CN106196375A - 一种太阳能井水冷气机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能井水冷气机，包括水温空调和太阳能光伏发电系统，蓄热水箱中的水由太阳能光伏发电系统光伏组件所发电不经逆变直接直流电供电加热或经逆变成交流电供电加热，同时蓄热水箱作为水温空调的热源为用户供热或供电，也可通过热水供应系统直接供用热水；蓄热水箱可超过1个同时应可以切换；蓄热水箱可根据需要安装于室内、地下或屋顶；还可包括市电互补系统实现互补。可增设蓄热介质不为水的显热蓄热材料、相变蓄热材料、热化学蓄热材料或吸附蓄热材料的蓄热装置和相应的热泵或发电系统实现蓄热装置到蓄热水箱的传热；以上两类技术也可混合采用。本发明的太阳能井水冷气机，蓄热供热能力强、能量损耗小同时造价不高、技术成熟。

Description

一种太阳能井水冷气机

技术领域

本发明涉及一种太阳能井水冷气机。

背景技术

传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能的利用方式有以下几种：1、光与热的转换。如太阳能热水器、太阳能灶等。常见太阳能热水器有三大类：平板热水器、真空管太阳能热水器、其它类型（包括热管真空管热水器、闷晒太阳能热水器、真空管闷晒热水器等）太阳热水器。国内市场三种产品平板、真空管和其它产品分别约占20%、65%、15%；而国际市场现状是：平板、真空管和其它产品市场份额分别约占85%、8%、7%。2、光与电的转换，如太阳能电池板、太阳能车、船等。单体太阳电池不能直接做电源使用。作电源必须将若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件。太阳能板(也叫太阳能电池组件)是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。太阳能膜即薄膜太阳能电池可以使用在价格低廉的陶瓷、石墨、金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可以达13%。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，应用非常广泛。太阳能清洁能源是将太阳的光能转换成为其他形式的热能、电能、化学能，能源转换过程中不产生其他有害的气体或固体废料，是一种环保、安全、无污染的新型能源。从1615年法国工程师所罗门•德•考克斯发明了第一台利用太阳能加热空气膨胀做功而抽水的机器开始，人类将太阳能作为一种能源和动力直接加以利用，已有300多年的历史了。在我国，太阳能作为一种新兴的清洁能源，对它的研究利用起步较晚。但由于太阳能具有的多种优势，加上国家的扶持政策，在我国已经形成了初步的太阳能产业链，并呈现出良好的发展前景。近几年国际上光伏发电快速发展，2007年全球太阳能新装容量达2826MWp，其中德国约占47%，西班牙约占23%，日本约占8%，美国约占8%。2007年，在太阳能光电产业链中有大量的投资集中到新产能的提升上。除此之外，太阳能光电企业在2007年间的贷款融资金额增长了近100亿美元，使得该产业规模不断扩大。虽然受金融危机影响，德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低，但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”，确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍，并在3-5年后，将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金，专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。2008年9月16日，美国参议院通过了一揽子减税计划，其中将光伏行业的减税政策（ITC）续延2-6年。中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。

太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，整个系统造价很高；在有公共电网的地区，光伏发电系统与电网连接并网运行，省去蓄电池，不仅可以大幅度降低造价，而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。一套基本的太阳能发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成，下面对各部分的功能做一个简单的介绍：太阳电池板的作用是将太阳辐射能直接转换成直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。一般根据用户需要，将若干太阳电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵，再配上适当的支架及接线盒组成。在不同类型的光伏发电系统中，充电控制器不尽相同，其功能多少及复杂程度差别很大，这需根据系统的要求及重要程度来确定。充电控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。在太阳发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用直流负载，通过充电控制器还能为负载提供稳定的直流电（由于天气的原因，太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定）。逆变器的作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成２２０伏交流电，供给交流负载使用。蓄电池组是将太阳电池方阵发出直流电贮存起来供负载使用。在光伏发电系统中，电池处于浮充放电状态，夏天日照量大，除了供给负载用电外，还对蓄电池充电。在冬天日照量少时，这部分贮存的电能逐步放出。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电，同时方阵还要给负载用电，晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此，要求蓄电池的自放电要小，而且充电效率要高，同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。常用的蓄电池有铅酸蓄电池和硅胶蓄电池，要求较高的场合也有价格比较昂贵的镍镉蓄电池。

井水冷气机又称水温空调。水温空调是一种通过水泵把地下水循环抽入空调散热器，通过风机把冷气吹出来的空调设备，没有压缩机，不使用氟利昂，无氟、无毒、无污染，耗电等于风机的功耗50W左右加水泵的功耗125W左右，冬天可以连接采暖炉代替暖气片取暖，升温快，美观节能。水温空调在风机作用下对室内空气进行快速热交换，比只能依靠自身散热的暖气片升温速度快了几十倍，几分钟就能把室温从零℃升到20℃具有即开即热特点。水温空调升温快热效高克服了暖气片升温慢远冷近热冷热不均的缺陷，室温均匀舒适宜人。加热对象是室内空气，很少把热量消耗在地面和墙壁，使有价的热能得到了充分利用。能按需调节室温，可在上班时间或对无人居住的房间设定较低温度把采暖费用降到最低限度。在集中供热的住宅小区双管并联或者单管跨越均可安装。一台水温空调耗电只有几十瓦，连续运行几十个小时只耗一度电，暖气片的消费中央空调的享受。水温空调热水采暖解决了严寒地区冬季无法使用空调供暖的矛盾，满足了现代家庭豪华装饰舒适要求，房间使用挂壁空调不占地，宽敞大厅使用柜式空调替代多台暖气片，不仅节省室内空间还能节省包装暖气片的装潢费用。水温空调安装简便维护方便，适合在楼层不高的居民楼和已经装潢的室内安装。水温空调冷暖两用，夏季供冷水还能冷暖空调一步到位，避免装了暖气片还要装空调的双重投资。水温空调替代暖气片豪华舒适又节能。水温空调夏季采取地下水，因为地下水的温度在15度到18度左右，地表温度在30多度左右，采取地下水需要打2口井，2口井的距离不得超过5米，也是为了保护水资源的循环利用。主要特点：购买价低，因为少了像一般空调的室外机压缩机部分；耗电省，只有一般空调1/10--1/25电耗，耗电省费用低，是家家买得起用得起的经济实用空调；制冷快，制冷效果不受天气炎热影响，天气越热制冷效果越好。冷媒流量大、蒸发器换热面积大，从高温降到舒适温度过程比用一般空调快；无污染，不用氟利昂制冷剂，没有任何化学污染，没有废气废热排放，是纯天然环境友好产品；无噪音，采用气水分离器彻底消除了空调内的水流噪音；节水，采用气水分离技术实行封闭式等量取水还水，不浪费不污染地下水源；舒适，适度除湿不过分干燥，相对湿度始终保持60-65%人体最舒适水平，克服了氟利昂空调过分干燥的缺陷；健康，空气净化能力强，不断产生负离子，室温柔和清凉爽快森林般自然环境，生空调病；高效，采用气水分离技术提高水的密度提高水温传导效率，结合特制的蒸发器充分利用天然冷气，空调出风温度接近于进水温度，同等水温条件下可比用一般水温空调降低4-5℃。工作原理；水温空调把低于18度的井水送入空调进行热交换，使室内温度降低到20---28度，且可以自动恒温在设定温度，它只是利用水的温度，不改变水的本质。然后水流出空调后可进入到水塔或直接作为生活用水使用，一举两得！当然它绝对不会像有的人不理解原理说会增加湿度（流进去多少水、还会流出来多少水，一点也没减少.)反而会降低室内湿度！这些都和常规空调一样。一台水泵可供3台挂式空调或者1-2台柜式空调同时使用。这样的话就更省电啦！（3间房子4—7个小时一度电！）天然冷气地温空调只有水泵和空调风机耗用极少电能，能效比1：25以上是最省电的空调。浅层地下水接近于当地全年大气平均温度，具有冬暖夏凉四季恒温特点，几乎不受大气温度影响。为了获得较低水温，水井不宜太浅也不宜太深，实践证明地下5至30米深度水温最凉。30米以内的浅层地下水能够保持低温恒温的原因在于热量总是向上蒸腾，冷气总是向下沉淀，来自太阳和来自地球内部的热量能向大气释放。天然冷气地温空调经过一个夏季运行吸收的室内热量全部被回灌井周围土壤吸收，经过一个冬季又能恢复到原始地温，所以说地温能源是可再生的天然能源。长江流域井水常年恒温17℃左右，随纬度变化越往北井水越凉，许多地方井水只有8-12℃，古人早就知道用井水降温，近代也有各种各样井水空调，可是一般井水空调水流噪音大、制冷效果差人们称为土空调，一般井水空调只取水不回灌浪费水资源国家禁止使用。我们的高效水温空调器，同时又能提供适合在浅层土壤中取水还水的回灌设备和地下工程设计施工技术，能在不浪费不污染地下水源前提下合理利用地温能源，为天然冷气地温空调普及使用提供了技术保证。井水空调也可作为降温除尘气体净化装置，包括电机、风机叶轮及设有进风筒、出风筒的风机构成，在风机上还设置水喷管和排污水管，出风筒的出风口位于底部设有反射帽的集尘罩内，集尘罩与风机相联，水喷管的喷水口与叶轮相对应。这种冷风空调具有结构简单，体积小，噪声低，能将气水充分混合雾化，达到降温而且去除气体中的尘粒及有害物的目的。冷风空调适用于一切除尘降温及要求净化气体的场合。井水冷气机作为一种利用天然井水的水温空调，夏天可制冷，冬天可供暖，并不是一种仅能制冷的冷气机，所以本发明中一般情况下称作水温空调。同时/或者在前面基础上不需要供暖时所述蓄热水箱中的水由所述太阳能光伏发电系统供电制冷同时所述蓄热水箱作为所述水温空调的水源为用户制冷；

两种环保清洁能源技术可以融合起来，但是现有的融合方法一般是由太阳能光伏为水温空调提供电能的简单融合，能量利用效率不高。

发明内容

本发明要解决水温空调（井水冷气机）技术和太阳能光伏发电技术两种环保清洁能源技术更好融合的问题，设计一种太阳能井水冷气机，这个“热”是一个物理学上的“热”，供热包括制冷和供暖等，同时采用现有的技术比较成熟的水温空调和太阳能光伏发电系统，通过蓄热水箱作为两个系统的中介，从而能量利用效率更高、损耗更小，两种技术融合程度更高，其技术方案如下：

包括蓄热水箱，作为两个系统的中介，蓄热水箱中的水由太阳能光伏发电系统光伏组件所发电不经逆变直接直流电供电加热，这时太阳能光伏发电系统可不要逆变器，光伏组件所发的电为直流电，如果不需转换那就也没有因为直流电转换为交流电造成的能量损失。也可经逆变把光伏组件所发的直流电转换成交流电供电加热，常规情况下太阳能光伏发电系统都包含逆变器并通过逆变器把直流电转换成交流电，不过转换中必然有损耗。同时，蓄热水箱作为水温空调的热源为用户供热（包括制冷和供暖等），水温空调从蓄热水箱中获取能量，这样太阳能光伏发电系统的所发的电，最终成为水温空调的能量来源。由于水温空调是直接利用水的温度来实现调温，因此夏天需要冷气时并不需要太阳能加热的热水，而只有需要供暖的冬季等时段才需要，所以只有供暖时蓄热水箱中的水才由所述太阳能光伏发电系统光伏组件所发电不经逆变直接直流电供电加热或经逆变成交流电供电加热并同时蓄热水箱作为所述水温空调的水源为用户供暖。不需要供暖时蓄热水箱中的水不由所述太阳能光伏发电系统供电加热，也可换一种方式，将水温空调的水源切换为自然存在的地下水，这时水温空调就是原来的空调。蓄热水箱超过1个同时水温空调可以切换所选作为热源的蓄热水箱，一个能量取得差不多则用另一个水箱；太阳能光伏发电系统也可以切换所选供电加热的蓄热水箱，一个蓄热水箱加热得差不多就去加热另一个蓄热水箱水温的水；这样整个系统的蓄能供能的能力是可调的，是可以根据需要来使用的，这样系统可以运行得更加稳健。蓄热水箱可以安装于室内、地下或屋顶，室内可适用于普通家用场合供热用，地下适合于楼宇、小区集中供热用（同时还可利用土壤保温甚至利用地热能），屋顶也适用于普通家用场合供热用。当然，上述太阳能光伏发电系统也可直接为水温空调供电，这时光伏组件所发电可以和前面加热蓄热水箱中的水类似，一是可不经逆变直接直流电为所述水温空调供电，二是也可经逆变成交流电为所述水温空调供电，优缺点同前。还可在包括市电互补系统，当太阳能光伏发电不足时由所述市电互补系统补充供电加热，以及当太阳能光伏发电有多时输送至市电互补系统；现有太阳能热水器等都有电辅热系统，功能有点类似，不过这里太阳能光伏发电有多时还可并网直接把电输送到电网，目前包括我国在内的很多国家对于太阳能并网发电有很多支持政策，可以从中获利。由于蓄热水箱内的水经太阳能光伏发电系统供电加热后成为了热水，也可直接利用这些热水，再增加一个热水供应系统，直接为用户供用所述蓄热水箱中的热水，当然在蓄热水箱超过1个时，热水供应系统应也和前面的水温空调和太阳能光伏发电系统一样可以切换所选作为热水源的蓄热水箱，一个热水用完用另一个水箱的热水。蓄热水箱的水可以利用水温空调的水泵把地下水抽入补充。

也可在前面的基础上增设蓄热介质不为水的显热蓄热材料、相变蓄热材料、热化学蓄热材料或吸附蓄热材料的蓄热装置，以及相应的热泵或发电系统。水既可作为显热蓄热材料也可相变蓄热材料，常用而且廉价，但有时也用某些特殊的油作为显热蓄热材料，常见的相变蓄热材料为熔融盐，熔融盐又分为低温蓄热熔融盐、高温蓄热熔融盐。在有多个蓄热装置的情况下，也可不同的蓄热装置有的蓄热介质为低温熔融盐有的为高温蓄热熔融盐，各取所长。蓄热水箱最大的特点是其热水可以直供使用，而蓄热介质不为水的显热蓄热材料、相变蓄热材料、热化学蓄热材料或吸附蓄热材料的蓄热装置内的蓄热材料一般不能直供使用（当然在一些特定的使用场景可以直供使用）但有些蓄热材料的蓄热能力明显超过水，所以可以把上面两种蓄热技术结合起来用。如果以蓄热水箱为蓄热载体的太阳能井水冷气机为基础，那么就是在其上增设蓄热介质不为水的显热蓄热材料、相变蓄热材料、热化学蓄热材料或吸附蓄热材料的蓄热装置和相应的热泵或发电系统，蓄热装置中的蓄热介质由所述太阳能光伏发电系统光伏组件所发电不经逆变直接直流电供电加热或经逆变成交流电供电加热，而相应的热泵或发电系统实现将蓄热装置储存的能量传递到原有的蓄热水箱，该蓄热水箱仍作为水温空调的热源，即水温空调再从蓄热水箱中获取能量为用户供热供电；同样蓄热介质不为水的显热蓄热材料、相变蓄热材料、热化学蓄热材料或吸附蓄热材料的蓄热装置数量可超过1个且太阳能光伏发电系统可以根据需要切换所选供电加热的蓄热装置。由于本方案中同时存在蓄热水箱和蓄热介质不为水的显热蓄热材料、相变蓄热材料、热化学蓄热材料或吸附蓄热材料的蓄热装置，而蓄热装置的能量要传递给蓄热水箱，所以可以用蓄热水箱将蓄热装置完全包裹或部分包裹起来，这样蓄热装置的自然散热可被蓄热水箱吸收，更加减少能量的损耗。

根据上述技术方案制成的太阳能井水冷气机，蓄热供热（供电）能力可控，可以很强也可以根据需要满足，同时整体上能量损耗小、太阳能利用率高（还可利用地热能），同时所采用的技术成熟，市面上相关的产品也比较成熟，价格不再高昂，这样本系统的建造成本也不会太高。

附图说明

图1为一种太阳能井水冷气机示意图。1.水温空调2.太阳能光伏发电系统3.蓄热水箱

图2为一种混合蓄热太阳能井水冷气机示意图。1.水温空调2.太阳能光伏发电系统3.蓄热水箱4.相应的热泵系统5.蓄热装置(蓄热材料不为水)；

下面结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1

一种太阳能井水冷气机（参考图1）

包括水温空调1、太阳能光伏发电系统2和蓄热水箱3，蓄热水箱3中的水由所述太阳能光伏发电系统2光伏组件所发电不经逆变直接直流电供电，同时最高温度低于18度时蓄热水箱3作为水温空调1的水源为用户供热，而最高温度不低于18度时水温空调1采用10米以下的地下水作为水源。

实施例2

一种混合蓄热太阳能井水冷气机（参考图2）

在实施例1的基础上增设蓄热介质不为水而为低温蓄热熔融盐的蓄热装置5和相应的热泵系统4，蓄热装置5中的熔融盐由太阳能光伏发电系统2光伏组件所发电不经逆变直接直流电供电加热，而相应的热泵系统5实现将蓄热装置4储存的能量传递到原有的蓄热水箱3，最高温度低于18度时该蓄热水箱3仍作为水温空调1的水源，即水温空调1再从蓄热水箱3中获取能量为用户供热，而最高温度不低于18度时水温空调1采用10米以下的地下水作为水源。

Claims (4)

1.一种太阳能井水冷气机，包括水温空调和太阳能光伏发电系统，其特征在于：

包括蓄热水箱，需要供暖时所述蓄热水箱中的水由所述太阳能光伏发电系统光伏组件所发电不经逆变直接直流电供电加热或经逆变成交流电供电加热同时所述蓄热水箱作为所述水温空调的水源为用户供暖，不需要供暖时所述蓄热水箱中的水不由所述太阳能光伏发电系统供电加热或所述水温空调的水源切换为自然存在的地下水；

或者在前面基础上所述蓄热水箱超过1个同时所述水温空调可以切换所选作为水源的蓄热水箱和/或所述太阳能光伏发电系统可以切换所选供电加热的蓄热水箱；

同时/或者在前面基础上所述蓄热水箱安装于室内、地下或屋顶；

同时/或者在前面基础上不需要供暖时所述蓄热水箱中的水由所述太阳能光伏发电系统供电制冷同时所述蓄热水箱作为所述水温空调的水源为用户制冷；

同时/或者在前面基础上所述太阳能光伏发电系统光伏组件所发电不经逆变直接直流电为所述水温空调供电或经逆变成交流电为所述水温空调供电；

同时/或者在前面基础上还包括市电互补系统，当所述太阳能光伏发电不足时由所述市电互补系统补充供电加热和/或当所述太阳能光伏发电有多时输送至所述市电互补系统。

2.根据权利要求1所述的太阳能井水冷气机，其特征在于：

还包括热水供应系统，直接为用户供用所述蓄热水箱中的水；

或者在前面基础上当所述蓄热水箱超过1个时所述热水供应系统可以切换所选作为热水源的蓄热水箱。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能井水冷气机，其特征在于：

增设蓄热介质不为水的显热蓄热材料、相变蓄热材料、热化学蓄热材料或吸附蓄热材料的蓄热装置和相应的热泵或发电系统，所述蓄热装置中的蓄热介质由所述太阳能光伏发电系统光伏组件所发电不经逆变直接直流电供电加热或经逆变成交流电供电加热，所述相应的热泵或发电系统实现所述蓄热装置到所述蓄热水箱的传热；

或者在前面基础上所述蓄热装置超过1个所述太阳能光伏发电系统可以切换所选供电加热的蓄热装置；

同时/或者在前面基础上所述蓄热水箱将所述蓄热装置完全包裹或部分包裹。

4.一种权利要求3所述的太阳能井水冷气机，其特征在于：

所述蓄热装置的蓄热介质为熔融盐；

或者在前面基础上所述熔融盐为低温蓄热熔融盐或高温蓄热熔融盐或不同的蓄热装置有的蓄热介质为低温熔融盐有的为高温蓄热熔融盐。