CN106849866B - 一种太阳能高效利用的热电冷一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能高效利用的热电冷一体化系统，属于太阳能利用技术领域。本发明解决太阳能光伏光热技术中光伏电池温度高、太阳能光热转换效率低的技术问题。本发明的技术方案是：一种太阳能高效利用的热电冷一体化系统，其中：包括太阳能光伏发电系统、低温有机工质发电系统、太阳能光热供暖系统和制冷热泵系统。本发明具有综合利用率高、能有效降低光伏电池温度、太阳能光热转换效率高的优点。

Description

一种太阳能高效利用的热电冷一体化系统
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，特别是涉及一种太阳能高效利用的热电冷一体化系统。
背景技术
太阳能以其清洁无污染和资源丰富的优势被认为是具有巨大发展潜力的可再生能源，且太阳能的高效综合利用被视为缓解目前能源紧缺和环境破坏的有效途径。太阳能光伏光热技术将光伏发电与太阳能热利用相结合，降低光伏板工作温度的同时能够回收一定温度的热量，综合提高太阳能光热转换效率。然而光伏电池板温度是影响太阳能高效利用率的重要因素，如何降低光伏电池温度、综合提高太阳能光热转换效率是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种太阳能高效利用的热电冷一体化系统，解决太阳能光伏光热技术中光伏电池温度高、太阳能光热转换效率低的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种太阳能高效利用的热电冷一体化系统，其中：包括太阳能光伏发电系统、低温有机工质发电系统、太阳能光热供暖系统和制冷热泵系统；
所述太阳能光伏发电系统包括光伏组件、光伏逆变系统、公共电网、控制器和水箱；所述光伏组件的光伏电池与光伏逆变系统连接，所述光伏逆变系统的输出端分别与公共电网和控制器连接；所述光伏组件与水箱连接；
所述低温有机工质发电系统包括活塞式容积可调中温换热装置、膨胀机、发电机、第一循环泵、发电系统冷凝器、冷却循环系统；所述活塞式容积可调中温换热装置的循环水入水口与水箱连接，所述活塞式容积可调中温换热装置的循环水出水口与太阳能光热供暖系统连接，所述活塞式容积可调中温换热装置的蒸汽口与膨胀机的蒸汽口连接，膨胀机的出口与第一循环泵的进口连接、第一循环泵的出口与发电系统冷凝器进口连接，发电系统冷凝器出液口与活塞式容积可调中温换热装置进液口连接，所述膨胀机的与发电机连接，发电机与公共电网连接；所述冷却循环系统包括第二循环泵、冷却水水箱、第七三通电磁阀、发电系统冷却器和第八三通电磁阀；所述发电系统冷凝器的冷却水进水口与第二循环泵的出水口连接，第二循环泵的进水口与冷却水水箱的出水口连接，冷却水水箱的进水口与第七三通电磁阀的一个水平接口连接，第七三通电磁阀的垂直接口与发电系统冷却器的出口连接，发电系统冷却器的进口与第八三通电磁阀的垂直接口连接，第八三通电磁阀的一个水平接口与发电系统冷凝器的冷却水出水口连接，第七三通电磁阀的另一个水平接口与第四三通电磁阀的垂直接口连接，第八三通电磁阀的另一个水平接口与集水器的进水口连接；
所述太阳能光热供暖系统包括第一三通电磁阀、第三循环泵、供暖系统冷却器、第二三通电磁阀、供暖系统集水器、供暖末端；所述第一三通电磁阀的一个水平接口与活塞式容积可调中温换热装置的循环水出水口连接，第一三通电磁阀的另一个水平接口与供暖系统集水器一个入水口连接，供暖系统集水器的出水口与供暖末端进水口连接，供暖末端的回水口与第二三通电磁阀的一个水平接口连接，第二三通电磁阀的另一个水平接口与制冷热泵系统连接，第一三通电磁阀的垂直接口与第三循环泵的进水口连接，第三循环泵的出水口与供暖系统冷却器的进口连接，供暖系统冷却器的出口与第二三通电磁阀的垂直接口连接；
所述制冷热泵系统包括蒸发器、压缩机、制冷热泵系统冷凝器、膨胀阀、第四循环泵、冷凝器冷却循环系统和集水器；所述蒸发器的进水口与第二三通电磁阀的水平接口连接，蒸发器的出水口与第四循环泵的进水口连接，第四循环泵的出水口与第三三通电磁阀的一个水平接口连接，第三三通电磁阀的另一个水平接口与第四三通电磁阀的一个水平接口连接，第四三通电磁阀的另一个水平接口与光伏组件连接；蒸发器的出气口与压缩机进气口连接，压缩机出气口与制冷热泵系统冷凝器进气口连接，制冷热泵系统冷凝器出液口与膨胀阀一端连接，膨胀阀另一端与蒸发器的进液口连接；所述冷凝器冷却循环系统包括制冷热泵系统水箱、第五循环泵、第六三通电磁阀、制冷热泵系统冷却器和第五三通电磁阀，制冷热泵系统冷凝器的冷却水出水口与制冷热泵系统冷却水水箱的进水口连接，制冷热泵系统冷却水水箱的出水口与第五循环泵进水口连接，第五循环泵出水口与第六三通电磁阀的一个水平接口连接，第六三通电磁阀的垂直接口与制冷热泵系统冷却器的进口连接，制冷热泵系统冷却器的出口与第五三通电磁阀的垂直接口连接，第五三通电磁阀的一个水平接口与制冷热泵系统冷凝器的冷却水进水口连接，第五三通电磁阀的另一个水平接口与第三三通电磁阀的垂直接口连接，第六三通电磁阀的另一个水平接口与集水器的入水口连接，集水器的出水口与供暖系统集水器另一个入水口连接。
进一步，所述活塞式容积可调中温换热装置为满液式换热装置，所述塞式容积可调中温换热装置的换热管为蛇形排布翅片管。
本发明中太阳能光伏发电系统、低温有机工质发电系统、太阳能光热供暖系统和制冷热泵系统通过调节，可实现不同工况和不同工作模式的切换；利用活塞式可调容积中温换热器作为低温有机工质发电循环蒸发器，可根据不同的光照强度和供暖需求改变蓄水容积，匹配有机工质与系统热水之间的换热量，在调控系统流量的同时为低温有机工质发电系统提供足够的热量，提高系统总的发电量；通过低温有机工质发电系统的冷凝器、热泵系统冷凝器放出的热量与太阳能光热系统的联合供热，有效提高了供暖效率。
与现有技术相比，本发明具有综合利用率高、能有效降低光伏电池温度、太阳能光热转换效率高优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，一种太阳能高效利用的热电冷一体化系统，其中：包括太阳能光伏发电系统1、低温有机工质发电系统2、太阳能光热供暖系统3和制冷热泵系统4；
所述太阳能光伏发电系统1包括光伏组件1-1、光伏逆变系统1-2、公共电网1-3、控制器1-4和水箱1-5；所述光伏组件1-1的光伏电池与光伏逆变系统1-2连接，所述光伏逆变系统1-2的输出端分别与公共电网1-3和控制器1-4连接；所述光伏组件1-1与水箱1-5连接；
所述低温有机工质发电系统2包括活塞式容积可调中温换热装置2-1、膨胀机2-2、发电机2-3、第一循环泵2-4、发电系统冷凝器2-5、冷却循环系统2-6；所述活塞式容积可调中温换热装置2-1的循环水入水口与水箱1-5连接，所述活塞式容积可调中温换热装置2-1的循环水出水口与太阳能光热供暖系统3连接，所述活塞式容积可调中温换热装置2-1的蒸汽口与膨胀机2-2的蒸汽口连接，膨胀机2-2的出口与第一循环泵2-4的进口连接、第一循环泵2-4的出口与发电系统冷凝器2-5进口连接，发电系统冷凝器2-5出液口与活塞式容积可调中温换热装置2-1进液口连接，所述膨胀机2-2的与发电机2-3连接，发电机2-3与公共电网1-3连接；所述冷却循环系统2-6包括第二循环泵2-6-1、冷却水水箱2-6-2、第七三通电磁阀2-6-3、发电系统冷却器2-6-4和第八三通电磁阀2-6-5；所述发电系统冷凝器2-5的冷却水进水口与第二循环泵2-6-1的出水口连接，第二循环泵2-6-1的进水口与冷却水水箱2-6-2的出水口连接，冷却水水箱2-6-2的进水口与第七三通电磁阀2-6-3的一个水平接口连接，第七三通电磁阀2-6-3的垂直接口与发电系统冷却器2-6-4的出口连接，发电系统冷却器2-6-4的进口与第八三通电磁阀2-6-5的垂直接口连接，第八三通电磁阀2-6-5的一个水平接口与发电系统冷凝器2-5的冷却水出水口连接，第七三通电磁阀2-6-3的另一个水平接口与第四三通电磁阀6的垂直接口连接，第八三通电磁阀2-6-5的另一个水平接口与集水器4-7的进水口连接；
所述太阳能光热供暖系统3包括第一三通电磁阀3-1、第三循环泵3-2、供暖系统冷却器3-3、第二三通电磁阀3-4、供暖系统集水器3-5、供暖末端3-6；所述第一三通电磁阀3-1的一个水平接口与活塞式容积可调中温换热装置2-1的循环水出水口连接，第一三通电磁阀3-1的另一个水平接口与供暖系统集水器3-5一个入水口连接，供暖系统集水器3-5的出水口与供暖末端3-6进水口连接，供暖末端3-6的回水口与第二三通电磁阀3-4的一个水平接口连接，第二三通电磁阀3-4的另一个水平接口与制冷热泵系统4连接，第一三通电磁阀3-1的垂直接口与第三循环泵3-2的进水口连接，第三循环泵3-2的出水口与供暖系统冷却器3-3的进口连接，供暖系统冷却器3-3的出口与第二三通电磁阀3-4的垂直接口连接；
所述制冷热泵系统4包括蒸发器4-1、压缩机4-2、制冷热泵系统冷凝器4-3、膨胀阀4-4、第四循环泵4-5、冷凝器冷却循环系统4-6和集水器4-7；所述蒸发器4-1的进水口与第二三通电磁阀3-4的水平接口连接，蒸发器4-1的出水口与第四循环泵4-5的进水口连接，第四循环泵4-5的出水口与第三三通电磁阀5的一个水平接口连接，第三三通电磁阀5的另一个水平接口与第四三通电磁阀6的一个水平接口连接，第四三通电磁阀6的另一个水平接口与光伏组件1-1连接；蒸发器4-1的出气口与压缩机4-2进气口连接，压缩机4-2出气口与制冷热泵系统冷凝器4-3进气口连接，制冷热泵系统冷凝器4-3出液口与膨胀阀4-4一端连接，膨胀阀4-4另一端与蒸发器4-1的进液口连接；所述冷凝器冷却循环系统4-6包括制冷热泵系统水箱4-6-1、第五循环泵4-6-2、第六三通电磁阀4-6-3、制冷热泵系统冷却器4-6-4和第五三通电磁阀4-6-5，制冷热泵系统冷凝器4-3的冷却水出水口与制冷热泵系统冷却水水箱4-6-1的进水口连接，制冷热泵系统冷却水水箱4-6-1的出水口与第五循环泵4-6-2进水口连接，第五循环泵4-6-2出水口与第六三通电磁阀4-6-3的一个水平接口连接，第六三通电磁阀4-6-3的垂直接口与制冷热泵系统冷却器4-6-4的进口连接，制冷热泵系统冷却器4-6-4的出口与第五三通电磁阀4-6-5的垂直接口连接，第五三通电磁阀4-6-5的一个水平接口与制冷热泵系统冷凝器4-3的冷却水进水口连接，第五三通电磁阀4-6-5的另一个水平接口与第三三通电磁阀5的垂直接口连接，第六三通电磁阀4-6-3的另一个水平接口与集水器4-7的入水口连接，集水器4-7的出水口与供暖系统集水器3-5另一个入水口连接。
进一步，所述活塞式容积可调中温换热装置2-1为满液式换热装置，所述塞式容积可调中温换热装置2-1的换热管为蛇形排布翅片管。
本发明的工作过程及原理：
太阳能光伏发电系统1的光伏组件1-1将太阳能转化为电能，并通过光伏逆变系统1-2分别与公共电网1-3和控制器1-4连接并将一部分电量输送至公共电网1-3，将另一部分电量输送至控制器1-4；
所述低温有机工质发电系统2以活塞式容积可调中温换热装置2-1为蒸发器，低温有机工质发电系统2可根据不同的光照强度和供暖需求改变蓄水容积，实现有机工质与系统热水之间换热量的匹配，所述光伏组件1-1通过水箱1-5输出的热循环水进入活塞式容积可调中温换热装置2-1并与低温有机工质进行一次换热，所述活塞式容积可调中温换热装置2-1产生的有机工质蒸汽与膨胀机2-2连接推动膨胀机2-2做功，所述膨胀机2-2与发电机2-3连接带动发电机2-3发电，并将发电机2-3发电量输入公共电网1-3；实现太阳能光伏发电系统1与低温有机工质发电系统2联合发电，增大了系统的发电量；
在夏季无需向太阳能光热供暖系统3供热时，通过调节第一三通电磁阀3-1和第二三通电磁阀3-4，使得低温有机工质发电系统2流出的循环水不再流入供暖系统3-6，而是经第三循环泵3-2和供暖系统冷却器3-3冷却后流入制冷热泵系统4，制冷热泵系统4通过蒸发器4-1进一步降低循环水回水温度，降温后的循环水经过第四循环泵4-5、第三三通电磁阀5和第四三通电磁阀6返回太阳能光伏组件1-1；
在供暖期，低温有机工质发电系统2流出的循环水经过第一三通电磁阀3-1和供暖系统集水器3-5流入供暖末端3-6进行供暖，供暖末端3-6流出的循环水经过第二三通电磁阀3-4流入制冷热泵系统4的蒸发器4-1，然后经过第四循环泵4-5后流出制冷热泵系统4，制冷热泵系统4流出的部分循环水通过第三三通电磁阀5的分流作用后，经过第五三通电磁阀4-6-5流入制冷热泵系统冷凝器4-3进行二次加热，二次加热后经过冷热泵系统水箱4-6-1、第五循环泵4-6-2和第六三通电磁阀4-6-3后进入集水器4-7，通过集水器4-7再次流入供暖末端3-6进行供热；制冷热泵系统4流出的部分循环水经过第四三通电磁阀6的分流作用后经过第七三通电磁阀2-6-3、冷却水水箱2-6-2、第二循环泵2-6-1后进入发电系统冷凝器2-5进行二次加热，二次加热后经过第八三通电磁阀2-6-5后进入集水器4-7，通过集水器4-7再次流入供暖末端3-6进行供热；制冷热泵系统4流出的剩余部分循环水返回至太阳能光伏组件1-1。太阳能光伏发电系统1、低温有机工质发电系统2、太阳能光热供暖系统3以及制冷热泵系统4联合供暖，在实现了太阳能梯级利用的同时降低了光伏电池的温度，高效利用了太阳能、提高了光电转换的效率。
本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型都应为权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种太阳能高效利用的热电冷一体化系统，其特征在于：包括太阳能光伏发电系统(1)、低温有机工质发电系统(2)、太阳能光热供暖系统(3)和制冷热泵系统(4)；
所述太阳能光伏发电系统(1)包括光伏组件(1-1)、光伏逆变系统(1-2)、公共电网(1-3)、控制器(1-4)和水箱(1-5)；所述光伏组件(1-1)的光伏电池与光伏逆变系统(1-2)连接，所述光伏逆变系统(1-2)的输出端分别与公共电网(1-3)和控制器(1-4)连接；所述光伏组件(1-1)与水箱(1-5)连接；
所述低温有机工质发电系统(2)包括活塞式容积可调中温换热装置(2-1)、膨胀机(2-2)、发电机(2-3)、第一循环泵(2-4)、发电系统冷凝器(2-5)、冷却循环系统(2-6)；所述活塞式容积可调中温换热装置(2-1)的循环水入水口与水箱(1-5)连接，所述活塞式容积可调中温换热装置(2-1)的循环水出水口与太阳能光热供暖系统(3)连接，所述活塞式容积可调中温换热装置(2-1)的蒸汽口与膨胀机(2-2)的蒸汽口连接，膨胀机(2-2)的出口与第一循环泵(2-4)的进口连接、第一循环泵(2-4)的出口与发电系统冷凝器(2-5)进口连接，发电系统冷凝器(2-5)出液口与活塞式容积可调中温换热装置(2-1)进液口连接，所述膨胀机(2-2)的与发电机(2-3)连接，发电机(2-3)与公共电网(1-3)连接；所述冷却循环系统(2-6)包括第二循环泵(2-6-1)、冷却水水箱(2-6-2)、第七三通电磁阀(2-6-3)、发电系统冷却器(2-6-4)和第八三通电磁阀(2-6-5)；所述发电系统冷凝器(2-5)的冷却水进水口与第二循环泵(2-6-1)的出水口连接，第二循环泵(2-6-1)的进水口与冷却水水箱(2-6-2)的出水口连接，冷却水水箱(2-6-2)的进水口与第七三通电磁阀(2-6-3)的一个水平接口连接，第七三通电磁阀(2-6-3)的垂直接口与发电系统冷却器(2-6-4)的出口连接，发电系统冷却器(2-6-4)的进口与第八三通电磁阀(2-6-5)的垂直接口连接，第八三通电磁阀(2-6-5)的一个水平接口与发电系统冷凝器(2-5)的冷却水出水口连接，第七三通电磁阀(2-6-3)的另一个水平接口与第四三通电磁阀(6)的垂直接口连接，第八三通电磁阀(2-6-5)的另一个水平接口与集水器(4-7)的进水口连接；
所述太阳能光热供暖系统(3)包括第一三通电磁阀(3-1)、第三循环泵(3-2)、供暖系统冷却器(3-3)、第二三通电磁阀(3-4)、供暖系统集水器(3-5)、供暖末端(3-6)；所述第一三通电磁阀(3-1)的一个水平接口与活塞式容积可调中温换热装置(2-1)的循环水出水口连接，第一三通电磁阀(3-1)的另一个水平接口与供暖系统集水器(3-5)一个入水口连接，供暖系统集水器(3-5)的出水口与供暖末端(3-6)进水口连接，供暖末端(3-6)的回水口与第二三通电磁阀(3-4)的一个水平接口连接，第二三通电磁阀(3-4)的另一个水平接口与制冷热泵系统(4)连接，第一三通电磁阀(3-1)的垂直接口与第三循环泵(3-2)的进水口连接，第三循环泵(3-2)的出水口与供暖系统冷却器(3-3)的进口连接，供暖系统冷却器(3-3)的出口与第二三通电磁阀(3-4)的垂直接口连接；
所述制冷热泵系统(4)包括蒸发器(4-1)、压缩机(4-2)、制冷热泵系统冷凝器(4-3)、膨胀阀(4-4)、第四循环泵(4-5)、冷凝器冷却循环系统(4-6)和集水器(4-7)；所述蒸发器(4-1)的进水口与第二三通电磁阀(3-4)的水平接口连接，蒸发器(4-1)的出水口与第四循环泵(4-5)的进水口连接，第四循环泵(4-5)的出水口与第三三通电磁阀(5)的一个水平接口连接，第三三通电磁阀(5)的另一个水平接口与第四三通电磁阀(6)的一个水平接口连接，第四三通电磁阀(6)的另一个水平接口与光伏组件(1-1)连接；蒸发器(4-1)的出气口与压缩机(4-2)进气口连接，压缩机(4-2)出气口与制冷热泵系统冷凝器(4-3)进气口连接，制冷热泵系统冷凝器(4-3)出液口与膨胀阀(4-4)一端连接，膨胀阀(4-4)另一端与蒸发器(4-1)的进液口连接；所述冷凝器冷却循环系统(4-6)包括制冷热泵系统水箱(4-6-1)、第五循环泵(4-6-2)、第六三通电磁阀(4-6-3)、制冷热泵系统冷却器(4-6-4)和第五三通电磁阀(4-6-5)，制冷热泵系统冷凝器(4-3)的冷却水出水口与制冷热泵系统冷却水水箱(4-6-1)的进水口连接，制冷热泵系统冷却水水箱(4-6-1)的出水口与第五循环泵(4-6-2)进水口连接，第五循环泵(4-6-2)出水口与第六三通电磁阀(4-6-3)的一个水平接口连接，第六三通电磁阀(4-6-3)的垂直接口与制冷热泵系统冷却器(4-6-4)的进口连接，制冷热泵系统冷却器(4-6-4)的出口与第五三通电磁阀(4-6-5)的垂直接口连接，第五三通电磁阀(4-6-5)的一个水平接口与制冷热泵系统冷凝器(4-3)的冷却水进水口连接，第五三通电磁阀(4-6-5)的另一个水平接口与第三三通电磁阀(5)的垂直接口连接，第六三通电磁阀(4-6-3)的另一个水平接口与集水器(4-7)的入水口连接，集水器(4-7)的出水口与供暖系统集水器(3-5)另一个入水口连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能高效利用的热电冷一体化系统，其特征在于：所述活塞式容积可调中温换热装置(2-1)为满液式换热装置，所述塞式容积可调中温换热装置(2-1)的换热管为蛇形排布翅片管。
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