CN106533358A - 自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置，包括由太阳能电池、控制器、蓄电池、逆变器组成的光伏发电系统，还包括热吸收系统，所述热吸收系统包括热力循环回路和用户热水回路，热力循环回路包括水路连接的水循环集热器、换热器、水流管道、驱动泵，所述用户热水回路包括保温水箱、进水阀、出水阀，所述换热器设置在保温水箱内且与保温水箱内的水体进行热交换，所述太阳能电池与水循环集热器整合为系统集热器。本发明系统结构简单、冷却循环效果良好。

Description

自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置及控制 方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，是涉及一种自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置及控制方法。
背景技术
独立和并网光伏发电系统在技术和工程上比较成熟，但依然面临着效率较低和单位发电成本高的问题，需要国家政策的扶持才能广泛应用。以目前的工程技术水平，入射太阳能转换为电能的比例大约为15%，其余大部分能量都转化为热能浪费了，这些热能还使光伏组件的温度升高，过高的温度降低了发电效率。光伏/光热集热器（Photo-Voltaic/Thermal collector，简写为PV/T）将光伏发电与太阳能热吸收器结合，可以在降低光伏电池组件温度的同时将光伏电池组件上的热量通过空气或者水回收，产生40-60摄氏度的热水供居民生活或取暖或其它民用或工业领域（如工业催化加热、干燥等）使用。PV/T提高了太阳能利用的效率。
目前的PV/T集热装置的主要缺点在于：
（1）结构复杂，密封性差。
A、盒状冷却器有单面和双面两种：双面盒独立形成密闭空间，但是比较浪费材料；单面盒直接在组件背面安装，利用盒边缘与组件之间的应力及密封胶的弹性来保证水密性。由于电池组件的机械强度并不是太高，盒边缘的应力容易引起太阳能电池组件开裂；密封胶在阳光下也容易氧化失效。
B、平行管结构的衔接处较多，很容易因为密封胶老化等问题造成冷却水泄漏。
（2）冷却循环水泵消耗大量驱动功率，影响系统整体性能。太阳照射的能量密度较低，有时循环驱动功率甚至大于太阳能入射功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种系统结构简单、冷却循环效果良好的光伏光热综合利用装置及控制方法，以克服现有技术中所存在的不足。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置，包括由太阳能电池、控制器、蓄电池、逆变器组成的光伏发电系统，还包括热吸收系统，其特征在于：所述热吸收系统包括热力循环回路和用户热水回路，热力循环回路包括水路连接的水循环集热器、换热器、水流管道、驱动泵，所述用户热水回路包括保温水箱、进水阀、出水阀，所述换热器设置在保温水箱内且与保温水箱内的水体进行热交换，所述太阳能电池与水循环集热器整合为系统集热器。
所述保温水箱内设置辅助加热器。
所述热力循环回路上还设置有流量计、补水阀、放气阀。
所述保温水箱设置排水阀。
所述系统集热器为多层结构，其中包括太阳能电池、TPT背膜、水循环集热器、保温层。
所述太阳能电池包括顺序连接的钢化玻璃层、EVA胶膜层、太阳能晶体芯片、EVA胶膜层。
一种自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1）分别检测太阳入射功率、太阳能电池组件表面温度Tsurf、保温水箱水温Tu数据；
S2）若太阳入射功率大于300W，执行步骤S3），否则执行步骤S5）；
S3）若Tsurf减Tu的差值大于5度，执行步骤S4），否则执行步骤S5）；
S4）以太阳入射功率、太阳能电池组件表面温度Tsurf、保温水箱水温Tu为自变量，运用PID算法得到驱动泵工作功率控制驱动泵运行；
S5）驱动泵输出功率为0。
本发明的有益效果是：
1）本发明的集热器的冷却水运行轨道采用连续蛇形管道结构设计，管道只有一个进口和一个出口，密封性好，不易泄露；与电池组件之间的联结只需要机械上的固定即可实现，组装方便。连续蛇形管道由直管弯曲而成，加工难度低，适合大批量低成本生产。
2）循环水泵动态驱动设计，根据太阳能的入射功率及太阳能电池组件表面的温度，结合保温水箱内部温度，动态决定循环水泵的驱动功率，相比恒功率驱动的方式，节能效果显著。
3）当集热器温度低于保温水箱内水温时，驱动水泵停止运转，热量在保温水箱内保持，因而可以取消或者降低对PV/T集热器背面保温层的要求，可以很大程度上降低系统复杂度与成本。
附图说明
图1是本发明的PV/T系统结构示意图。
图2是本发明的PV/T发电集热器结构示意图。
图3是本发明的水循环集热器结构示意图。
图4是本发明的循环水泵动态驱动控制流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包含一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接。也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
一种自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置，包括由太阳能电池、控制器1、蓄电池2、逆变器3组成的光伏发电系统，还包括热吸收系统，所述热吸收系统包括热力循环回路和用户热水回路，热力循环回路包括水路连接的水循环集热器、换热器4、水流管道、驱动泵5，所述用户热水回路包括保温水箱6、进水阀7、出水阀8，所述换热器设置在保温水箱内且与保温水箱内的水体进行热交换，所述太阳能电池与水循环集热器整合为系统集热器9。
保温水箱内设置辅助加热器11，热力循环回路上还设置有流量计12、补水阀13、放气阀15。保温水箱设置排水阀14。
本发明提供的节能型集热装置，其主要特点是：
（1）采用连续蛇形管道结构设计PV/T集热装置
为降低制造工艺难度、增强可靠性，本装置采用连续蛇形管道作为集热器的冷却水运行轨道。设计PV/T系统水冷装置的结构框图如图１所示。PV/T系统的结构主要由光伏发电系统和热吸收系统两部分构成：光伏发电由太阳能电池产生的电力由控制器1控制，可以存储到蓄电池2，也可以经由逆变器3逆变后供给负载16或者并入电网17。热吸收系统包含两个相互独立的水循环回路，热力循环回路和用户热水回路。热力循环回路包含PV/T集热器、50升的保温水箱、水流管道、驱动泵、补水阀、辅助加热器、流量计、温度计和泄压阀等。热力循环回路在流过保温水箱时，只有热交换，而不与保温水箱中的水直接接触，这样就将用户热水与循环用水隔离，保证了用户用水的卫生。驱动泵用电力驱动，强制水流在管道内循环，驱动泵的功率决定了管道内冷却水的流动速度。流量计和温度计用于测量系统参数，被测的温度变量包括：热器的进水温度Tin，出水温度Tout，太阳能电池组件表面温度Tsurf，以及保温水箱内的水温Tu。辅助电加热器在太阳能热量不足时辅助加热。补水阀用于补充热力循环回路的水量，放气阀将循环回路过大的水汽压力释放。
PV/T系统由单晶硅太阳能电池和水循环集热器及玻璃棉保温层构成。设计的PV/T发电集热器结构示意图如图2所示。它是由许多层不同的材料粘合层压及组合在一起，从左至右依次为钢化玻璃21、EVA胶膜22、太阳能晶体芯片23、EVA胶膜22、TPT背膜24、水循环集热器25及保温层26。从剖面图看，左边四层隶属于太阳能电池，从左到右分别是钢化玻璃、太阳能芯片和背膜。EVA胶膜用于三者之间的固定和联结。水冷装置安装在太阳能电池组件的背面，将常规太阳能组件的铝合金框加宽，贴合上水冷装置，然后用绝热玻璃棉保温。图3是水循环集热器25的结构示意图。
（2）循环水泵动态驱动控制方法
用温度传感器测量集热器表面温度Tsurf，以及保温水箱中的水温Tu,同时用太阳能功率计测试当时的太阳能入射功率Psolar，以三个参数为自变量，控制循环驱动水泵的运转。控制流程图如图4所示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同替换所限定，在未经创造性劳动所作的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置，包括由太阳能电池、控制器、蓄电池、逆变器组成的光伏发电系统，还包括热吸收系统，其特征在于：所述热吸收系统包括热力循环回路和用户热水回路，热力循环回路包括水路连接的水循环集热器、换热器、水流管道、驱动泵，所述用户热水回路包括保温水箱、进水阀、出水阀，所述换热器设置在保温水箱内且与保温水箱内的水体进行热交换，所述太阳能电池与水循环集热器整合为系统集热器。
2.根据权利要求1所述的自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述保温水箱内设置辅助加热器。
3.根据权利要求2所述的自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述热力循环回路上还设置有流量计、补水阀、放气阀。
4.根据权利要求3所述的自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述保温水箱设置排水阀。
5.根据权利要求1-4任一所述的自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述系统集热器为多层结构，其中包括太阳能电池、TPT背膜、水循环集热器、保温层。
6.根据权利要求5所述的自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置，其特征在于：所述太阳能电池包括顺序连接的钢化玻璃层、EVA胶膜层、太阳能晶体芯片、EVA胶膜层。
7.根据权利要求1所述自动调节循环泵驱动功率的光伏光热综合利用装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1）分别检测太阳入射功率、太阳能电池组件表面温度Tsurf、保温水箱水温Tu数据；
S2）若太阳入射功率大于300W，执行步骤S3），否则执行步骤S5）；
S3）若Tsurf减Tu的差值大于5度，执行步骤S4），否则执行步骤S5）；
S4）以太阳入射功率、太阳能电池组件表面温度Tsurf、保温水箱水温Tu为自变量，运用PID算法得到驱动泵工作功率控制驱动泵运行；
S5）驱动泵输出功率为0。
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