CN106766357A - 一种制冷剂泵驱动的太阳能pvt热电联供系统 - Google Patents
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Abstract
一种制冷剂泵驱动的太阳能PVT热电联供系统，包括电力系统和制冷剂机械循环太阳能热泵系统，相对独立；制冷剂机械循环太阳能热泵系统包括水子系统和制冷剂子系统；水子系统由循环水泵作为动力驱动，包括蓄热水箱、循环水泵和板式换热器。制冷剂子系统由制冷剂泵驱动，包括高效太阳能热电联产组件、板式换热器、制冷剂泵和储液罐，制冷剂泵将储液罐中液体制冷剂送入高效太阳能热电联产组件的换热管流道中，换热管流道中制冷剂蒸气进入板式换热器，在板式换热器内与水进行换热，冷凝为液体的同时释放出热量，再沿流道汇集到储液罐中。电力系统设计为并网发电系统、市电互补离网发电系统和储能及微电网系统，并协同配合使用和灵活转变切换。
Description
技术领域
本发明涉及一种制冷剂泵驱动的新型制冷剂机械循环太阳能热泵系统，可同时同步高效开发利用太阳能资源的太阳能PVT热电联供系统。
背景技术
太阳能集热器目前已经在能源动力、制冷空调、社会生活、航天科技等领域有着十分广泛的应用，但是对太阳能的利用也存在着诸多问题。太阳能利用率较低是目前太阳能能源利用的瓶颈。能够显著提高太阳能光伏发电过程中的太阳能综合利用效率，并解决光伏电池片的冷却问题，实现太阳能光伏/光热资源同时同步深度开发利用的太阳能热电联供系统已开始展现其性能优势。在传统的太阳能热电联供系统中，冷却水在外界温度较低时会发生冻结，从而影响系统的正常运行，甚至会破坏热电联产组件板芯的结构，在寒冷地区的应用受到限制。因此，发明一种以制冷剂作为冷却介质，能量利用效率更高，且系统运行稳定性更好的热电联产组件和热电联供系统具有较大的实用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用制冷剂作为冷却介质，能量利用效率更高，且运行稳定性更好的制冷剂泵驱动的太阳能PVT热电联供系统。
本发明的技术方案：
一种制冷剂泵驱动的太阳能PVT热电联供系统，包括电力系统和制冷剂机械循环太阳能热泵系统，两系统之间相对独立；
制冷剂机械循环太阳能热泵系统包括水子系统和制冷剂子系统；
水子系统是由循环水泵作为动力驱动，包括蓄热水箱、循环水泵和板式换热器；在板式换热器中实现热量交换，将制冷剂吸收的热量传递到水中，循环水泵作为动力装置，将热水的热量储存在蓄热水箱中，由此完成水系统循环。
制冷剂子系统由制冷剂泵作为动力驱动，包括高效太阳能热电联产组件、板式换热器、制冷剂泵和储液罐，制冷剂泵将储液罐中液体制冷剂送入高效太阳能热电联产组件的换热管流道中，换热管流道中制冷剂蒸气进入板式换热器，在板式换热器内与水进行换热，冷凝为液体的同时释放出热量，再沿流道汇集到储液罐中；
其中，高效太阳能热电联产组件，由高效太阳能蒸发板和光伏电池片组成，层间由EVA胶膜层压粘接，四周用铝合金边框封装，背面做保温处理，其结构自上而下分别为：玻璃盖板、EVA胶膜、光伏电池片、EVA胶膜、黑色太阳能背板、EVA胶膜、高效太阳能蒸发板、保温层和封装底板。
所述的高效太阳能蒸发板用于收集太阳辐射能的金属整体式太阳能集热板，其一面为平板结构、另一面为制冷剂蛇形半圆式流道；其上设有一个进口和两个以上出口；高效太阳能蒸发板的四周向制冷剂蛇形半圆式流道面形成L形折边，以提高高效太阳能蒸发板自身的抵抗变形的强度；制冷剂蛇形半圆式流道中制冷剂作为换热媒介，气液两相流，高效太阳能蒸发板采用的流道管径为1～3mm的狭小制冷剂管路，且流道数量和总流通面积逐渐增加，以适应太阳能蒸发板内制冷剂气液两相流的特点以及最终出口处全部为制冷剂蒸气的特性。
所述的进口和出口处均采用插入焊的形式，焊接铜管引出，并且进口和出口处的引出管均由下端接出，保证高效平板式太阳能蒸发板正面为平面。
一种高效平板式太阳能蒸发板的制备方法，步骤如下：
采用单面吹胀或模板加工工艺制作而成的，采用两块金属板材，首先在下层板材上刻画出制冷剂蛇形半圆式流道形式图，再将两块金属板材复合并在四周焊接，再经热轧、冷轧和退火工艺，最后用氮气进行整体吹胀，此加工过程中保证一面为平板，另一面形成外鼓的制冷剂蛇形半圆式流道。一个进口多个出口的设计方式，沿管路逐渐由两管制分流为多管制，以减小流场阻力，保证流场稳定性。
本发明的有益效果：
1.一种制冷剂泵驱动的太阳能PVT热电联供系统不同于传统热泵系统形式的是，本系统是采用制冷剂泵作为驱动动力的机械循环，同时可通过制冷剂泵变频来调节制冷剂流量，而不采用传统热泵系统的压缩机循环的形式，从而更容易实现制冷剂流量控制和系统在不同工况下的稳定运行。
2.高效太阳能热电联产组件的光伏电池片采用高效单晶硅太阳能电池片，在正常工作过程中，光伏电池片通过光生伏特效应将太阳能转化为电能输出，但发电的同时电池片自身会发热，过高的温度会降低其发电效率，而且会缩短其使用寿命，高效太阳能热电联产组件下层的高效太阳能蒸发板流道内流通制冷剂，液体制冷剂通过自身的相变，吸热蒸发为制冷剂蒸气，此过程可吸收热量，起到给光伏组件降温的效果，提高电池片的发电效率，同时这部分热量得以利用，从而在最大程度上提高太阳能的综合利用效率。
3.电力系统设计有三种模式可选，并网发电系统、市电互补离网发电系统和储能及微电网系统，并可以协同配合使用和灵活转变切换。
附图说明
图1为一种制冷剂泵驱动的太阳能PVT热电联供系统原理图。
图2为高效太阳能热电联产组件整体封装俯视图。
图3为高效太阳能蒸发板结构图。
图4为高效太阳能热电联产组件A-A剖面图(组件分层结构图)。
图中：1补水阀；2电加热器；3蓄热水箱；4循环水泵；5板式换热器；6储液罐；7制冷剂泵；8干燥过滤器；9高效太阳能热电联产组件；10电磁阀；11水子系统；12制冷剂子系统；13高效太阳能热电联产组件；14单晶硅光伏电池片；15进口；16出口；17制冷剂流道；a封装底板；b保温层；c高效太阳能蒸发板；d EVA胶膜；e黑色太阳能背板；f EVA胶膜；g光伏电池片；hEVA胶膜；i超白钢化玻璃。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种制冷剂泵驱动的太阳能PVT热电联供系统，包括电力系统和制冷剂机械循环太阳能热泵系统，两系统之间相对独立；
制冷剂机械循环太阳能热泵系统包括水子系统和制冷剂子系统；
水子系统是由循环水泵作为动力驱动，包括蓄热水箱、循环水泵和板式换热器；在板式换热器中实现热量交换，将制冷剂吸收的热量传递到水中，循环水泵作为动力装置，将热水的热量储存在蓄热水箱中，由此完成水系统循环。
制冷剂子系统由制冷剂泵作为动力驱动，包括高效太阳能热电联产组件、板式换热器、制冷剂泵和储液罐，制冷剂泵将储液罐中液体制冷剂送入高效太阳能热电联产组件的换热管流道中，换热管流道中制冷剂蒸气进入板式换热器，在板式换热器内与水进行换热，冷凝为液体的同时释放出热量，再沿流道汇集到储液罐中；
其中，高效太阳能热电联产组件，由高效太阳能蒸发板和光伏电池片组成，层间由EVA胶膜层压粘接，四周用铝合金边框封装，背面做保温处理，其结构自上而下分别为：玻璃盖板、EVA胶膜、光伏电池片、EVA胶膜、黑色太阳能背板、EVA胶膜、高效太阳能蒸发板、保温层和封装底板。
所述的高效太阳能蒸发板用于收集太阳辐射能的金属整体式太阳能集热板，其一面为平板结构、另一面为制冷剂蛇形半圆式流道；其上设有一个进口和两个以上出口；高效太阳能蒸发板的四周向制冷剂蛇形半圆式流道面形成L形折边，以提高高效太阳能蒸发板自身的抵抗变形的强度；制冷剂蛇形半圆式流道中制冷剂作为换热媒介，气液两相流，高效太阳能蒸发板采用的流道管径为1～3mm的狭小制冷剂管路，且流道数量和总流通面积逐渐增加，以适应太阳能蒸发板内制冷剂气液两相流的特点以及最终出口处全部为制冷剂蒸气的特性。
所述的进口和出口处均采用插入焊的形式，焊接铜管引出，并且进口和出口处的引出管均由下端接出，保证高效平板式太阳能蒸发板正面为平面。
一种高效平板式太阳能蒸发板的制备方法，步骤如下：
采用单面吹胀或模板加工工艺制作而成的，采用两块金属板材，首先在下层板材上刻画出制冷剂蛇形半圆式流道形式图，再将两块金属板材复合并在四周焊接，再经热轧、冷轧和退火工艺，最后用氮气进行整体吹胀，此加工过程中保证一面为平板，另一面形成外鼓的制冷剂蛇形半圆式流道。一个进口多个出口的设计方式，沿管路逐渐由两管制分流为多管制，以减小流场阻力，保证流场稳定性。
系统正常工作过程中，太阳光照射到高效太阳能热电联产组件上，光伏电池片利用光生伏特效应将光能直接转化为直流电能输出，再通过逆变器的转换，将直流电能转化为交流电能输出。但电池片发电的同时自身会发热，同时涂有选择性吸收涂层的高效太阳能蒸发板也会吸收太阳辐射能而使板面温度升高，过高的温度会降低电池片的发电效率，而且会缩短其使用寿命。此时，太阳能蒸发板流道内的制冷剂循环可以有效的起到给电池片降温的效果，提高电池片的发电效率，同时这部分热量得以利用，从而在最大程度上提高了太阳能的综合利用效率。具体是通过制冷剂机械循环太阳能热泵系统来实现的，系统在正常工作过程中，制冷剂泵将储液罐中的液体制冷剂送入高效太阳能热电联产组件的换热管流道中，液体制冷剂通过自身的相变，沿管路逐渐吸热蒸发，逐渐变为制冷剂蒸气，最终当制冷剂完全流经蒸发板后，则全部蒸发为制冷剂蒸气，从出口流出后，进入板式换热器，在板式换热器内与水进行换热，冷凝为液体的同时释放出热量，再沿流道汇集到储液罐中。制冷剂泵作为动力装置，完成制冷剂系统循环。通过此制冷剂机械循环太阳能热泵系统，将这两部分热量得以高效利用，提高了太阳能的综合利用效率。
电力系统可分为并网发电系统、市电互补离网发电系统和储能及智能微电网系统，并可以协同配合使用和灵活转变切换。光伏并网发电系统是将组件发出的电量并入国家电网，再从国家电网取电供给用户负载使用，工作模式可以有全部上网、全部自用和自发自剩余电量上网三种，该套系统主要由并网逆变器、智能电表、用户配电柜等组成，之间用导线连接。市电互补离网发电系统是将组件发出的电量全部储存在蓄电池组中，再通过离网逆变器从蓄电池组中取电，供给用户负载使用，并由光伏控制器来控制蓄电池的充放电过程，并具有过充过放保护作用，该套系统主要由光伏控制器、蓄电池组、离网逆变器组成。储能及智能微电网系统是太阳能光伏组件与国家电网并列运行的，光储系统可以独立供电，支持市电优先、微网优先、并列运行三种工作模式，可以实现各模式间的无缝切换，该套系统主要由光伏控制器、蓄电池组、储能变流器和智能配电柜等设备部件组成。
一种制冷剂泵驱动的太阳能PVT热电联供系统中的所有用电设备，如水泵、制冷剂泵、蓄热水箱电加热器等，其电力来源全部可以由系统本身所发的电来提供，可以实现系统用电的“自给自足”。且该系统不消耗任何常规能源，而是利用取之不尽、用之不竭的太阳能清洁能源，能源来源充足，绿色无污染。系统安全可靠，没有爆炸、漏电、漏气等会造成人身伤害的危险，且可实现自动运行，操作简单，无维修工作量。系统设有辅助加热设施和储热蓄电设施，即使夜间或阴雨天以及太阳被云层遮蔽时，可充分发挥其功能，也能全天候使用。
一种制冷剂泵驱动的太阳能PVT热电联供系统便于连接和组装，打破了传统太阳能集热器的单一运行模式，可以同时实现太阳能向热能和电能的转化，实现太阳能的多元化利用，能够显著提高太阳能的利用效率，最大程度上达到了节能减排的效果。
Claims (4)
1.一种制冷剂泵驱动的太阳能PVT热电联供系统，其特征在于，该太阳能PVT热电联供系统包括电力系统和制冷剂机械循环太阳能热泵系统，两系统之间相对独立；
制冷剂机械循环太阳能热泵系统包括水子系统和制冷剂子系统；
水子系统是由循环水泵作为动力驱动，包括蓄热水箱、循环水泵和板式换热器；在板式换热器中实现热量交换，将制冷剂吸收的热量传递到水中，循环水泵作为动力装置，将热水的热量储存在蓄热水箱中，由此完成水系统循环；
制冷剂子系统由制冷剂泵作为动力驱动，包括高效太阳能热电联产组件、板式换热器、制冷剂泵和储液罐，制冷剂泵将储液罐中液体制冷剂送入高效太阳能热电联产组件的换热管流道中，换热管流道中制冷剂蒸气进入板式换热器，在板式换热器内与水进行换热，冷凝为液体的同时释放出热量，再沿流道汇集到储液罐中；
其中，高效太阳能热电联产组件，由高效太阳能蒸发板和光伏电池片组成，层间由EVA胶膜层压粘接，四周用铝合金边框封装，背面做保温处理，其结构自上而下分别为：玻璃盖板、EVA胶膜、光伏电池片、EVA胶膜、黑色太阳能背板、EVA胶膜、高效太阳能蒸发板、保温层和封装底板。
2.根据权利要求1所述的太阳能PVT热电联供系统，其特征在于，所述的高效太阳能蒸发板用于收集太阳辐射能的金属整体式太阳能集热板，其一面为平板结构、另一面为制冷剂蛇形半圆式流道；其上设有一个进口和两个以上出口；高效太阳能蒸发板的四周向制冷剂蛇形半圆式流道面形成L形折边，以提高高效太阳能蒸发板自身的抵抗变形的强度；制冷剂蛇形半圆式流道中制冷剂作为换热媒介，气液两相流，高效太阳能蒸发板采用的流道管径为1～3mm的狭小制冷剂管路，且流道数量和总流通面积逐渐增加，以适应太阳能蒸发板内制冷剂气液两相流的特点以及最终出口处全部为制冷剂蒸气的特性。
3.根据权利要求2所述的太阳能PVT热电联供系统，其特征在于，所述的进口和出口处均采用插入焊的形式，焊接铜管引出，并且进口和出口处的引出管均由下端接出，保证高效平板式太阳能蒸发板正面为平面。
4.根据权利要求1-3任一所述的太阳能PVT热电联供系统，其特征在于，所述的电力系统为光伏并网发电系统、市电互补离网发电系统或储能及微电网系统，或三者协同配合使用和灵活转变切换。
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- 2016-12-14 CN CN201611152964.3A patent/CN106766357A/zh not_active Withdrawn
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