷却装置中的直流水泵；市电互补接口连接到并网逆变器中，再从并网逆变器分配到多功能中央空调一体机。

所述的多功能中央空调一体机包括压缩机、四通阀、电子膨胀阀、四个热交换器、四台循环水泵、风机盘管、冷却塔和两套保温水箱，其特征在于冷凝端有两个热交换器，两个热交换器为串联关系，一个接冷却塔，另外一个接保温水箱；蒸发端也有两个热交换器，两个热交换器为串联关系，一个接风机盘管，另外一个接保温水箱。压缩机排气口与四通阀连接，四通阀与冷凝端两个串联的热交换器连接，然后连接电子膨胀阀，电子膨胀阀与蒸发端的两个串联的热交换器连接，再接到四通阀，最后四通阀与压缩机进气口连接，形成密闭系统。

所述的电池板冷却装置包括背冷式光伏组件、直流水泵和冷却塔，背冷式光伏组件形成方阵后，与直流水泵和冷却塔形成回路，其中一块背冷式光伏组件直接连接直流水泵。

所述的冷却塔内盘管分为两路盘管，一路连接热交换器，另外一路连接背冷式光伏组件。

所述的背冷式光伏组件包括透明玻璃盖板、电池片、透明EVA材料、绝缘PET材料、整板铝板和栅形铜管板芯，明玻璃盖板、电池片、透明EVA材料、绝缘PET材料和整板铝板通过层压方式紧贴成一整体，栅形铜管板芯紧贴在整板铝板的背面。

本发明以太阳能光伏发电系统和电压缩式多功能中央空调机组为基础，在同一台机组中同时实现普通型空调机、热泵型空调机、空气源热泵热水机和冷热水能量转化功能，为一种全新概念的太阳能空调，它综合利用了空气能和太阳能，是一种集太阳能光伏技术、光热技术、热泵技术于一体的产品，实现了太阳能光伏发电系统与电压缩式中央空调机组的最佳匹配，一方面最大极限地提高太阳能光伏发电效率，另一方面充分发挥了电压缩式空调机组制冷效率高的特点，再一方面充分利用资源，最大化地提高了能源利用率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为背冷式光伏组件结构示意图；

图3为背冷式光伏组件层压结构截面示意图。

其中： 1表示压缩机，2表示压缩机排气口，3表示四通阀，4表示热交换器，5表示热交换器，6表示电子膨胀阀，7表示热交换器，8表示热交换器，9表示压缩机进气口，10表示水泵，11表示水泵，12表示水泵，13表示水泵，14表示保温水箱，15表示双管道冷却塔，16表示空调风机盘管，17表示保温水箱，18表示直流水泵，19表示自来水进水口，20表示背冷式光伏组件，21表示并网逆变器，22表示市电互补接口，23表示充放电控制器，24表示蓄电池，25表示卫生热水出口，26表示卫生热水出口，27表示电磁阀，28表示电磁阀，29表示透明玻璃盖板、30表示电池片、31表示透明EVA材料、32表示绝缘PET材料、33表示整板铝板、34表示栅形铜管板芯。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明示意图。本发明主要包括光伏发电系统、多功能中央空调机组、电池板背冷式装置和中心控制器。所述的多功能中央空调机组包括压缩机1、四通阀3、电子膨胀阀6、热交换器4、热交换器5、热交换器7、热交换器8、水泵10、水泵11、水泵12、水泵13、空调风机盘管16、冷却塔15、保温水箱14、保温水箱17、电磁阀27和电磁阀28。压缩机排气口2连接四通阀3，四通阀3连接热交换器4，热交换器4与热交换器5串联，然后再连接电子膨胀阀6，电子膨胀阀6与热交换器7连接，热交换器7与热交换器8串联，然后再连接到四通阀3入口，经过四通阀3最后连接到压缩机进气口9，形成封闭系统。热交换器4通过水泵10与保温水箱14进行连接，形成回路；热交换器5通过水泵11与双盘管冷却塔15连接，形成回路；热交换器7通过水泵12与空调风机盘管连接，中间再连接一个电磁阀27,形成回路；热交换器8通过水泵13与保温水箱17连接，形成回路；空调风机盘管16通过电磁阀28与保温水箱连接，接口在水泵12之前。该多功能中央空调一体机灌注R410a环保冷媒；

图2为本发明背冷式光伏组件结构示意图。

所述的背冷式光伏组件包括透明玻璃盖板29、电池片30、透明EVA材料31、绝缘PET材料32、整板铝板33和栅形铜管板芯34，明玻璃盖板39、电池片30、透明EVA材料31、绝缘PET材料32和整板铝板33通过层压方式紧贴成一整体，栅形铜管板芯34通过激光焊接方式紧贴在整板铝板33的背面。

   所述的电池板冷却装置是在背冷式光伏组件背20背后焊接有栅形铜管管道34，连接后通过整套系统的水路循环，有效降低了电池片30的工作温度，大大提高了电池片30的发电效率。

以下是本发明的工作模式：

1.夏季制冷：

（1）水泵10和水泵12运行，水泵11和水泵13不工作，该模式为热泵空调模式。冷凝端：热交器4通过水泵10与保温水箱14进行热交换；蒸发端：热交换器7通过水泵12与空调风机盘管16进行热交换。运行情况为：空调风机盘管16制冷，同时保温水箱14吸收空调废热，水温不断上升，直至55℃-60℃为止；

（2）水泵11和水泵12运行，水泵10和水泵13不工作，该模式为普通空调模式。冷凝端：热交器5通过水泵11与双管道冷却塔15进行热交换；蒸发端：热交换器7通过水泵12与空调风机盘管16进行热交换。运行情况为：空调风机盘管16制冷，空调废热在双管道冷却塔15被散走；

（3）水泵10和水泵13运行，水泵11和水泵12不工作，该模式为冷水热水转化模式。冷凝端：热交器4通过水泵10与保温水箱14进行热交换；蒸发端：热交换器8通过水泵13与保温水箱17进行热交换。运行情况为：保温水箱14水温不断升高，直至55℃-60℃为止；而保温水箱17水温不断降低，直至5℃-10℃为止。该模式下，保温水箱14正在蓄热，保温水箱17正在蓄冷；

（4）水泵11和水泵13运行，水泵10和水泵12不工作，该模式为单一蓄冷模式。冷凝端：热交器5通过水泵11与双管道冷却塔15进行热交换；蒸发端：热交换器8通过水泵13与保温水箱17进行热交换。运行情况为：保温水箱17水温不断降低，直至5℃-10℃为止，废热通过冷却塔散走。该模式下保温水箱17正在蓄冷；

（5）水泵10、水泵12和水泵13运行，水泵11不工作，该模式为空调-蓄热-蓄冷模式。冷凝端：热交器4通过水泵10与保温水箱14进行热交换；蒸发端：热交换器7通过水泵12与空调风机盘管16进行热交换，同时热交换器8通过水泵13与保温水箱17进行热交换。运行情况为：空调末端风机盘管16吹冷风且保温水箱17水温不断降低，直至5℃-10℃为止，保温水箱14水温不断上升，直至55℃-60℃为止。该模式下空调风机盘管16制冷，保温水箱17正在蓄冷，保温水箱14正在蓄热；

（6）水泵11、水泵12和水泵13运行，水泵10不工作，该模式为空调-蓄冷模式。冷凝端：热交器5通过水泵11与双管道冷却塔15进行热交换；蒸发端：热交换器7通过水泵12与空调风机盘管16进行热交换，同时热交换器8通过水泵13与保温水箱17进行热交换。运行情况为：末端风机盘管16吹冷风效果，且保温水箱17水温不断降低，直至5℃-10℃为止。该模式下空调末端正常运行，吹冷风，保温水箱17正在蓄冷，保温水箱14正在蓄热。

2.冬季制热：

与夏季制冷过程相比，由于四通阀切换，空调风机盘管16及保温水箱17成为冷凝端，而双管道冷却塔15和保温水箱14成为蒸发端，

（1）水泵11和水泵12,运行，水泵10和水泵13不工作，该模式为常规空调制热模式。冷凝端：空调末端风机盘管16通过水泵12与热交换器7进行热交换；蒸发端：双管道冷却塔15通过水泵11与热交换器11进行热交换。运行情况：空调风机盘管16吹向室内热风，双管道冷却塔15向外界吸收热量；

（2）水泵11和水泵13运行，水泵10和水泵12不工作，该模式为常规空气源热泵模式。冷凝端：保温水箱17通过水泵13与热交换器8进行热交换；蒸发端：双管道冷却塔15通过水泵11与热交换器11进行热交换。运行情况：保温水箱17水温不断上升，直至55℃-60℃为止，双管道冷却塔15向外界吸收热量；

水泵11、水泵12和水泵13运行，水泵10不工作，该模式为空调制热兼蓄热模式。冷凝端：空调风机盘管16通过水泵12与热交换器7进行热交换，同时保温水箱17通过水泵13与热交换器8进行热交换；蒸发端：双管道冷却塔15通过水泵11与热交换器5进行热交换。运行情况：空调末端风机盘管16吹向室内热风，同时保温水箱17水温不断上升，直至55℃-60℃为止，双管道冷却塔15向外界吸收热量。

Claims (6)

1.基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统,包括并网光伏发电系统、多功能中央空调一体机、电池板冷却装置和中心控制器四大部分，其特征在于光伏发电系统连接到中心控制器，再通过中心控制器连接到多功能中央空调一体机和电池板冷却装置，多功能中央空调一体机和电池板冷却装置交叉关系，即电池板冷却装置的盘管是连接到空调热泵一体机的冷却塔内。

2.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统，其特征在于所述的并网光伏发电系统包括背冷式光伏组件、并网逆变器、充放电控制器、蓄电池和市电互补接口，背冷式光伏组件形成方阵，分三路，第一路接并网逆变器，第二路接充放电控制，控制器再连接到蓄电池；第三路接到权利要求1中所述的电池板冷却装置中的直流水泵；市电互补接口连接到并网逆变器中，在从并网逆变器分配到多功能中央空调一体机。

3.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统，其特征在于所述的多功能中央空调一体机包括压缩机、四通阀、电子膨胀阀、四个热交换器、四台循环水泵、空调风机盘管、冷却塔和两套保温水箱，其特征在于冷凝端有两个热交换器，两个热交换器为串联关系，一个接冷却塔，另外一个接保温水箱；蒸发端也有两个热交换器，两个热交换器为串联关系，一个接空调风机盘管，另外一个接保温水箱，压缩机排气口与四通阀连接，四通阀与冷凝端两个串联的热交换器连接，然后连接电子膨胀阀，电子膨胀阀与蒸发端的两个串联的热交换器连接，再接到四通阀，最后四通阀与压缩机进气口连接，形成密闭系统。

4.根据权利要求1所述的基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统，其特征在于所述的电池板冷却装置包括背冷式光伏组件、直流水泵和冷却塔，背冷式光伏组件形成方阵后，与直流水泵和冷却塔形成回路，其中一块背冷式光伏组件直接连接直流水泵。

5.根据权利要求3所述的基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统，其特征在于所述的冷却塔内盘管分为两路盘管，一路连接热交换器，另外一路连接背冷式光伏组件。

6.根据权利要求2所述的基于光伏发电系统的太阳能空调冷热电联产系统，其特征在于所述的背冷式光伏组件包括透明玻璃盖板、电池片、透明EVA材料、绝缘PET材料、整板铝板和栅形铜管板芯，明玻璃盖板、电池片、透明EVA材料、绝缘PET材料和整板铝板通过层压方式紧贴成一整体，栅形铜管板芯紧贴在整板铝板的背面。