CN108105832A - 一种基于分布式的太阳能光热利用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于分布式的太阳能光热利用系统，包括太阳能集热系统、发电系统、热泵供暖系统和地埋管储热系统；所述太阳能集热系统包括太阳能集热器，所述太阳能集热器管道连接有导热油循环泵；所述发电系统包括发电蒸发器、工质泵、发电冷凝器、螺杆膨胀机和发电机，所述热泵供暖系统包括供热循环泵、热源循环泵、螺杆压缩机、热泵蒸发器和热泵冷凝器，所述地埋管储热系统包括U形端埋于地下的U形地埋管，本发明的基于分布式的太阳能光热利用系统及方法，完全替代煤、气等一次能源的利用满足采暖用户的各种需求，从而减少环境污染和有害气体排放。

Description

一种基于分布式的太阳能光热利用系统及方法

技术领域

本发明涉及分布式太阳能光热综合利用领域，具体涉及一种基于分布式的太阳能光热利用系统及方法。

背景技术

太阳能取之不尽，用之不竭，没有污染，不会危害环境生态，在全球各处免费使用、安全使用、广泛使用，其是真正意义上的全体人类共享能源。

目前，世界兴建了多个单纯太阳能热发电实验示范装置，虽然在技术上验证了太阳能热发电的可行性，但同时也暴露出了许多问题，如太阳能集热温度不高，集热效率低等原因导致整个系统的太阳能光热发电效率较低，由于太阳能利用的不连续性和间歇性，往往需要将储热集成到系统中，增加了系统的成本，因此，提高太阳能光热利用效率，降低太阳能系统成本将有利于太阳能光热的利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分布式的太阳能光热利用系统及方法，完全替代煤、气等一次能源的利用满足用户的各种需求，从而减少环境污染和有害气体排放。

本发明的一种基于分布式的太阳能光热利用系统，包括太阳能集热系统、发电系统、热泵供暖系统和地埋管储热系统；

所述太阳能集热系统包括太阳能集热器，所述太阳能集热器管道连接有导热油循环泵；

所述发电系统包括发电蒸发器、工质泵、发电冷凝器、螺杆膨胀机和发电机，所述发电蒸发器的蒸气出口连接螺杆膨胀机的蒸气入口，所述螺杆膨胀机的蒸气出口连接发电冷凝器的蒸气入口，所述发电泠凝器的冷凝液出口通过工质泵连接发电蒸发器的液体入口，所述的螺杆膨胀机的动力输出轴与发电机连接，所述发电冷凝器的出液口及进液口设有冷却水阀组；

所述热泵供暖系统包括供热循环泵、热源循环泵、螺杆压缩机、热泵蒸发器和热泵冷凝器，所述供热循环泵的进液口连接所述发电冷凝器的出液口，出液口连接采暖用户的供暖进水主管，采暖用户的供暖出水总管分别连接发电冷凝器的进液口和热泵冷凝器的进液口，所述热泵冷凝器的出液口连接热泵蒸发器的进液口，热泵蒸发器的蒸气出口连接螺杆压缩机，所述螺杆压缩机的蒸气出口连接热泵冷凝器的进气口，热泵冷凝器的进液口和出液口的管道上连接有冷凝器阀组，热泵蒸发器的进液口与出液口的管道上连接有蒸发器阀组；

所述地埋管储热系统包括U形端埋于地下的U形地埋管，所述U形地埋管的管口设置于地面之上，U形地埋管进液口分别连接发电冷凝器的出液和热泵蒸发器的出液口，出液口分别连接发电冷凝器的进液口和热泵蒸发器的进液口，所述U形地埋管的地上管口设有地埋管阀组。

优选的，所述太阳能集热器为槽式集热器，集热性能好，集热效率高。

优选的，所述热泵冷凝器的出液口与热泵蒸发器的进液口之间的管道上连接有膨胀阀，用于对液体的流量进行控制，防止出现蒸发器面积利用不足。

优选的，所述的发电蒸发器和发电冷凝器均采用管壳式，内部均装有有机循环工质。

优选的，所述的采暖用户为民用住宅，采暖用户内部散热器可为散热器式或者地暖式。

一种基于分布式的太阳能光热利用方法，包括以下步骤：

（1）利用所述太阳能集热器收集太阳能的热量并对所述循环导热油进行加热；

（2）所述循环导热油的热量传至所述发电蒸发器，发电蒸发器内的有机循环介质吸收热量，变成高温高压蒸气，推动螺杆膨胀机膨胀做功，做功后的高温高压有机介质蒸气变成低温低压气态，低温低压气态有机工质经过管道输送至发电冷凝器进行冷凝，冷凝为液态有机工质，液态有机工质经过管道输送至工质泵，经过工质泵加压输送至发电蒸发器，通过所述供热循环泵将发电冷凝器的热介质为采暖用户供暖同时进入所述U形地埋管进行土壤蓄热，采暖用户的冷介质输送至发电冷凝器加热；

（3）当关闭发电系统后，热泵供暖系统中的热泵蒸发器和土壤U型管吸收土壤的蓄热，再通过热源循环泵升温，通过压缩机为热泵冷凝器提供动力，热量通过热泵冷凝器及供热循环泵输送至采暖用户。

本发明的太阳能光热利用系统的发电系统内部的有机循环介质在发电蒸发器中吸收热量，变成高温高压蒸气，进一步的推动螺杆膨胀机膨胀做功，做功后的高温高压有机介质蒸气变成低温低压气态，低温低压气态有机工质经过管道输送至发电冷凝器进行冷凝，冷凝为液态有机工质，液态有机工质经过管道输送至工质泵，经过工质泵加压输送至发电蒸发器；热泵供暖系统内部装有循环冷媒介质，当关闭发电系统后，热泵供暖系统中的热泵蒸发器和土壤U型管吸收土壤的蓄热，再通过热源循环泵升温，通过压缩机为热泵冷凝器提供动力，热量通过热泵冷凝器及供热循环泵输送至采暖用户。

本发明基于分布式的太阳能光热利用系统，实现了太阳能、地热能的综合利用，在整个系统的发电和供热环节，无一次能源利用，实现了清洁能源的充分利用，不仅节约能源，而且减少环境污染。

附图说明

图1为本发明的结构流程图；

图中1.太阳能集热器，2.导热油循环泵 3.发电蒸发器 4.工质泵 5.发电冷凝器 6.螺杆膨胀机 7.发电机 8.采暖用户 9.供热循环泵 10. U形地埋管 11.热源循环泵 12.螺杆压缩机 13.热泵蒸发器 14.热泵冷凝器 15.膨胀阀 16.地埋管阀组 17.冷却水阀组 18.冷凝器阀组 19.蒸发器阀组。

具体实施方式

下面结合附图，对发明进行进一步的说明：

如图1所示，一种基于分布式的太阳能光热利用系统，包括太阳能集热系统、发电系统、热泵供暖系统和地埋管储热系统；

所述太阳能集热系统包括太阳能集热器1，所述太阳能集热器1为槽式集热器，所述太阳能集热器1管道连接有导热油循环泵2；

所述发电系统包括发电蒸发器3、工质泵4、发电冷凝器5、螺杆膨胀机6和发电机7，所述发电蒸发器3的蒸气出口连接螺杆膨胀机6的蒸气入口，所述螺杆膨胀机6的蒸气出口连接发电冷凝器5的蒸气入口，所述发电泠凝器5的冷凝液出口通过工质泵4连接发电蒸发器3的液体入口，所述的螺杆膨胀机6的动力输出轴与发电机7连接，所述发电冷凝器5的出液口及进液口设有冷却水阀组17，所述的发电蒸发器3和发电冷凝器5均采用管壳式；

所述热泵供暖系统包括供热循环泵9、热源循环泵11、螺杆压缩机12、热泵蒸发器13和热泵冷凝器14，所述供热循环泵9的进液口连接所述发电冷凝器5的出液口，出液口连接采暖用户8的供暖进水主管，所述的采暖用户8为民用住宅，采暖用户8的供暖出水总管分别连接发电冷凝器5的进液口和热泵冷凝器14的进液口，所述热泵冷凝器14的出液口连接热泵蒸发器13的进液口，热泵蒸发器13的蒸气出口连接螺杆压缩机12，所述螺杆压缩机12的蒸气出口连接热泵冷凝器14的进气口，热泵冷凝器14的进液口和出液口的管道上连接有冷凝器阀组18，热泵蒸发器13的进液口与出液口的管道上连接有蒸发器阀组19，所述热泵冷凝器14的出液口与热泵蒸发器13的进液口之间的管道上连接有膨胀阀15；

所述地埋管储热系统包括U形端埋于地下的U形地埋管10，所述U形地埋管10的管口设置于地面之上，U形地埋管10进液口分别连接发电冷凝器5的出液口和热泵蒸发器13的出液口，出液口分别连接发电冷凝器5的进液口和热泵蒸发器13的进液口，所述U形地埋管10的地上管口设有地埋管阀组16。

本发明的基于分布式的太阳能光热利用方法，包括以下步骤：

（1）利用所述太阳能集热器1收集太阳能的热量并对所述循环导热油进行加热；

（2）所述循环导热油的热量传至所述发电蒸发器3，导热油放热降温后经过导热油循环泵2的作用再循环到太阳能集热器1，发电蒸发器3内的有机循环介质吸收热量，变成高温高压蒸气，推动螺杆膨胀机6膨胀做功，做功后的高温高压有机介质蒸气变成低温低压气态，低温低压气态有机工质经过管道输送至发电冷凝器5进行冷凝，冷凝为液态有机工质，液态有机工质经过管道输送至工质泵4，经过工质泵4加压输送至发电蒸发器3，通过所述供热循环泵将发电冷凝器5的热介质为采暖用户8供暖通过进入所述U形地埋管10进行土壤蓄热，同时采暖用户的冷介质输送至发电冷凝器5加热；

（3）当关闭发电系统后，热泵供暖系统中的热泵蒸发器13 U型地埋管10吸收土壤的蓄热，再通过热源循环泵11升温，通过螺杆压缩机12为热泵冷凝器14提供动力，热量通过热泵冷凝器14及供热循环泵9输送至采暖用户。

具体实施时，具体实施时，在非供暖季节，关闭冷却水阀组17和蒸发器阀组19，开启地埋管阀组16，太阳能集热器1通过吸收太阳能加热内部循环导热油，导热油经过加热后输送至发电蒸发器3，导热油放热降温后经过导热油循环泵 2的作用再循环到太阳能集热器1，完成整个循环过程，发电系统吸收导热油热量后进行发电，热能转化成电能，发电冷凝器5排出的热量通过U型地埋管10输送至地下，完成土壤蓄热功能。

在供暖季节，当白天太阳充足时，关闭冷凝器阀组18和地埋管阀组16，太阳能集热器1通过吸收太阳能加热内部循环导热油，导热油经过加热后输送至发电蒸发器3，导热油放热降温后经过导热油循环泵 2的作用再循环到太阳能集热器1，完成整个循环过程，发电系统吸收导热油热量后进行发电，热能转化成电能，发电冷凝器5排出的热量通过管道和供热循环泵9输送至采暖用户8，完成供暖循环。

在供暖季节，当夜晚或者太阳能不够充足时，关闭地埋管阀组16和冷却水阀组17，开启冷凝器阀组18和蒸发器阀组19，关闭发电系统，开启热泵系统，热泵蒸发器13和U型地埋管10吸收土壤的蓄热，再通过热泵蒸发器13升温，热量通过热泵冷凝器14、管道及供热循环泵9输送至采暖用户8，完成供暖循环。

Claims (6)

1.一种基于分布式的太阳能光热利用系统，其特征在于包括太阳能集热系统、发电系统、热泵供暖系统和地埋管储热系统；

所述太阳能集热系统包括太阳能集热器，所述太阳能集热器管道连接有导热油循环泵；

所述发电系统包括发电蒸发器、工质泵、发电冷凝器、螺杆膨胀机和发电机，所述发电蒸发器的蒸气出口连接螺杆膨胀机的蒸气入口，所述螺杆膨胀机的蒸气出口连接发电冷凝器的蒸气入口，所述发电泠凝器的冷凝液出口通过工质泵连接发电蒸发器的液体入口，所述的螺杆膨胀机的动力输出轴与发电机连接，所述发电冷凝器的出液口及进液口设有冷却水阀组；

所述热泵供暖系统包括供热循环泵、热源循环泵、螺杆压缩机、热泵蒸发器和热泵冷凝器，所述供热循环泵的进液口连接所述发电冷凝器的出液口，出液口连接采暖用户的供暖进水主管，采暖用户的供暖出水总管分别连接发电冷凝器的进液口和热泵冷凝器的进液口，所述热泵冷凝器的出液口连接热泵蒸发器的进液口，热泵蒸发器的蒸气出口连接螺杆压缩机，所述螺杆压缩机的蒸气出口连接热泵冷凝器的进气口，热泵冷凝器的进液口和出液口的管道上连接有冷凝器阀组，热泵蒸发器的进液口与出液口的管道上连接有蒸发器阀组；

所述地埋管储热系统包括U形端埋于地下的U形地埋管，所述U形地埋管的管口设置于地面之上，U形地埋管进液口分别连接发电冷凝器的出液和热泵蒸发器的出液口，出液口分别连接发电冷凝器的进液口和热泵蒸发器的进液口，所述U形地埋管的地上管口设有地埋管阀组。

2.根据权利要求1所述的基于分布式的太阳能光热利用系统，其特征在于所述太阳能集热器为槽式集热器。

3.根据权利要求1所述的基于分布式的太阳能光热利用系统，其特征在于所述热泵冷凝器的出液口与热泵蒸发器的进液口之间的管道上连接有膨胀阀。

4.根据权利要求1所述的基于分布式的太阳能光热利用系统，其特征在于所述的发电蒸发器和发电冷凝器均采用管壳式，内部均装有有机循环工质。

5.根据权利要求1所述的基于分布式的太阳能光热利用系统，其特征在于所述的采暖用户为民用住宅，采暖用户内部散热器可为散热器式或者地暖式。

6.一种基于分布式的太阳能光热利用方法，其应用如权利要求1-5所述的基于分布式的太阳能光热利用系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）利用所述太阳能集热器收集太阳能的热量并对所述循环导热油进行加热；

（2）所述循环导热油的热量传至所述发电蒸发器，发电蒸发器内的有机循环介质吸收热量，变成高温高压蒸气，推动螺杆膨胀机膨胀做功，做功后的高温高压有机介质蒸气变成低温低压气态，低温低压气态有机工质经过管道输送至发电冷凝器进行冷凝，冷凝为液态有机工质，液态有机工质经过管道输送至工质泵，经过工质泵加压输送至发电蒸发器，通过所述供热循环泵将发电冷凝器的热介质为采暖用户供暖同时进入所述U形地埋管进行土壤蓄热，采暖用户的冷介质输送至发电冷凝器加热；

（3）当关闭发电系统后，热泵供暖系统中的热泵蒸发器和土壤U型管吸收土壤的蓄热，再通过热源循环泵升温，通过压缩机为热泵冷凝器提供动力，热量通过热泵冷凝器及供热循环泵输送至采暖用户。