CN105402798B - 基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置 - Google Patents

基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，涉及太阳能能源技术，用于解决光伏板经过运行自身会发热，很大程度上降低了发电效率，同时也会有大量的热能浪费的问题。它包括光伏板、空气能热泵和安装总成，所述安装总成包括用于支撑光伏板的光伏板支架，用于集成空气能热泵的空气能热泵安装平台，用于连接光伏板和空气能热泵的第一传输管道；所述光伏板支架包括光伏板立杆支架，位于光伏板立杆支架两侧的光伏板左支架和光伏板右支架，所述光伏板左支架为直角三角形，其斜边和地面成45°角，所述光伏板右支架为直角三角形，其斜边和地面成135°角。本发明采用倾斜式光伏板，提高空气能热泵吸热效果。

Description

基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置
技术领域
本发明涉及太阳能能源技术，具体来说，是基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置。
背景技术
现今的光伏发电产业与空气能热水器已经处于相对成熟的技术水平，分布式光伏发电项目，目前得到了广泛的推广，在我国各地纷纷建起了大大小小的光伏电站。
专利文献CN 102787981 B(申请日2011.05.17)公开了一种太阳能储能发电系统。包括太阳能光伏发电装置、空气压缩机、集热储能装置、热气流风道装置以及设置在热气流风道内的风力发电装置。其中太阳能光伏发电装置发出的电力用于空气压缩机工作形成压缩气体并输入集热储能装置形成高压加热的空气，并在热气流风道内利用烟囱效应提高风速，利用上述风推动设置于热气流风道内上方的风力发电装置发电。
本发明综合利用太阳能形成的压缩空气能(风能)和热能，产生的人工风稳定可控并且携带的能力密度大，可保证发电装置稳定运行，提高发电效率。而且本发明的系统还兼具储能的特点，可以将存储的空气能和热能存放到夜间以供发电使用。
专利文献CN 102734928 B(申请日2012.07.02)公开了一种新型太阳能热水器。该太阳能热水器具有太阳能光伏电池组、超级电容器组、空气能热泵系统、电源适配器、储存热水的保温罐，以及控制该太阳能热水器运行的控制器。太阳能光伏电池把太阳能转换成电能；超级电容器将电能储存起来并驱动热泵电机制热；控制器根据设定的水温和超级电容器充电电压的上下限值，适时地启动或停止热泵；并且可以接通或断开太阳能光伏电池，控制器还可以人工切换到使用市电制热的模式；电源适配器用于将电能转换成合适热泵电机工作的电流。
本发明实际应用后既节能环保，又方便安装和维护，特别适合住楼房(非顶层)的住户。
专利文献CN 203421829 U(申请日2013.08.02)公开了一种带光伏发电的空气能热水器。是由压缩机、蒸发器、热换器和膨胀阀四部分组成，其压缩机顶部与四通阀的A接口管路连通、压缩机上部的管路通过气液分离器并与四通阀的B接口管路连通、四通阀的C接口的管路依次连通着蒸发器、膨胀阀、储液器和热换器并连接在四通阀的D接口管路上，所述的热换器上设有进水口和出水口，蒸发器处设有风机，光伏板线路依次联接着逆变器、控制主板和压缩机。
本实用新型在热泵机壳上侧及右侧增加两块光伏板，利用光能发电，通过逆变器，将直流电转化为交流电，逆变器连接控制主板，取代原本的家庭用电，直接给主板供电，完成热泵工作，结构简单、成本低、节能环保。
但是上述技术方案存在以下不足，光伏板经过运行自身会发热，夏天甚至能达到70℃以上，很大程度上降低了发电效率，同时也会有大量的热能浪费。
发明内容
本发明目的是旨在提供了一种提高发电效率的基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，包括光伏板、空气能热泵和安装总成，所述安装总成包括用于支撑光伏板的光伏板支架，用于集成空气能热泵的空气能热泵安装平台，用于连接光伏板和空气能热泵的第一传输管道；
所述光伏板支架包括光伏板立杆支架，位于光伏板立杆支架两侧的光伏板左支架和光伏板右支架，所述光伏板左支架为直角三角形，其斜边和地面成45°角，所述光伏板右支架为直角三角形，其斜边和地面成135°角；
所述光伏板包括左光伏板、右光伏板和逆变电源变电器，用于连通左光伏板、右光伏板和逆变电源变电器的光伏板电源线，所述左光伏板沿光伏板左支架斜边铺设，所述右光伏板沿光伏板右支架斜边铺设；
所述空气能热泵安装平台左前方区域设有热量交换水箱安装区域，位于热量交换水箱安装区域右侧的空气压缩机安装区域，所述空气能热泵安装平台右前方区域设有空气冷凝器安装区域，所述空气能热泵安装平台左后方区域到右后方区域均匀排列有3个空气蒸发器安装区域；
所述空气能热泵包括热量交换水箱、空气压缩机、空气冷凝器和空气蒸发器，且热量交换水箱、空气压缩机、空气冷凝器和空气蒸发器通过第二传输管道连通。
需要说明的是，空气能热泵，作为热泵技术的一种，有“大自然能量的搬运工”的美誉，有着使用成本低、易操作、采暖效果好、安全、干净等多重优势。以无处不在的空气中的能量作为主要动力，通过少量电能驱动压缩机运转，实现能量的转移，无需复杂的配置、昂贵的取水、回灌或者土壤换热系统和专用机房，能够逐步减少传统采暖给大气环境带来的大量污染物排放，保证采暖功效的同时兼顾节能环保的目的。
空气压缩机是整个空气能热泵的“心脏”，压缩机本身并不会制热，不过工作的时候由于磨擦会生热，这并不是制热的原因，原理应该是制冷剂的物理变化产生的,(这个变化就要靠压缩机做功)就是制冷剂由气态变为液态，就是液化，液化的过程是要放热的，被压缩后的气体是高温高压的，由管路直接送到内机，进行热交换，放出热量。采用最佳平衡设计，压缩机震动小，噪音低，运转更为平稳。
空气蒸发器是实现从空气中吸收热能最关键的部件。蒸发器从空气中吸收热量，通过让工质不断完成蒸发(吸取环境中的热量)→压缩→冷凝(放出热量)→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。
空气冷凝器的液体冷媒在蒸发器中吸收热量之后，汽化成低温低压的蒸汽，之后被压缩机吸入并且压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器，然后在冷凝器中放热，冷凝为高压液体，再经节流阀节流为低压低温的制冷剂，再一次进入蒸发器吸热汽化，达到循环的目的。总的来说就是把气态的冷媒转变成液体冷媒的装置，利用雪种状态的改变来完成热量的交换，它是放出热量的设备。
热量交换水箱内胆的材质是决定空气能热泵使用时间的寿命。
采用上述技术方案的发明，第一，左光伏板和地面成45°角，右光伏板和地面成45°角，集中把光伏板产生的热量导向空气能热泵，利于吸收热量，降低光伏板自身的热量；第二，利用空气能热泵安装平台合理的把热量交换水箱、空气压缩机、空气冷凝器和空气蒸发器通过第二传输管道连通集中布置在光伏板支架内部，节约空间布局。
进一步限定，所述光伏板立杆支架和光伏板左支架斜边设有光伏板左加固杆，所述光伏板左加固杆上捆绑有光伏板电源线，所述光伏板电源线下端连通逆变电源变电器，所述光伏板立杆支架和光伏板右支架斜边设有光伏板右加固杆，所述光伏板右加固杆上捆绑有光伏板电源线，所述光伏板电源线下端连通逆变电源变电器。
增设光伏板左加固杆，光伏板右加固杆，一方面对光伏板支架起到加固作用，另一方面，有效的把光伏板电源线捆绑在上面，避免电源线零乱架设。
进一步限定，所述空气蒸发器包括蒸发器罐体，活动旋转架，位于活动旋转架上的吸热弧形板，所述蒸发器罐体外壁上设有用于容纳活动旋转架的第一凹槽，所述吸热弧形板至少为3个，所述蒸发器罐体侧壁通过法兰盘连接第二传输管道，且第二传输管道上设有开关阀门。
为了让空气蒸发器吸收较多的光伏板产生的热量，吸热弧形板能绕蒸发器罐体外壁调整角度和位置。
进一步限定，所述光伏板左支架包括光伏板左支架斜边和位于光伏板左支架斜边两端的光伏板左支架直角边，所述光伏板左支架斜边两端和光伏板左支架直角边通过活动插销铰接。
当然，左光伏板和右光伏板也能根据太阳光照调整角度。
进一步限定，所述左光伏板包括光伏板矩形框架，位于光伏板矩形框架上下端的联动式光伏板转动转轴，光伏板导向格栅板，所述光伏板导向格栅板上端连接光伏板转动转轴，所述光伏板导向格栅板由3个导向格栅单元组成，所述导向格栅单元和导向格栅单元相隔150-250mm。
优选方案中，采用3个导向格栅单元，更利于空气蒸发器吸收更多的光伏板产生的热量。
本发明相比现有技术，结构简单，使用方便，节约空间。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
图1为本发明基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置结构示意图；
图2为图1中A的局部放大图
图3为本发明左光伏板结构示意图；
图4为本发明空气能热泵工作示意图；
主要元件符号说明如下：
光伏板1，左光伏板101，右光伏板102，逆变电源变电器103，光伏板矩形框架104，光伏板转动转轴105，光伏板导向格栅板106，空气能热泵2，热量交换水箱201，空气压缩机202，空气冷凝器203，空气蒸发器204，蒸发器罐体204a，活动旋转架204b，吸热弧形板204c，第一凹槽204d，光伏板支架3，光伏板立杆支架301，光伏板左支架302，光伏板右支架303，光伏板左加固杆304，光伏板右加固杆305，空气能热泵安装平台4，第二传输管道5，法兰盘6，开关阀门7，活动插销8。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
实施例一，
如图1，图2，图3，图4所示，基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，包括光伏板1、空气能热泵2和安装总成，安装总成包括用于支撑光伏板1的光伏板支架3，用于集成空气能热泵2的空气能热泵安装平台4，用于连接光伏板1和空气能热泵2的第一传输管道。
光伏板支架3包括光伏板立杆支架301，位于光伏板立杆支架301两侧的光伏板左支架302和光伏板右支架303，光伏板左支架302为直角三角形，其斜边和地面成45°角，光伏板右支架303为直角三角形，其斜边和地面成135°角；
光伏板1包括左光伏板101、右光伏板102和逆变电源变电器103，用于连通左光伏板101、右光伏板102和逆变电源变电器103的光伏板电源线，左光伏板101沿光伏板左支架302斜边铺设，右光伏板102沿光伏板右支架30斜边铺设；
空气能热泵安装平台4左前方区域设有热量交换水箱201安装区域，位于热量交换水箱201安装区域右侧的空气压缩机202安装区域，空气能热泵安装平台4右前方区域设有空气冷凝器203安装区域，空气能热泵安装平台4左后方区域到右后方区域均匀排列有3个空气蒸发器204安装区域；
空气能热泵2包括热量交换水箱201、空气压缩机202、空气冷凝器203和空气蒸发器204，且热量交换水箱201、空气压缩机202、空气冷凝器203和空气蒸发器204通过第二传输管道5连通。
光伏板立杆支架301和光伏板左支架302斜边设有光伏板左加固杆304，光伏板左加固杆304上捆绑有光伏板电源线，光伏板电源线下端连通逆变电源变电器103，光伏板立杆支架301和光伏板右支架303斜边设有光伏板右加固杆305，光伏板右加固杆305上捆绑有光伏板电源线，光伏板电源线下端连通逆变电源变电器103。
空气蒸发器204包括蒸发器罐体204a，活动旋转架204b，位于活动旋转架204b上的吸热弧形板204c，蒸发器罐体204a外壁上设有用于容纳活动旋转架204b的第一凹槽204d，吸热弧形板204c为3个，蒸发器罐体204a侧壁通过法兰盘6连接第二传输管道5，且第二传输管道5上设有开关阀门7。
实施例二，
如图1，图2，图3，图4所示，基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，包括光伏板1、空气能热泵2和安装总成，安装总成包括用于支撑光伏板1的光伏板支架3，用于集成空气能热泵2的空气能热泵安装平台4，用于连接光伏板1和空气能热泵2的第一传输管道。
光伏板支架3包括光伏板立杆支架301，位于光伏板立杆支架301两侧的光伏板左支架302和光伏板右支架303，光伏板左支架302为直角三角形，其斜边和地面成45°角，光伏板右支架303为直角三角形，其斜边和地面成135°角；
光伏板1包括左光伏板101、右光伏板102和逆变电源变电器103，用于连通左光伏板101、右光伏板102和逆变电源变电器103的光伏板电源线，左光伏板101沿光伏板左支架302斜边铺设，右光伏板102沿光伏板右支架30斜边铺设；
空气能热泵安装平台4左前方区域设有热量交换水箱201安装区域，位于热量交换水箱201安装区域右侧的空气压缩机202安装区域，空气能热泵安装平台4右前方区域设有空气冷凝器203安装区域，空气能热泵安装平台4左后方区域到右后方区域均匀排列有3个空气蒸发器204安装区域；
空气能热泵2包括热量交换水箱201、空气压缩机202、空气冷凝器203和空气蒸发器204，且热量交换水箱201、空气压缩机202、空气冷凝器203和空气蒸发器204通过第二传输管道5连通。
光伏板立杆支架301和光伏板左支架302斜边设有光伏板左加固杆304，光伏板左加固杆304上捆绑有光伏板电源线，光伏板电源线下端连通逆变电源变电器103，光伏板立杆支架301和光伏板右支架303斜边设有光伏板右加固杆305，光伏板右加固杆305上捆绑有光伏板电源线，光伏板电源线下端连通逆变电源变电器103。
空气蒸发器204包括蒸发器罐体204a，活动旋转架204b，位于活动旋转架204b上的吸热弧形板204c，蒸发器罐体204a外壁上设有用于容纳活动旋转架204b的第一凹槽204d，吸热弧形板204c为3个，蒸发器罐体204a侧壁通过法兰盘6连接第二传输管道5，且第二传输管道5上设有开关阀门7。
光伏板左支架302包括光伏板左支架302斜边和位于光伏板左支架302斜边两端的光伏板左支架302直角边，光伏板左支架302斜边两端和光伏板左支架302直角边通过活动插销8铰接。
实施例三，
如图1，图2，图3，图4所示，基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，包括光伏板1、空气能热泵2和安装总成，安装总成包括用于支撑光伏板1的光伏板支架3，用于集成空气能热泵2的空气能热泵安装平台4，用于连接光伏板1和空气能热泵2的第一传输管道。
光伏板支架3包括光伏板立杆支架301，位于光伏板立杆支架301两侧的光伏板左支架302和光伏板右支架303，光伏板左支架302为直角三角形，其斜边和地面成45°角，光伏板右支架303为直角三角形，其斜边和地面成135°角；
光伏板1包括左光伏板101、右光伏板102和逆变电源变电器103，用于连通左光伏板101、右光伏板102和逆变电源变电器103的光伏板电源线，左光伏板101沿光伏板左支架302斜边铺设，右光伏板102沿光伏板右支架30斜边铺设；
空气能热泵安装平台4左前方区域设有热量交换水箱201安装区域，位于热量交换水箱201安装区域右侧的空气压缩机202安装区域，空气能热泵安装平台4右前方区域设有空气冷凝器203安装区域，空气能热泵安装平台4左后方区域到右后方区域均匀排列有3个空气蒸发器204安装区域；
空气能热泵2包括热量交换水箱201、空气压缩机202、空气冷凝器203和空气蒸发器204，且热量交换水箱201、空气压缩机202、空气冷凝器203和空气蒸发器204通过第二传输管道5连通。
光伏板立杆支架301和光伏板左支架302斜边设有光伏板左加固杆304，光伏板左加固杆304上捆绑有光伏板电源线，光伏板电源线下端连通逆变电源变电器103，光伏板立杆支架301和光伏板右支架303斜边设有光伏板右加固杆305，光伏板右加固杆305上捆绑有光伏板电源线，光伏板电源线下端连通逆变电源变电器103。
空气蒸发器204包括蒸发器罐体204a，活动旋转架204b，位于活动旋转架204b上的吸热弧形板204c，蒸发器罐体204a外壁上设有用于容纳活动旋转架204b的第一凹槽204d，吸热弧形板204c为3个，蒸发器罐体204a侧壁通过法兰盘6连接第二传输管道5，且第二传输管道5上设有开关阀门7。
光伏板左支架302包括光伏板左支架302斜边和位于光伏板左支架302斜边两端的光伏板左支架302直角边，光伏板左支架302斜边两端和光伏板左支架302直角边通过活动插销8铰接。
左光伏板101包括光伏板矩形框架104，位于光伏板矩形框架104上下端的联动式光伏板转动转轴105，光伏板导向格栅板106，光伏板导向格栅板106上端连接光伏板转动转轴105，光伏板导向格栅板106由3个导向格栅单元组成，导向格栅单元和导向格栅单元相隔160mm。
上述实施方案的区别在于，相对实施例一来说，实施例二中，利用活动插销调节左光伏板和右光伏板吸收太阳光照范围；相对实施例二来说，实施例三中，采用3个导向格栅单元，更利于空气蒸发器吸收更多的光伏板产生的热量。
以上对本发明提供的基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，其特征在于：包括光伏板、空气能热泵和安装总成，所述安装总成包括用于支撑光伏板的光伏板支架，用于集成空气能热泵的空气能热泵安装平台，用于连接光伏板和空气能热泵的第一传输管道；
所述光伏板支架包括光伏板立杆支架，位于光伏板立杆支架两侧的光伏板左支架和光伏板右支架，所述光伏板左支架为直角三角形，其斜边和地面成45°角，所述光伏板右支架为直角三角形，其斜边和地面成135°角；
所述光伏板包括左光伏板、右光伏板和逆变电源变电器，用于连通左光伏板、右光伏板和逆变电源变电器的光伏板电源线，所述左光伏板沿光伏板左支架斜边铺设，所述右光伏板沿光伏板右支架斜边铺设；
所述空气能热泵安装平台左前方区域设有热量交换水箱安装区域，位于热量交换水箱安装区域右侧的空气压缩机安装区域，所述空气能热泵安装平台右前方区域设有空气冷凝器安装区域，所述空气能热泵安装平台左后方区域到右后方区域均匀排列有3个空气蒸发器安装区域；
所述空气能热泵包括热量交换水箱、空气压缩机、空气冷凝器和空气蒸发器，且热量交换水箱、空气压缩机、空气冷凝器和空气蒸发器通过第二传输管道连通。
2.根据权利要求1所述的基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，其特征在于：所述光伏板立杆支架和光伏板左支架斜边设有光伏板左加固杆，所述光伏板左加固杆上捆绑有光伏板电源线，所述光伏板电源线下端连通逆变电源变电器，所述光伏板立杆支架和光伏板右支架斜边设有光伏板右加固杆，所述光伏板右加固杆上捆绑有光伏板电源线，所述光伏板电源线下端连通逆变电源变电器。
3.根据权利要求2所述的基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，其特征在于：所述空气蒸发器包括蒸发器罐体，活动旋转架，位于活动旋转架上的吸热弧形板，所述蒸发器罐体外壁上设有用于容纳活动旋转架的第一凹槽，所述吸热弧形板至少为3个，所述蒸发器罐体侧壁通过法兰盘连接第二传输管道，且第二传输管道上设有开关阀门。
4.根据权利要求3所述的基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，其特征在于：所述光伏板左支架包括光伏板左支架斜边和位于光伏板左支架斜边两端的光伏板左支架直角边，所述光伏板左支架斜边两端和光伏板左支架直角边通过活动插销铰接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于空气能热泵和光伏发电技术的供热集成室内供暖装置，其特征在于：所述左光伏板包括光伏板矩形框架，位于光伏板矩形框架上下端的联动式光伏板转动转轴，光伏板导向格栅板，所述光伏板导向格栅板上端连接光伏板转动转轴，所述光伏板导向格栅板由3个导向格栅单元组成，所述导向格栅单元和导向格栅单元相隔150-250mm。
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