CN105071767A - 太阳能光伏发电系统的热泵冷却/供热系统 - Google Patents

太阳能光伏发电系统的热泵冷却/供热系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏发电系统的热泵冷却/供热系统,包括太阳能光伏板,设置于太阳能光伏板下方的工质蒸发器,工质蒸发器依次与三通换向阀、工质压缩机、工质冷凝器、电子膨胀阀形成循环回路,工质蒸发器上设有工质温度计,工质冷凝器中设有热水温度计,工质温度计、热水温度计和电子膨胀阀分别与主控机连接。本发明在确保太阳能光电系统最佳工作温度的同时,可继续回收冷却热量用于供热,使原有系统的太阳能利用率获得极大的提高,达到全年最佳太阳能光伏发电运行的模式,使太阳能全年的利用率达到最大化;同时可利用热泵提升能质,将较低温度的冷却热量提升到较高能质,达到生活和供热温度的需求,使低质热能在全年度期间也得到了回收利用。

Description

太阳能光伏发电系统的热泵冷却/供热系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种冷却/供热系统,具体涉及一种太阳能光伏发电系统的热栗冷却 /供热系统。
背景技术
[0002] 目前我国各类太阳能光伏发电的设备生产及运行技术已经技术成熟,并且使用广 泛。作为发电系统是极其方便清洁的太阳能使用方式。但是此种太阳能利用系统方式的缺 陷是:系统的发电效率随着光伏板的工作温度变化,发电的效率也发生变化,每当工作温 度升高l°c,发电效率就会下降0. 4%。一般讲在当太阳能光照强度为lkW/m2时,0. 8m2的 太阳能光伏板在20-25°C工作温度时的发电量约计160W,剩余的太阳能转化为热量存储在 光伏板中,致使太阳能光伏板在夏季时的工作温度可达到70°C以上,冬季的工作温度可达 到50°C以上。基于以上运行状况可以看出,太阳能光伏板的实际发电效率会产生极大的下 降,夏季时工作较正常温度升高了约50°C,其发电效率将下降50*0.4%= 20% ;即使在冬 季时工作较正常温度升高了约30°C,其发电效率将下降30*0.4%= 12%。可见太阳能光伏 发电系统的热量聚集造成工作温度的上升,是影响其发电量的主要矛盾。
[0003] 目前解决此项难题的主要技术是采用水冷式循环系统,将产生的热量通过冷却水 排放到环境中。此种方式可以改善太阳能光伏板的工作温度,提高产电量;同时可以产生热 水供热用户使用,使太阳能的单一发电利用方式改变为供热/发电综合利用方式。但是此 种方式的缺陷有两点:其一是必须有热用户的存在,否则提取出的冷却热将不得不直接排 放到大气中,尤其是在非采暖季节无热量需求时,造成太阳能的季节性浪费;其二是由于季 节的影响,冷却水的温度不可能大幅度降低,如夏季的冷却水降温后的极限值还可能达到 50°C以上,使太阳能光伏板的发电效率还有很大的损失。
发明内容
[0004] 为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种太阳能光伏发电系统的热栗冷 却/供热系统,克服现有技术中太阳能光伏板的工作温度受季节影响发电效率低、太阳能 光伏板冷却热资源浪费、的问题。
[0005] -种太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统分别承担系统光伏发电和冷却 供热的运行功能,本系统始终对太阳能光伏板实施冷却,确保太阳能光伏板的工作温度不 受季节的影响,稳定控制在最佳工作温度下实施光电转化,以便确保太阳能光伏发电系统 的发电效率得以最大化运行;同时热栗吸收的低质热量将稳定可控提质到高质热量,实施 温度稳定的供热。具体的运行技术方案如下:
[0006] -种太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统,包括太阳能光伏板,设置于太 阳能光伏板下方的工质蒸发器,工质蒸发器依次与三通换向阀、工质压缩机、工质冷凝器、 电子膨胀阀形成循环回路,工质蒸发器上设有工质温度计,工质冷凝器中设有热水温度计, 工质温度计、热水温度计和电子膨胀阀分别与主控机连接。
[0007] 所述工质冷凝器设有供水口和回水口,与用户采暖设备相连。
[0008] 所述工质为低沸点介质。
[0009] 本发明的有益效果为:本发明提出的太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系 统,是一种全年季节可以使用冷却热的方法,冷却媒介循环热载体为一种低沸点介质。由此 可实现循环介质的相变蒸发,可强烈吸收太阳能光伏板聚集的热量,并不受季节的影响, 实现太阳能长时效多季节的最佳使用效果,使太阳能光伏板的工作温度低于环境温度,极 大地改善其发电特性;同时吸取的热量可通过热栗方式,一年四季可产生稳定温度的热 水,实现清洁供热的效果。本项技术可使原有不可控冷却型变更可控冷却型供热/供电型 双功能型系统,使全时段全季节使用中的效果均达到最佳的工作温度,充分利用太阳能资 源,同时实现节省矿物能源和保护环境的功效。
[0010] 本项发明在确保太阳能光电系统最佳工作温度的同时,可继续回收冷却热量用于 供热,使原有系统的太阳能利用率获得极大的提高,达到全年最佳太阳能光伏发电运行的 模式,设备的年利用率亦将获得极大提高,由此会极大地增加年产能率,使太阳能全年的利 用率达到最大化;同时可利用热栗提升能质,将较低温度的冷却热量提升到较高能质,达到 生活和供热温度的需求,使低质热能在全年度期间也得到了回收利用。
附图说明
[0011] 图1本发明太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统工艺流程图;
[0012] 其中,1、太阳能光伏板2、工质蒸发器3、三通换向阀4、工质压缩机5、工质冷凝 器6、电子膨胀阀7、回水口 8、供水口 9、主控机10、工质温度计11、热水温度计。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0014] 如图所示,本发明的太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统,包括太阳能光 伏板1,设置于太阳能光伏板1下方的工质蒸发器2,工质蒸发器2依次与三通换向阀3、工 质压缩机4、工质冷凝器5、电子膨胀阀6形成循环回路,工质蒸发器2上设有工质温度计 10,工质冷凝器5中设有热水温度计11,工质温度计10、热水温度计11和电子膨胀阀6分 别与主控机9连接。工质冷凝器5设有供水口 8和回水口 7,与用户采暖设备相连。
[0015] 当太阳能光伏板1发电工作时,将三通换向阀3放置在连通工质蒸发器2和压缩 机4的位置上。低温液态工质在工质蒸发器2中沸腾蒸发,强烈吸收太阳能光伏板1中的 热量,其工作温度达到最佳要求;系统主控机9根据的工质温度计10的上限达标指示信号 启动压缩机4,将工质蒸发器2中气化的低温工质压缩为高温高压气态工质通过工质冷凝 器5的管程,将高温气化潜热及部分显热间接加热冷凝器5壳程中的水体,使达到供热的温 度要求,并通过回水口 7和供热口 8,保持向用户供应生活和采暖热水。冷凝后的高压液体 将通过电子膨胀阀6实施节流降压,并以低温液态的形式回到工质蒸发器2中,由此完成其 整个循环。系统主控机9将根据热水温度计11的上限达标指示,控制供回水的流量,确保 供热温度的稳定达标;系统主控机9将根据工质温度计10的上限达标指示,调节电子膨胀 阀6的工质流量,确保太阳能光伏板1中的工作温度达到最佳要求。
[0016] 实施例
[0017] 设某太阳能光伏发电系统在天津地区实施运行,计算条件按标准光伏板0.8m2, 标准发电量160wh/h对应的工作温度为20°C,工作温度每升高1°C,光伏发电效率将下降 0.4% ;每个光伏板的集热量占太阳能总辐射量的70%。无冷却条件下光伏发电系统发电 量计算表见表1,如果本发明的系统中选用循环工质为R134a,夏季、冬季和春秋季的工作 温度压力等物性参数表见表2 ;其在冷却条件下光伏发电系统发电量计算表见表3 ;冷却热 发电/供热量计算见表4。
[0018] 表1:无冷却条件下光伏发电系统发电量计算表
[0019]
Figure CN105071767AD00051
[0023] 表3 :热栗冷却供热条件下发电量计算表
[0024]
Figure CN105071767AD00061
[0027] 计算例题显示,按年值统计,每0.8m2单位光伏发电板在增加热栗冷却条件下,可 使太阳能光伏发电量达到最佳状态。
[0028] 按年值统计,每0. 8m2单位光伏发电板在增加热栗冷却条件下,可输出1443. 6kWh/ 年的热量。
[0029] 尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上 述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的,本领域的普通 技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可 以做出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1. 一种太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统,其特征在于,包括太阳能光伏板, 设置于太阳能光伏板下方的工质蒸发器,工质蒸发器依次与三通换向阀、工质压缩机、工 质冷凝器、电子膨胀阀形成循环回路,工质蒸发器上设有工质温度计,工质冷凝器中设有热 水温度计,工质温度计、热水温度计和电子膨胀阀分别与主控机连接。
2. 根据权利要求1所述太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统,其特征在于,所述 工质冷凝器设有供水口和回水口,与用户采暖设备相连。
3. 根据权利要求1所述太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统,其特征在于,所述 工质为低沸点介质。
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