CN104879953A - 一种光能、风能和地热能综合利用装置 - Google Patents

一种光能、风能和地热能综合利用装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光能、风能和地热能综合利用装置包括蓄电池、控制器、逆变器、电表、风机、光伏板、换热器、地源或水源井、热泵、智能控制系统和终端；风机和光伏板均与控制器连接，控制器与蓄电池可逆连接，控制器与逆变器、电表顺次连接，电表分别与换热器、热泵、智能控制系统连接，风机与光伏板、智能控制系统分别连接，光伏板与换热器、智能控制系统分别连接，换热器与地源或水源井、智能控制系统连接，终端与热泵、智能控制系统分别连接；热泵与智能控制系统连接；终端为用户，用户有Ni个。本发明的装置是一种热泵技术，用于光—电，光—热，风—电，风—电—热的多能源互补、复合转化，综合利用。

Description

一种光能、风能和地热能综合利用装置
技术领域
 本发明属于一种热泵技术，特别是一种光能、风能和地热能综合利用装置。
背景技术
能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显，且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为各国能源战略中的重要组成部分。
传统的燃煤、燃油、燃气等供能模式，存在运营成本高、污染性大、安全性不高、使用寿命有限的技术问题。利用新能源供热包括太阳能板、地热能热泵（包括地源热泵和水源热泵）、光-热泵、风-光热泵等几种形式。单一形式的光能、风能和地热能等新型清洁能源供能存在波动性大、稳定性差、利用率不高、供能终端利用率不高等弊端。
太阳能应用包括光伏发电和光伏发热，光伏发电包括光伏电站和分布式发电；光伏发热包括太阳能热水器、真空管式集热器、板式集热器等。这种供热模式优点在于属于清洁能源且储量接近于无限，缺点在于由太阳经角变化和地理条件变化产生光照时间和强度变化很大，造成其稳定性差、其波动性大、应用条件要求较高，转化效率受环境影响较大。
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊地热热泵是一种利用浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。
地源热泵是在采暖季通过热泵提取土壤中的热量作为低位热源，通过热泵提升为高位热源再通过换热器供室内取暖；夏季提取地下水中的热量作为低位热源，通过热泵系统与室内空气进行换热供室内制冷，同时补充采暖季从地下取走的热量，保证地下能量平衡。其优点在于最大限度的利用清洁地下能源，对环境没有任何污染，较传统供热而言节能30%以上，全自动运行，运行维护费用低；其缺点是施工条件要求高，一次性投入大。
水源热泵是利用了地球表面浅层水源（一般在1000 米以内），如地下水、地表的河流、湖泊和海洋，中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。水源是地球表面浅层水源的简称。水源的温度一般都十分稳定。水源热泵技术的工作原理就是：通过输入少量高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。
光-热泵技术是综合光-热、地热能热泵技术，采用真空管式/板式集热器产生的热能作为系统热源之一，与地热能的低位热源互补供热，实现节能降耗。其优点是双能源互补，降低单一的地热能热泵装机功率和打井数量，实现节能降耗；其主要缺点表现为光-热转化波动性大，需要并网取电驱动热泵，综合利用率较高。
风-光热泵技术是基于风-电和光-热技术发展而来的一项新技术，该技术主要是应用光-热技术进行集热，储存到蓄热水箱，再通过循环系统换热对室内进行供热。风-电技术应用是在无光照条件下风能转化成电能，电能再转化成热能进行集热，是对光-热转化的一种补充。其优点是风-电技术的引进在一定程度上解决了在无光照条件下光-热无转化的劣势；其缺点是单一制热，在连续无光照条件下效果差需要电网取电补充且耗电量较高，波动性较大，稳定性一般。
迄今为止，只有光能和风能的二源合一的利用装置。尚且未有一种光能、风能和地热能综合利用装置。
发明内容
 为了解决已有技术存在的问题，本发明提供一种光能、风能和地热能综合利用装置。本发明的地热能包括地能和地表浅层水源的低温位热能，地表浅层水源简称水源。本发明提供一种光能、风能和地热能综合利用装置有效解决高寒环境温差大、全年日照不均、热损耗高、转换效率低、施工难度大等技术难点，且具有复合性和多功能性，是新能源发展的重要方向之一。
本发明提供一种光能、风能和地热能综合利用装置包括蓄电池、控制器、逆变器、电表、风机、光伏板、换热器、地源或水源井、热泵、智能控制系统和终端；风机和光伏板均与控制器连接，控制器与蓄电池可逆连接，控制器与逆变器、电表顺次连接，电表分别与换热器、热泵、智能控制系统连接，风机与光伏板、智能控制系统分别连接，光伏板与换热器、智能控制系统分别连接，换热器与地源或水源井、智能控制系统连接，终端与热泵、智能控制系统分别连接；热泵与智能控制系统连接；终端为用户，用户有Ni个， i为等于或大于1的正整数；
所述的控制器是将风机、光伏板产生的直流电整合至蓄电池进行储存，用电时将蓄电池中的电能调出至逆变器的设备；所述的热泵系统充注R290作为循环工质，循环管路内工质的循环均通过循环泵作为动力源；
所述的光伏板由顺次连接的自洁玻璃、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃、光伏电池片、第一铅导热片、流体导管、第二铅导热片、纳米碳纤维发热层、保温层和底板构成；所述的流体导管是碳纳米管或盘旋状的铜管；
太阳光入射到光伏板后，经自洁玻璃透过第一高硼硅超透单向滤膜玻璃、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃到电池片进行光-电转化发电；此时，第一高硼硅超透单向滤膜玻璃、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃分别会有一定量的光反射到洁玻璃、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃，由于自洁玻璃、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃均为单向玻璃，所以反射光再次透过第二高硼硅超透单向滤膜玻璃到电池片进行光-电转化发电，产生的直流电经控制器整合至蓄电池进行蓄电，用电时蓄电池的储存电能通过控制器传递给逆变器转化为交流电，再由电表行计量后供应系统中相关器件使用；
所有入射光除去光-电转化的特定波段的光，其他波段的光均透过电池片进入第一铅导热片进行光-热转化成热；第一铅导热片行光-热转化成的热传递给流体导管；
纳米碳纤维发热层与风机直连，利用风机的低压直流电进行电-热转化成热后，经铅导热片吸收后将热传递给流体导管；
流体导管将传递来的所有的热送到换热器，然后作为低位热源供给热泵；同时，流体导管带走热量，还能对光伏板中的电池片进行冷却，以保证电池片的最佳发电效率的温度；该电池片的最佳发电效率的温度优选为28℃。
本发明的光伏板之所以为两层高硼硅超透单向滤膜玻璃，即高硼硅超透单向滤膜玻璃、高硼硅超透单向滤膜玻璃，是经过科学实验的结果。
经过对本发明的光伏板的不同结构做对比试验：光伏板的结构为单层高硼硅超透单向滤膜玻璃、或为两层高硼硅超透单向滤膜玻璃，或为三层高硼硅超透单向滤膜玻璃，其余的结构相同，同时将它们置于同一地点的室外，经过相同时间测量，光伏板为两层高硼硅超透单向滤膜玻璃，光-热吸收转化热能效果最好。其机理尚待进一步研究。
此外, 本发明的光伏板的结构较普通光伏板的结构差异在于：普通光伏板的顶层只有一层玻璃，为自洁玻璃或增透玻璃；一层EVA-乙烯-醋酸乙烯聚合物，增加耐水性、腐蚀性；一层电池片；一层TPT的背板保护材料；一层底板。
因为本发明是一种光能、风能和地热能综合利用装置。本发明的光伏板由于在光-电转化发电的同时还要进行光-热转化和吸收，即在保证光伏板最优发电温度下取得最大发电量，同时发电产生的余热和光-热转化直接吸收的不进行光-电转化的频率的光能转化为热能，把它们富集起来作为系统低位热源使用。所以本发明的光伏板既要光-电转化发电的效率要高，又要求光-热转化热量产生效率要高。
风机通过风-电转化产生的直流电，经控制器整合至至蓄电池进行蓄电，用电时蓄电池储存电能通过控制器传递给逆变器转化为交流电再由电表行计量后供应系统中相关器件使用；另一方面，如前所述，风机还与光伏板中的纳米碳纤维发热层连接，利用风机的风-电转化产生的直流电驱动光伏板中的纳米碳纤维发热层发热，经铅导热片吸收后将热传递给流体导管，然后进入换热器作为系统的低位热源，供系统使用。
所述的热泵包括蒸发器、换向阀、压缩机、节流装置和冷凝器；蒸发器与换向阀、冷凝器、节流装置顺次连接，节流装置与蒸发器连接，压缩机与换向阀连接；换热器与压缩机连接；
从地源或水源井提取热量，通过循环管路进入换热器，与光伏板中电池片进行光-电转化发电时产生的余热、光伏板直接进行光-热转化吸收所产生的热量、利用风机的风-电转化产生的直流电驱动光伏板中的纳米碳纤维发热层产生的热量一起进入换热器作为热泵的低位热源；
在夏季空调降温时，换向阀转向制冷工作位置，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀（又称四通阀）进入冷凝器被冷凝成液体，经节流装置进入蒸发器，并在蒸发器中吸热将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀（又称四通阀）后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。
终端制冷时，换热产生的热量经循环管路进入换热器与所产生的热量一起，作为供应生活热水和补充采暖季时从地源或水源井提取的热量。一方面保证地源或水源井的能量收支平衡，另一方面保证生活热水供应的同时保证了光伏板中的电池片的最优发电效率温度。
在冬季取暖时，将换向阀转向供暖工作位置，于是，由压缩机排出的高压高温蒸汽，经换向阀后流入室内蒸发器（作冷凝器用），高压高温冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液体，从反向流过节流装置进入冷凝器（作蒸发器用），吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入，完成制热循环。这样，将外界的热量“泵”入温度较高的室内，故称为“热泵”。
所述的换热器具有三种技术功能：1）在取暖季，将接受光伏板产生的热量和地源或水源井的热量，整合后作为系统热泵的蒸发器的低位热源，热泵向终端的室内供暖和供生活热水；2）在过渡季，通过系统预设，调控系统从地源或水源井获取热量或不取热量，把从地源或水源井获取热量与直接用太阳能板产生的热作为低位热源，或者直接用太阳能板产生的热作为热泵的低位热源；热泵向终端的室内供能；3）在制冷季，通过换热器实现利用光伏板产生热量供生活热水外，还与地源或水源井进行热交换，达到地热源收支平衡，即地热源夏季储热。
进一步，还可以采用如下技术：光伏板边框中装有光强分析控制器，光强分析控制器的光敏感探头（传感器）通过数据线与智能控制系统的计算机相连，用于转变光伏板的朝向，使之与太阳直射光垂直，可提高发电效率，但工程造价较高。
由于地区及气候的差异，太阳光往往很不稳定，通过光强分析器的对投射光的监测，调解光伏板的电池片温度恒定，实现初级热源的风、光、热互补。
光伏板边框中装有针对光伏电池片的第一温度分析控制器，监测光伏电池片的温度，该温度信息经导线传给智能控制系统，通过监测电池片的实时温度，控制换热器是否对光伏板进行换热，保证光伏板的电池片的最优发电效率温度。
终端设有第二温度分析控制器，所监测的终端的所有子单元实际温度信息传给到智能控制系统，根据与预设信息进行对比分析，根据分析结果控制终端的供能阀门的开启或关闭；同时，根据终端所有子单元阀门开启和关闭的数量占阀门总数量的百分比控制热泵变频运行，以保证热泵的节能效率。
智能控制系统是一台计算机，其中存储和运行所述的热泵系统的软件；软件流程图如图3所示。具体的说明见实施例1.
测试和计算:利用热力学第二定律来评价系统的太阳能光电、光热、风热、地源热的综合转换效率。见实施例1。
有益效果: 本发明提供的一种光能、风能和地热能综合利用装置，其是将光能、风能和地热能有机结合在一起构成“三源合一”的热泵系统。(1)将接收到的太阳能转换成电能输出；（2）同时将光伏组件发电时产生的热能与太阳能转化成热能被流经发生器的循环工质所吸收；（3）循环工质再与地源或水源井中低位热源一起，经换热器换热或直接作为低位热源为热泵系统所用,使得光伏板能够维持相对稳定的工作温度,从而保持光伏板的最优发电温度，提高了光伏板的光电转换效率；（4）循环工质吸热后, 与地源或水源井中低位热源经换热器换热或直接作为低位热源为热泵系统所用,进入压缩机,经升温、升压后以高温高压气体的状态进入冷凝器；（5）在冷凝器中与水或空气进行充分换热后转变成过冷液体并输出热能；（6）然后经电子膨胀阀节流降压后变成两相状态,进入发生器,完成一次热泵循环。
本发明提供的一种光能、风能和地热能综合利用装置，实现了光能—电能，光能—热能，风能—电能，风能—电能—热能的复合转化，结合地（水）源热泵技术，形成多能源互补、复合转化利用，形成一个封闭相对温场，提供稳定的热源输出，提供给热泵系统工作，使热泵能效值处于6～8 之间，cop≥7。
本发明提供的一种光能、风能和地热能综合利用装置，采用平板模块结构,既可以和建筑屋或墙体一体化,也可以单独放置。延长热泵系统的使用寿命，具有安装快捷方便维护的特点。
本发明采用计算机控制，依据供能终端实时数据，调节系统运行模式，从而实现多能源供能互补控制。
附图说明
  图1是本发明的一种光能、风能和地热能的热泵系统结构示意框图。
图2是本发明的光伏板的结构示意图。
图3 是本发明的光伏板的能量传递示意图。
图4是本发明的热泵的结构示意图。
图5是本发明的系统智能监控系统的软件流程图。
具体实施方式
  实施例1    如图1所示，本发明提供一种光能、风能和地热能综合利用装置包括蓄电池1、控制器2、逆变器3、电表4、风机5、光伏板6、换热器7、地源或水源井8、热泵9、智能控制系统10和终端11；风机5和光伏板6均与控制器2连接，控制器2与蓄电池1可逆连接，控制器2与逆变器3、电表4顺次连接，电表4分别与换热器7、热泵9、智能控制系统10连接，风机5与光伏板6、智能控制系统10分别连接，光伏板6与换热器7、智能控制系统10分别连接，换热器7与地源或水源井8、热泵9、智能控制系统10连接，终端11与热泵9、智能控制系统10分别连接；热泵9与智能控制系统10连接；终端11为用户，用户有Ni个， i为等于或大于1的正整数；
所述的控制器2是将风机5、光伏板6产生的直流电整合至蓄电池1进行储存，用电时将蓄电池1中的电能调出至逆变器3的设备；所述的热泵系统充注R290作为循环工质，循环管路内工质的循环均通过循环泵作为动力源；
如图2所示，所述的光伏板6由顺次连接的自洁玻璃 601、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃602、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃602、光伏电池片604、第一铅导热片605、流体导管606、第二铅导热片607、纳米碳纤维发热层608、保温层609和底板6010构成；所述的流体导管606是碳纳米管或盘旋状的铜管；
如图3所示，太阳光入射到光伏板6后，经自洁玻璃601透过第一高硼硅超透单向滤膜玻璃602 、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃602到电池片604进行光-电转化发电；此时，第一高硼硅超透单向滤膜玻璃602 、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃602分别会有一定量的光反射到洁玻璃601、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃602，由于洁玻璃601、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃602、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃602均为单向玻璃，所以反射光再次透过第二高硼硅超透单向滤膜玻璃602到电池片604进行光-电转化发电，产生的直流电经控制器2整合至蓄电池1进行蓄电，用电时蓄电池1的储存电能通过控制器2传递给逆变器3转化为交流电，再由电表4行计量后供应系统中相关器件使用；
所有入射光除去光-电转化的特定波段的光，其他波段的光均透过电池片604进入第一铅导热片605进行光-热转化成热；第一铅导热片605行光-热转化成的热传递给流体导管606；
纳米碳纤维发热层608与风机5直连，利用风机5的低压直流电进行电-热转化成热后，经第二铅导热片607吸收后将热传递给流体导管606；
流体导管606将传递来的所有的热送到换热器7，然后作为低位热源供给热泵9；同时，流体导管606带走热量，还能对光伏板6中的电池片604进行冷却，以保证电池片604的最佳发电效率的温度；该电池片604的最佳发电效率的温度优选为28℃。
本发明的光伏板6之所以为两层高硼硅超透单向滤膜玻璃，即高硼硅超透单向滤膜玻璃602、高硼硅超透单向滤膜玻璃603，是经过科学实验的结果。
经过对本发明的光伏板6的不同结构做对比试验：光伏板6的结构为单层高硼硅超透单向滤膜玻璃、或为两层高硼硅超透单向滤膜玻璃，或为三层高硼硅超透单向滤膜玻璃，其余的结构相同，同时将它们置于同一地点的室外，经过相同时间测量，光伏板6为两层高硼硅超透单向滤膜玻璃，光-热吸收转化热能效果最好。其机理尚待进一步研究。
此外, 本发明的光伏板6的结构较普通光伏板的结构差异在于：普通光伏板的顶层只有一层玻璃，为自洁玻璃或增透玻璃；一层EVA-乙烯-醋酸乙烯聚合物，增加耐水性、腐蚀性；一层电池片；一层TPT的背板保护材料；一层底板。
因为本发明是一种光能、风能和地热能综合利用装置。本发明的光伏板6由于在光-电转化发电的同时还要进行光-热转化和吸收，即在保证光伏板6最优发电温度下取得最大发电量，同时发电产生的余热和光-热转化直接吸收的不进行光-电转化的频率的光能转化为热能，把它们富集起来作为系统低位热源使用。所以本发明的光伏板6既要光-电转化发电的效率要高，又要求光-热转化热量产生效率要高。
风机5通过风-电转化产生的直流电，经控制器2整合至至蓄电池1进行蓄电，用电时蓄电池储存电能通过控制器2传递给逆变器3转化为交流电再由电表4行计量后供应系统中相关器件使用；另一方面，如前所述，风机5还与光伏板6中的纳米碳纤维发热层608连接，利用风机5的风-电转化产生的直流电驱动光伏板6中的纳米碳纤维发热层608发热，经铅导热片607吸收后将热传递给流体导管606，然后进入换热器7作为系统的低位热源，供系统使用。
如图4所示，所述的热泵9包括蒸发器901、换向阀902、压缩机903、节流装置904和冷凝器905；蒸发器901与换向阀902、冷凝器905、节流装置904顺次连接，节流装置904与蒸发器901连接，压缩机903与换向阀902连接；换热器7与压缩机903连接；
从地源或水源井8提取热量，通过循环管路进入换热器7，与光伏板6中电池片604进行光-电转化发电时产生的余热、光伏板6直接进行光-热转化吸收所产生的热量、利用风机5的风-电转化产生的直流电驱动光伏板6中的纳米碳纤维发热层608产生的热量一起进入换热器7作为热泵9的低位热源；
在夏季空调降温时，换向阀902转向制冷工作位置，由压缩机903排出的高压蒸汽，经换向阀（又称四通阀）902进入冷凝器905被冷凝成液体，经节流装置904进入蒸发器901，并在蒸发器901中吸热将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀（又称四通阀）902后被压缩机903吸入，这样周而复始，实现制冷循环。
终端11制冷时，换热产生的热量经循环管路进入换热器7与所产生的热量一起，作为供应生活热水和补充采暖季时从地源或水源井8提取的热量。一方面保证地源或水源井8的能量收支平衡，另一方面保证生活热水供应的同时保证了光伏板6中的电池片604的最优发电效率温度。
在冬季取暖时，将换向阀902转向供暖工作位置，于是，由压缩机903排出的高压高温蒸汽，经换向阀902后流入室内蒸发器（作冷凝器用）901，高压高温冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液体，从反向流过节流装置904进入冷凝器905（作蒸发器用），吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀902后被压缩机903吸入，完成制热循环。这样，将外界的热量“泵”入温度较高的室内，故称为“热泵”。
所述的换热器7具有三种技术功能：1）在取暖季，将接受光伏板6产生的热量和地源或水源井8的热量，整合后作为系统热泵9的蒸发器901的低位热源，热泵9向终端11的室内供暖和供生活热水；2）在过渡季，通过系统预设，调控系统从地源或水源井8获取热量或不取热量，把从地源或水源井8获取热量与直接用太阳能板6产生的热作为低位热源，或者直接用太阳能板6产生的热作为热泵9的低位热源；热泵9向终端11的室内供能；3）在制冷季，通过换热器7实现利用光伏板6产生热量供生活热水外，还与地源或水源井8进行热交换，达到地热源收支平衡，即地热源夏季储热。
进一步，还可以采用如下技术：光伏板6边框中装有光强分析控制器，光强分析控制器的光敏感探头（传感器）通过数据线与智能控制系统10的计算机相连，用于转变向光伏板6的朝向，使之与太阳直射光垂直，可提高发电效率，但工程造价较高。
由于地区及气候的差异，太阳光往往很不稳定，通过光强分析器的对投射光的监测，调解光伏板6的电池片604温度恒定，实现初级热源的风、光、热互补。
光伏板6边框中装有针对光伏电池片604的第一温度分析控制器，监测光伏电池片604的温度，该温度信息经导线传给智能控制系统10，通过监测电池片的实时温度，控制换热器7是否对光伏板6进行换热，保证光伏板6的电池片604的最优发电效率温度。
终端11设有第二温度分析控制器，所监测的终端11的所有子单元实际温度信息传给到智能控制系统10，根据与预设信息进行对比分析，根据分析结果控制终端11的供能阀门的开启或关闭；同时，根据终端11所有子单元的阀门开启和关闭的数量占阀门总数量的百分比，控制热泵9变频运行，以保证热泵9的节能效率。
智能控制系统10是一台计算机，其中存储和运行所述的热泵系统的软件；软件流程图如图3所示。
步骤100，开始；
步骤105，系统初始化，所有预设信息复位；
步骤200，光伏板6内的温度是否高于28℃？如高于28℃，进行步骤205；否则，进行步骤220，循环泵关闭；
步骤205，计算机接收步骤200传递过来的信息进行处理，控制循环泵运行；
步骤210，循环泵启动，循环开始，进行热交换；
步骤215，流体导管606的管壁温度是否达到28℃？是，进行步骤220，则循环泵关闭；否则，循环继续进行；
步骤22，流体导管606的管壁温度达到28℃，结束；
步骤300，Ni房间是否达到供能要求？否，进行步骤305，计算机接收信息；是，进行步骤315，结束；
步骤305，计算机接收信息；
步骤310，计算机控制Ni房间供能阀门打开；
步骤315， Ni房间达到供能要求，计算机控制Ni房间关闭供能阀门；
步骤320，终端房间供能是否全部合格？否，进行步骤325，计算机接收信息；是，进行步骤335；
步骤330，计算机接收信息后控制热泵9变频启动，根据终端（11）所有子单元的阀门开启和关闭的数量占阀门总数量的百分比，控制热泵（9）变频运行；根据供能终端房间的供能合格的百分比来调节热泵9的变频量：供能终端房间的供能合格的百分比达到10%，对应调节热泵9的功率为90%运行；供能终端房间的供能合格的百分比达到20%，对应调节热泵9的功率为60%运行；以此列推，供能终端房间的供能合格的百分比达到90%，对应调节热泵9的功率为10%运行；如果供能终端房间的供能合格的百分比达到100%，热泵9处于休眠状态；
测试和计算:利用热力学第二定律来评价系统的太阳能光电、光热、风热、地源热的综合转换效率。从热力学第二定律出发,太阳能：太阳辐射由于即包含直射又包含散射,显然与太阳辐射的理论可用能有差别。作为简化,通常仍按卡诺效率计算太阳辐射转换效率,取太阳表面温度为5777K。
热力学第二定律表示为:
太阳能光电转换效率为:
    
太阳能光电/光热综合效率为:
 
系统的热泵性能系数COP表示如下:
          
热泵循环压缩比的定义如下:
       
发明提供的一种光能、风能和地热能综合利用装置，实现了热泵能效值处于6～8 之间，cop≥7。

Claims (5)

1.一种光能、风能和地热能综合利用装置，其特征在于包括蓄电池（1）、控制器（2）、逆变器（3）、电表（4）、风机（5）、光伏板（6）、换热器（7）、地源或水源井（8）、热泵（9）、智能控制系统（10）和终端（11）；风机（5）和光伏板（6）均与控制器（2）连接，控制器（2）与蓄电池（1）可逆连接，控制器（2）与逆变器（3）、电表（4）顺次连接，电表（4）分别与换热器（7）、热泵（9）、智能控制系统（10）连接，风机（5）与光伏板（6）、智能控制系统（10）分别连接，光伏板（6）与换热器（7）、智能控制系统（10）分别连接，换热器（7）与地源或水源井（8）、热泵（9）、智能控制系统（10）连接，终端（11）与热泵（9）、智能控制系统(10)分别连接；热泵(9)与智能控制系统(10)连接；
终端(11)有Ni个子单元， i为等于或大于1的正整数；
所述的控制器(2)将风机(5)、光伏板(6)产生的直流电整合至蓄电池(1)进行储存，用电时将蓄电池（1）中的电能调出至逆变器（3）；所述的热泵系统充注R290作为循环工质，所有循环管路内工质的循环均通过循环泵作为动力源；
所述的光伏板（6）由顺次连接的自洁玻璃（601）、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃(602)、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃(602)、光伏电池片(604)、第一铅导热片(605)、流体导管(606)、第二铅导热片(607)、纳米碳纤维发热层(608)、保温层(609)和底板(6010)构成；所述的流体导管(606)是碳纳米管或盘旋状的铜管；
太阳光入射到光伏板（6）后，经自洁玻璃（601）透过第一高硼硅超透单向滤膜玻璃（602）、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃（602）到电池片（604）进行光-电转化发电；此时，第一高硼硅超透单向滤膜玻璃（602）、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃（602）分别会有一定量的光反射到洁玻璃（601）、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃(602)，反射光再次透过第二高硼硅超透单向滤膜玻璃(602)到电池片(604)进行光-电转化发电，产生的所有的直流电经控制器(2)整合至蓄电池(1)进行蓄电，用电时蓄电池(1)的储存电能通过控制器(2)传递给逆变器(3)转化为交流电，再由电表(4)行计量后供应系统中相关器件使用；
所有入射光除去光-电转化的特定波段的光，其他波段的光均透过电池片(604)进入第一铅导热片(605)进行光-热转化成热；第一铅导热片(605)行光-热转化成的热传递给流体导管(606)；
纳米碳纤维发热层(608)与风机(5)直连，利用风机(5)的低压直流电进行电-热转化成热后，经第二铅导热片(607)吸收后将热传递给流体导管(606)；
流体导管(606)将传递来的所有的热送到换热器(7)，然后作为低位热源供给热泵(9)；同时，流体导管(606)带走热量，还能对光伏板(6)中的电池片（604）进行冷却；
风机（5）通过风-电转化产生的直流电，经控制器（2）整合至至蓄电池（1）进行蓄电，用电时蓄电池储存电能通过控制器（2）传递给逆变器（3）转化为交流电再由电表（4）行计量后供应系统中相关器件使用；
所述的热泵（9）包括蒸发器（901）、换向阀（902）、压缩机（903）、节流装置（904）和冷凝器（905）；蒸发器（901）与换向阀（902）、冷凝器（905）、节流装置（904）顺次连接，节流装置（904）与蒸发器（901）连接，压缩机（903）与换向阀（902）连接；换热器(7)与压缩机（903）连接；
从地源或水源井（8）提取热量，通过循环管路进入换热器（7），与光伏板（6）中电池片（604）进行光-电转化发电时产生的余热、光伏板（6）直接进行光-热转化吸收所产生的热量、利用风机（5）的风-电转化产生的直流电驱动光伏板（6）中的纳米碳纤维发热层（608）产生的热量一起进入换热器（7）作为热泵（9）的低位热源。
2.如权利要求1所述的一种光能、风能和地热能综合利用装置，其特征在于，所述的光伏板（6）边框中装有光强分析控制器，光强分析控制器的光敏感探头通过数据线与智能控制系统（10）的计算机相连，用于转变光伏板(6)的朝向与太阳直射光垂直。
3.如权利要求1所述的一种光能、风能和地热能综合利用装置，其特征在于，所述的光伏板（6）边框中装有针对光伏电池片（604）的第一温度分析控制器，监测光伏电池片（604）的温度，该温度信息经导线传给智能控制系统（10），控制换热器（7）对光伏板（6）进行换热。
4.如权利要求1所述的一种光能、风能和地热能综合利用装置，其特征在于，所述的终端（11）设有第二温度分析控制器，监测的终端（11）的所有子单元实际温度信息传给到智能控制系统（10），控制终端（11）的供能阀门的开启或关闭；根据终端（11）所有子单元的阀门开启和关闭的数量占阀门总数量的百分比，控制热泵9变频运行。
5.如权利要求1所述的一种光能、风能和地热能综合利用装置，其特征在于，所述的电池片（604）的发电的温度为28℃。
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