CN106352596B - 基于pvt的制冷与发电系统 - Google Patents

Abstract

一种能源发电与制冷技术领域的基于PVT的制冷与发电系统，包括：吸附制冷机组、热水箱、PVT集热器、冷冻水箱、热发电组件和空调末端，其中：吸附剂制冷机组分别与空调末端、热水箱和热发电组件相连，热水箱分别与PVT集热器、热发电组件和冷冻水箱相连，空调末端和冷冻水箱相连，从而形成加热‐充能循环回路和制冷循环回路。本发明在PVT一重发电的基础上，同时能够实现PVT驱动吸附制冷以及冷热源驱动热发电组件进行二重发电，有效提高了太阳能系统的综合利用率。

Description

基于PVT的制冷与发电系统

技术领域

本发明涉及的是一种能源发电与制冷领域的技术，具体是一种基于PVT(Photovoltaic thermal，光伏/光热)的制冷与发电系统。

背景技术

PVT集热器包含光伏与光热两部分，PVT集热器利用光生伏特效应，使光能转化为直流电；同时将太阳能电池板光电转换过程中产生的部分热能通过热交换收集起来，以加热热水，从而实现PVT系统的热电联供。

PVT集热器产生的热水适用于家用热水、采暖和其他对低温热量有大量需求的公用、民用或工业领域。但是，现阶段PVT集热器的综合效率还稍低，所以有大量科研人员对此问题进行深入研究。其主要研究内容有:如何提高PVT集热器的发电效率，如何将PVT集热器的热量应用到采暖中，以及如何将PVT集热器和其他系统集成，从而提高集成系统的综合效率，例如PVT集热器与热泵系统集成、PVT集热器与燃气‐蒸汽联合循环机组集成等。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于PVT的制冷与发电系统，除了进行PVT一重发电外，同时能够实现PVT驱动吸附制冷以及冷热源驱动热发电组件进行二重发电，从而可以有效提高太阳能系统的综合利用率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：设有蒸发盘管和第一加热盘管的吸附制冷机组、设有第二冷却盘管和第二加热盘管的热发电组件、热水箱、PVT集热器、冷冻水箱和空调末端，其中：第一加热盘管两端分别与热水箱、第二加热盘管一端相连，第二加热盘管另一端与热水箱相连，PVT集热器两端与热水箱相连，蒸发盘管两端分别与空调末端、第二冷却盘管一端相连，第二冷却盘管另一端与冷冻水箱相连，冷冻水箱与空调末端相连。

所述的热水箱中加热水依次流经第一加热盘管和第二加热盘管，之后回流至热水箱，再流入PVT集热器，最终回流至热水箱中，形成加热‐充能循环；

所述的冷冻水箱中冷却水依次流经空调末端、蒸发盘管和第二冷却盘管，并回流至冷冻水箱中，形成制冷循环。

所述的热水箱设有第二出口管，该第二出口管与PVT集热器一端通过第三进口管相连，所述相连的第二出口管和第三进口管之间设有第三水泵。

所述的热水箱设有第一出水管，所述的第一出水管与第一加热盘管一端相连并设有第二水泵。

所述的冷冻水箱设有第二出水管，该第二出水管与空调末端通过第四进口管相连，所述相连的第二出水管和第四进口管之间设有第四水泵。

所述的基于PVT的制冷与发电系统设有冷却塔，该冷却塔与设置于吸附制冷机组内的第一冷却盘管相连，所述的第一冷却盘管两端分别与第一进口管和第一出口管相连，形成冷却循环回路。

所述的PVT集热器设有第一输电线路。

所述的热发电组件设有第二输电线路。

本发明涉及一种基于上述系统的制冷与发电方法，在发电阶段，在晴天太阳辐照下，PVT集热器采集的太阳能通过光电转换进行一重发电，光电转换过程中产生的热能加热从热水箱中流入的储存水，在加热阶段通过辅助加热器对热水箱中储存水进行加热；当水温达到第一预设值时打开第二水泵，热水依次流经第一加热盘管和第二加热盘管并得到进一步加热；在制冷阶段，冷冻水箱中冷却水在温度低于第二预设值时依次通过空调末端实现制冷，并通过蒸发盘管和第二冷却盘管得到进一步冷却；此时冷冻水(即经过空调末端用来提供冷量的介质，其温度一般为7‐12℃)和加热水在热发电组件中驱动阴阳电极实现二重发电，即阴极和阳极并列安装于热发电组件内，第二加热盘管覆盖于阴极和阳极的顶部，第二冷却盘管覆盖于阴极和阳极的底部。

所述的吸附制冷组件中蒸发盘管中冷冻水为空调末端提供冷量或冷却热发电组件。

所述的第一加热盘管中的热水用来加热吸附制冷机组或加热热发电组件。

技术效果

与现有技术相比，本发明在PVT一重发电的基础上，能够实现PVT驱动吸附制冷，其吸附制冷性能系数为20％～25％，同时能通过冷热源驱动热发电组件进行二重发电，其二重发电的效率为5％～7％；本发明有效提高了太阳能系统的综合利用率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中：第一出口管1、第一水泵2、冷却塔3、第一进口管4、第三阀门5、第一冷却盘管6、蒸发盘管7、第一加热盘管8、吸附制冷机组9、第一阀门10、第二阀门11、第二水泵12、第一出水管13、第一回水管14、辅助加热器15、热水箱16、第二进口管17、第二出口管18、第三水泵19、第四阀门20、第五阀门21、第三进口管22、PVT集热器23、第三出口管24、第一输电线路25、第二输电线路26、冷冻水箱27、第二回水管28、第二出水管29、第四水泵30、第二冷却盘管31、热发电组件32、第二加热盘管33、第四进口管34、空调末端35、第四出口管36。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：设有蒸发盘管7和第一加热盘管8的吸附制冷机组9、设有第二冷却盘管31和第二加热盘管33的热发电组件32、热水箱16、PVT集热器23、冷冻水箱27和空调末端35，其中：第一加热盘管8一端与热水箱16、另一端与第二加热盘管33一端相连并设有阀门11，第二加热盘管33另一端与热水箱16相连，PVT集热器23两端与热水箱16相连，蒸发盘管7两端分别与空调末端35、第二冷却盘管31一端相连，第二冷却盘管31另一端与冷冻水箱27相连，冷冻水箱27与空调末端35相连；

所述的热水箱16中加热水依次流经第一加热盘管8和第二加热盘管33，之后回流至热水箱16，再流入PVT集热器23，最终回流至热水箱16中，形成加热‐充能循环；

所述的冷冻水箱27中冷却水依次流经空调末端35、蒸发盘管7和第二冷却盘管31，并回流至冷冻水箱27中，形成制冷循环；蒸发盘管7内流动的冷冻水为空调末端35提供冷量；通过制冷循环与加热‐充能循环在热发电组件32中的驱动，实现二次发电。

所述的PVT集热器23设有第一输电线路25。

所述的热发电组件32设有第二输电线路26。

优选地，所述的空调末端35为管翅式换热器。

本实施例设有冷却塔3，对应的吸附制冷机组9设有第一冷却盘管6；所述的冷却塔3通过设置在顶部的第一进口管4与第一冷却盘管6一端相连，所述的冷却塔3底部设有与第一冷却盘管6另一端相连的第一出口管1，所述的第一出口管1设有第一水泵2和第三阀门5，第一水泵2中水流方向为从冷却塔3流向第一冷却盘管6；所述的第一冷却盘管6内流动的冷却水，带出吸附制冷机组9的热量到冷却塔3。

所述的PVT集热器23一端设有第三进口管22，所述的热水箱16对应设有与之相连的第二出口管18，所述相连的第二出口管18和第三进口管22之间设有第三水泵19，且第三进口管22上设有第五阀门21，第三水泵19的水流方向为从热水箱16流向PVT集热器23；所述的热水箱16为吸附制冷机组9提供稳定的热源；

所述的PVT集热器23另一端设有第三出口管24，所述的热水箱16对应设有与之相连的第二进口管17，所述的第三出口管24与第二进口管17之间设有第四阀门20。

所述的热水箱16通过第一出水管13与第一加热盘管8一端相连，并设有第二水泵12和第一阀门10，第二水泵12的水流方向为从热水箱16流向第一加热盘管8。

所述的冷冻水箱27设有第二出水管29，所述的空调末端35对应设有与之相连的第四进口管34，所述相连的第二出水管29和第四进口管34之间设有第四水泵30，第四水泵30的水流方向为从冷冻水箱27流向空调末端35；所述的冷冻水箱27向空调末端35输出稳定冷量。

所述的热发电组件32为热发电铁氰化铜‐Cu/Cu²⁺组件，铁氰化铜为热发电组件32的阴极，Cu/Cu²⁺为热发电组件32的阳极，其中：阴极和阳极并列安装于热发电组件32内，第二加热盘管33覆盖于阴极和阳极的顶部，第二冷却盘管31覆盖于阴极和阳极的底部。

所述的热水箱16底部设有辅助加热器15。

所述的冷冻水箱27与热水箱16通过溢流管相连，当冷冻水箱27和/或热水箱16的水太多时，多余水通过溢流管排出。

本发明工作时：在晴天太阳辐照下，PVT集热器23采集的太阳能通过光电转换进行一重发电，光电转换过程中产生的热能加热从热水箱16中流入的储存水，在阴雨天可通过辅助加热器15对热水箱16中储存水进行加热；热水温度达到65‐90℃后，打开第二水泵12，热水依次流经第一加热盘管8和第二加热盘管33并得到进一步加热；而冷冻水箱27中冷冻水依次通过空调末端35实现制冷，并通过蒸发盘管7和第二冷却盘管31得到进一步冷却；此时冷冻水和加热水在热发电组件32中驱动阴阳电极实现二重发电，即阴极和阳极并列安装于热发电组件32内，第二加热盘管33覆盖于阴极和阳极的顶部，第二冷却盘管31覆盖于阴极和阳极的底部；而在吸附制冷组件9中蒸发盘管7中冷冻水可以用来为空调末端35提供冷量，也可以用来冷却热发电组件32；第一加热盘管8中的热水，可以用来加热吸附制冷机组9，也可以用来加热热发电组件32。

上述过程中，PVT集热器23通过第一输电线路25实现一重发电，发电效率为16‐19％；热发电组件32通过第二输电线路26实现二重发电，发电效率为5‐7％；在吸附制冷过程中，整个系统吸附制冷太阳能性能系数(COP_S，Solar Coefficient of Performance)为20％～25％。

Claims (10)

1.一种基于PVT的制冷与发电系统，其特征在于，包括：设有蒸发盘管和第一加热盘管的吸附制冷机组、设有第二冷却盘管和第二加热盘管的热发电组件、热水箱、PVT集热器、冷冻水箱和空调末端，其中：第一加热盘管两端分别与热水箱、第二加热盘管一端相连，第二加热盘管另一端与热水箱一端相连，PVT集热器两端与热水箱相连，蒸发盘管两端分别与空调末端、第二冷却盘管一端相连，第二冷却盘管另一端与冷冻水箱相连，冷冻水箱与空调末端相连；

所述的热水箱中加热水依次流经第一加热盘管和第二加热盘管，之后回流至热水箱，再流入PVT集热器，最终回流至热水箱中，形成加热-充能循环；

所述的冷冻水箱中冷却水依次流经空调末端、蒸发盘管和第二冷却盘管，并回流至冷冻水箱中，形成制冷循环。

2.根据权利要求1所述的基于PVT的制冷与发电系统，其特征是，所述的热水箱设有第二出口管，该第二出口管与PVT集热器一端通过第三进口管相连，第二出口管和第三进口管之间设有第三水泵。

3.根据权利要求1所述的基于PVT的制冷与发电系统，其特征是，所述的热水箱设有第一出水管，该第一出水管与第一加热盘管的一端相连，第一出水管与第一加热盘管之间设有第二水泵。

4.根据权利要求1所述的基于PVT的制冷与发电系统，其特征是，所述的冷冻水箱设有第二出水管，该第二出水管与空调末端通过第四进口管相连，第二出水管和第四进口管之间设有第四水泵。

5.根据权利要求1或2所述的基于PVT的制冷与发电系统，其特征是，所述的PVT集热器设有第一输电线路；所述的热发电组件设有第二输电线路。

6.根据权利要求5所述的基于PVT的制冷与发电系统，其特征是，所述的热发电组件为热发电铁氰化铜-Cu/Cu²⁺组件，其中：铁氰化铜作为阴极电极，Cu/Cu²⁺作为阳极电极。

7.根据权利要求1所述的基于PVT的制冷与发电系统，其特征是，所述的热水箱设有辅助加热器。

8.根据权利要求1或7所述的基于PVT的制冷与发电系统，其特征是，所述的冷冻水箱与热水箱通过管路相连。

9.根据权利要求1～4、7中任一所述的基于PVT的制冷与发电系统，其特征是，进一步包括：冷却塔，该冷却塔与设置于吸附制冷机组内的第一冷却盘管相连，冷却塔底部设有与第一冷却盘管一端相连的第一出口管，第一出口管与第一冷却盘管之间第一水泵，从而使得第一冷却盘管两端与冷却塔形成冷却循环回路。

10.一种根据权利要求1～9中任一所述系统的制冷与发电方法，其特征在于，

在发电阶段，在晴天太阳辐照下，PVT集热器采集的太阳能通过光电转换进行一重发电，光电转换过程中产生的热能加热从热水箱中流入的储存水，在加热阶段通过辅助加热器对热水箱中储存水进行加热；当水温达到第一预设值时打开第二水泵，热水依次流经第一加热盘管和第二加热盘管并得到进一步加热；

在制冷阶段，冷冻水箱中冷却水在温度低于第二预设值时依次通过空调末端实现制冷，并通过蒸发盘管和第二冷却盘管得到进一步冷却；此时冷冻水和加热水在热发电组件中驱动阴阳电极实现二重发电，即阴极和阳极并列安装于热发电组件内，第二加热盘管覆盖于阴极和阳极的顶部，第二冷却盘管覆盖于阴极和阳极的底部；

所述的吸附制冷组件中蒸发盘管中冷冻水为空调末端提供冷量或冷却热发电组件；

所述的第一加热盘管中的热水用来加热吸附制冷机组或加热热发电组件。