CN108332446B - 一种低品位太阳能冷热电三联供系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低品位太阳能冷热电三联供系统，太阳能光伏光热组件包括位于正面的光伏板和位于背面的集热器；光伏板用于太阳能发电；集热器与第一热水泵、蓄热水箱相连；蓄热水箱与第三热水泵、供热终端相连；蓄热水箱与第二热水泵、吸收式制冷机组相连；吸收式制冷机组与第一冷冻水泵、过冷器一侧相连；过冷器另一侧与节流阀、蒸发器、压缩机、冷凝器相连；蒸发器与第二冷冻水泵、供冷终端相连；第一控制器分别与第一热水泵、第一温度传感器、第二温度传感器相连；第二控制器分别与第二热水泵、第三温度传感器、吸收子系统、第一冷冻水泵、第三热水泵相连；本系统可在光伏板背板温度低至70℃时进行冷热电联供，大幅增加系统经济收益。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热交换系统，尤其涉及一种低品位太阳能冷热电三联供系统及其运行方法。
背景技术
随着社会经济快速发展与人民生活水平逐步提高，现代大都市能源消耗十分巨大。由于大部分被消耗的能源是来自于火力发电厂燃烧煤炭所产生的电能，因此这就导致了二氧化碳排放量显著增加，从而严重影响节能减排及社会的可持续发展。
目前，太阳能发电被认为是一项能有效解决上述问题且具有广阔发展前景的新能源发电技术。考虑到大城市土地资源稀缺及地价昂贵等因素，分布式太阳能光伏发电比集中式太阳能发电具有更加明显的城市应用优势。
目前的光伏发电中仅对不到20％的太阳能进行了有效利用，而余下将近80％的太阳能是以热能方式耗散至环境中，所以倘若能对这部分光伏发电废热实现有效利用则将大幅提升分布式太阳能光伏发电系统的经济收益。
常见方案是构建太阳能冷热电三联供装置，即利用太阳能光伏光热一体化组件中正面的光伏板进行发电，其背面的集热器则利用废热制备热水用于供冷供热目的。当处于供冷季节时，热水可被用于驱动溴化锂吸收式制冷机组实现供冷。而对于其它季节，热水就可以被直接用于制取生活热水或供暖。上述方案虽然实现了光伏光热综合利用，但在工程实践中却存在太阳能光伏光热一体化组件正面的光伏板背板温度高而导致太阳能发电效率低及系统经济收益增加不显著等问题。例如对于夏季供冷，溴化锂吸收式制冷机组需要90℃左右的热水才能运行，相应的光伏板背板温度将高达约95℃，引起太阳能发电效率大幅衰减，从而抵消了利用废热所产生的经济收益。此外，当三联供系统被用于高层建筑时，由于光伏光热组件安装面积远小于建筑供冷面积，系统供冷量无法满足冷负荷。但倘若通过增加额外的热能驱动装置提高制冷系统规模以满足冷负荷又存在因消耗大量驱动热能而产生的运行费用过高问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种低品位太阳能冷热电三联供系统及其运行方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种低品位太阳能冷热电三联供系统，包括太阳能光伏光热组件1，该太阳能光伏光热组件1包括位于正面的光伏板和位于背面的集热器；所述低品位太阳能冷热电三联供系统还包括储电装置2、第一热水泵3、蓄热水箱4、第二热水泵5、吸收式制冷机组6、第一冷冻水泵7、过冷器8、节流阀9、蒸发器10、压缩机11、冷凝器12、第二冷冻水泵13、供冷终端14、第三热水泵15、供热终端16；
所述光伏板与储电装置2电连接；储电装置2分别与供冷终端14、供热终端16、压缩机11电连接；
所述集热器的出水口通过第一热水泵3与蓄热水箱4的进水口管路连接；蓄热水箱4再通过第一回水管22连通蓄热水箱4的回水口；蓄热水箱4的出水口通过管路依次连通阀门、第二热水泵5、吸收式制冷机组6的热水进口，吸收式制冷机组6的热水出口通过第二回水管23连通蓄热水箱4的回水口；
所述吸收式制冷机组6的冷冻水的两个端口分别连接过冷器8的冷端的两个端口；所述过冷器8的热端的进口连接冷凝器12的制冷剂出口，过冷器8的热端的出口通过节流阀9连接蒸发器10的制冷剂入口，蒸发器10的制冷剂出口连接压缩机11的制冷剂入口；压缩机11的制冷剂出口连接冷凝器12的制冷剂入口；
所述蒸发器10的冷冻水进口端通过第二冷冻水泵13管路连接供冷终端14的出口端，供冷终端14的进口端通过第三回水管24连通蒸发器10的出口端；
所述供热终端16的出水口通过第四回水管25连通蓄热水箱4的底部，供热终端16的进水口通过第三热水泵15与蓄热水箱4的出水口管路连接。
所述集热器上设置有第一温度传感器17；所述蓄热水箱4上设有第二温度传感器19和第三温度传感器18；
所述低品位太阳能冷热电三联供系统还包括第一控制器20和第二控制器21；
所述第一控制器20分别信号连接第一温度传感器17、第三温度传感器18和第一热水泵3；
所述第二控制器21分别信号连接第二温度传感器19、第三热水泵15、第二热水泵5、吸收式制冷机组6和第一冷冻水泵7。
所述第二温度传感器19安装在蓄热水箱4的底部，第三温度传感器18设置在蓄热水箱4的顶部。
所述吸收式制冷机组6为溴化锂吸收式制冷机。
所述压缩机11为变频压缩机。
所述过冷器8为板式换热器或套管换热器。
本发明低品位太阳能冷热电三联供系统的运行方法如下：
光伏发电步骤
光伏板吸收太阳能，将其转换为电能后存储在储电装置2中，作为供冷季节驱动压缩机11运行；当第一温度传感器17与第三温度传感器18温差超过3℃时，通过第一控制器20启动第一热水泵3，第一热水泵3驱动水循环以带走光伏板发电过程中产生的热量，将集热器内的水冷却至70℃；
光热制冷步骤
光伏板的热量传递给水，加热后的水被第一热水泵3传输至蓄热水箱4中，蓄热水箱4内的水温不断升高，当第二温度传感器19温度达到设定值65℃时，则通过第二控制器21启动第二热水泵5和吸收式制冷机组6中的溶液泵，利用蓄热水箱4内加热的水对吸收式制冷机组6中的溶液进行预加热，溶液经10分钟预加热将升温至55℃，此时再通过第二控制器21启动第一冷冻水泵7将吸收式制冷机组6的制冷量传递至过冷器8，对另一侧制冷剂进行过冷并增强蒸发器10的供冷输出，蒸发器10的制冷量通过第二冷冻水泵13驱动的冷冻水循环传递至供冷终端14，以满足用户终端的用冷需求；
光热供热步骤
光伏板的热量传递给水，加热后的水通过第一热水泵3传输至蓄热水箱4中，蓄热水箱4温度不断升高，当第二温度传感器19温度达到设定值65℃时，则通过第二控制器21启动第三热水泵15将热量传递至供热终端16，以满足用户终端的用热需求。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
与现有技术相比，本发明可在光伏板背板温度降低至70℃左右进行光伏发电和光热利用，在光热制冷效率不发生显著衰减条件下大幅提升光伏发电效率，还能以较低的运行成本就满足高层建筑冷负荷，极大地增加冷热电三联供系统的经济收益。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明公开了一种低品位太阳能冷热电三联供系统，包括太阳能光伏光热组件1、储电装置2、第一热水泵3、蓄热水箱4、第二热水泵5、吸收式制冷机组6、第一冷冻水泵7、过冷器8、节流阀9、蒸发器10、压缩机11、冷凝器12、第二冷冻水泵13、供冷终端14、第三热水泵15、供热终端16。
该太阳能光伏光热组件1包括位于正面的光伏板和位于背面的集热器；所述光伏板与储电装置2电连接；储电装置2分别与供冷终端14、供热终端16、压缩机11电连接。
所述集热器的出水口通过第一热水泵3与蓄热水箱4的进水口管路连接；蓄热水箱4再通过第一回水管22连通蓄热水箱4的回水口；蓄热水箱4的出水口通过管路依次连通阀门、第二热水泵5、吸收式制冷机组6的热水进口，吸收式制冷机组6的热水出口通过第二回水管23连通蓄热水箱4的回水口。
所述吸收式制冷机组6的冷冻水的两个端口分别连接过冷器8的冷端的两个端口；所述过冷器8的热端的进口连接冷凝器12的制冷剂出口，过冷器8的热端的出口通过节流阀9连接蒸发器10的制冷剂入口，蒸发器10的制冷剂出口连接压缩机11的制冷剂入口；压缩机11的制冷剂出口连接冷凝器12的制冷剂入口。
所述蒸发器10的冷冻水进口端通过第二冷冻水泵13管路连接供冷终端14的出口端，供冷终端14的进口端通过第三回水管24连通蒸发器10的出口端。
所述供热终端16的出水口通过第四回水管25连通蓄热水箱4的底部，供热终端16的进水口通过第三热水泵15与蓄热水箱4的出水口管路连接。
所述集热器上设置有第一温度传感器17；所述蓄热水箱4上设有第二温度传感器19和第三温度传感器18。
所述低品位太阳能冷热电三联供系统还包括第一控制器20和第二控制器21。
所述第一控制器20分别信号连接第一温度传感器17、第三温度传感器18和第一热水泵3。
所述第二控制器21分别信号连接第二温度传感器19、第三热水泵15、第二热水泵5、吸收式制冷机组6和第一冷冻水泵7。
所述第二温度传感器19安装在蓄热水箱4的底部，第三温度传感器18设置在蓄热水箱4的顶部。
所述吸收式制冷机组6为溴化锂吸收式制冷机。
所述压缩机11为变频压缩机。
所述过冷器8为板式换热器或套管换热器。
本发明低品位太阳能冷热电三联供系统的运行方法如下：
光伏发电步骤
光伏板吸收太阳能，将其转换为电能后存储在储电装置2中，作为供冷季节驱动压缩机11运行；当第一温度传感器17与第三温度传感器18温差超过3℃时，通过第一控制器20启动第一热水泵3，第一热水泵3驱动水循环以带走光伏板发电过程中产生的热量，将集热器内的水冷却至70℃；
光热制冷步骤
该过程仅用于供冷季节。光伏板的热量传递给水，加热后的水被第一热水泵3传输至蓄热水箱4中，蓄热水箱4内的水温不断升高，当第二温度传感器19温度达到设定值65℃时，则通过第二控制器21启动第二热水泵5和吸收式制冷机组6中的溶液泵，利用蓄热水箱4内加热的水对吸收式制冷机组6中的溶液进行预加热，溶液经10分钟预加热将升温至55℃，此时再通过第二控制器21启动第一冷冻水泵7将吸收式制冷机组6的制冷量传递至过冷器8，对另一侧制冷剂进行过冷并增强蒸发器10的供冷输出，蒸发器10的制冷量通过第二冷冻水泵13驱动的冷冻水循环传递至供冷终端14，以满足用户终端的用冷需求；
光热供热步骤
该过程用于非供冷季节。光伏板的热量传递给水，加热后的水通过第一热水泵3传输至蓄热水箱4中，蓄热水箱4温度不断升高，当第二温度传感器19温度达到设定值65℃时，则通过第二控制器21启动第三热水泵15将热量传递至供热终端16，以满足用户终端的用热需求。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种低品位太阳能冷热电三联供方法，采用低品位太阳能冷热电三联供系统实现；该低品位太阳能冷热电三联供系统包括太阳能光伏光热组件（1），该太阳能光伏光热组件（1）包括位于正面的光伏板和位于背面的集热器；
其特征在于：所述低品位太阳能冷热电三联供系统还包括储电装置（2）、第一热水泵（3）、蓄热水箱（4）、第二热水泵（5）、吸收式制冷机组（6）、第一冷冻水泵（7）、过冷器（8）、节流阀（9）、蒸发器（10）、压缩机（11）、冷凝器（12）、第二冷冻水泵（13）、供冷终端（14）、第三热水泵（15）、供热终端（16）；
所述光伏板与储电装置（2）电连接；储电装置（2）分别与供冷终端（14）、供热终端（16）、压缩机（11）电连接；
所述集热器的出水口通过第一热水泵（3）与蓄热水箱（4）的进水口管路连接；蓄热水箱（4）再通过第一回水管（22）连通蓄热水箱（4）的回水口；蓄热水箱（4）的出水口通过管路依次连通阀门、第二热水泵（5）、吸收式制冷机组（6）的热水进口，吸收式制冷机组（6）的热水出口通过第二回水管（23）连通蓄热水箱（4）的回水口；
所述吸收式制冷机组（6）的冷冻水的两个端口分别连接过冷器（8）的冷端的两个端口；所述过冷器（8）的热端的进口连接冷凝器（12）的制冷剂出口，过冷器（8）的热端的出口通过节流阀（9）连接蒸发器（10）的制冷剂入口，蒸发器（10）的制冷剂出口连接压缩机（11）的制冷剂入口；压缩机（11）的制冷剂出口连接冷凝器（12）的制冷剂入口；
所述蒸发器（10）的冷冻水进口端通过第二冷冻水泵（13）管路连接供冷终端（14）的出口端，供冷终端（14）的进口端通过第三回水管（24）连通蒸发器（10）的出口端；
所述供热终端（16）的出水口通过第四回水管（25）连通蓄热水箱（4）的底部，供热终端（16）的进水口通过第三热水泵（15）与蓄热水箱（4）的出水口管路连接；
所述集热器上设置有第一温度传感器（17）；所述蓄热水箱（4）上设有第二温度传感器（19）和第三温度传感器（18）；所述低品位太阳能冷热电三联供系统还包括第一控制器（20）和第二控制器（21）；所述第一控制器（20）分别信号连接第一温度传感器（17）、第三温度传感器（18）和第一热水泵（3）；
所述第二控制器（21）分别信号连接第二温度传感器（19）、第三热水泵（15）、第二热水泵（5）、吸收式制冷机组（6）和第一冷冻水泵（7）；
所述第二温度传感器（19）安装在蓄热水箱（4）的底部，第三温度传感器（18）设置在蓄热水箱（4）的顶部；
光伏发电步骤：光伏板吸收太阳能，将其转换为电能后存储在储电装置（2）中，作为供冷季节驱动压缩机（11）运行；当第一温度传感器（17）与第三温度传感器（18）温差超过3℃时，通过第一控制器（20）启动第一热水泵（3），第一热水泵（3）驱动水循环以带走光伏板发电过程中产生的热量，将集热器内的水冷却至70℃；
光热制冷步骤：光伏板的热量传递给水，加热后的水被第一热水泵（3）传输至蓄热水箱（4）中，蓄热水箱（4）内的水温不断升高，当第二温度传感器（19）温度达到设定值65℃时，则通过第二控制器（21）启动第二热水泵（5）和吸收式制冷机组（6）中的溶液泵，利用蓄热水箱（4）内加热的水对吸收式制冷机组（6）中的溶液进行预加热，溶液经10分钟预加热将升温至55℃，此时再通过第二控制器（21）启动第一冷冻水泵（7）将吸收式制冷机组（6）的制冷量传递至过冷器（8），对另一侧制冷剂进行过冷并增强蒸发器（10）的供冷输出，蒸发器（10）的制冷量通过第二冷冻水泵（13）驱动的冷冻水循环传递至供冷终端（14），以满足用户终端的用冷需求；
光热供热步骤 ：光伏板的热量传递给水，加热后的水通过第一热水泵（3）传输至蓄热水箱（4）中，蓄热水箱（4）温度不断升高，当第二温度传感器（19）温度达到设定值65℃时，则通过第二控制器（21）启动第三热水泵（15）将热量传递至供热终端（16），以满足用户终端的用热需求。
2.根据权利要求1所述低品位太阳能冷热电三联供方法，其特征在于：所述吸收式制冷机组（6）为溴化锂吸收式制冷机。
3.根据权利要求2所述低品位太阳能冷热电三联供方法，其特征在于：所述压缩机（11）为变频压缩机。
4.根据权利要求2所述低品位太阳能冷热电三联供方法，其特征在于：所述过冷器（8）为板式换热器或套管换热器。
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