CN108870602B - 太阳能光热、光伏及空调一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，包括太阳能光伏装置、太阳能热管装置和室内的吸收式制冷装置、辐射供暖装置、电路控制装置及管汇。本发明适用于在供暖季利用太阳能供暖；在供冷季利用太阳能供冷，可以提高供冷保障率、供暖保障率和太阳能利用率；在非供冷季和非供暖季利用热管循环进行光伏热管理，降低光伏板温度，提高光伏发电率；同时结构紧凑简洁，能够模块化设计生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用、建筑节能和室内环境控制领域，特别是提供了一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统。
背景技术
太阳能是一种清洁的新型能源，它与常规的能源相比有四大特点：第一：普遍，没有地域的限制，处处皆有，可直接开发和利用，无须开采和运输；第二：无害，开发太阳能不会污染环境；第三：巨大，每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤；第四：长久，根据太阳产生的核能速率估算，太阳的能量是用之不竭的。因此，近年来对太阳能高效利用的研究层出不穷，但是在采用光伏板收集太阳能时，光伏板表面会因为长时间处于工作状态而导致很高的温升，从而使光伏板处于很高的温度，而光伏板的光电转换效率会随温度的升高而降低，这会大大降低太阳能的利用效率。
太阳能重力热管有传热快、阻力小、防冷冻、不炸管等优势。目前已经广泛应用，特别是在大型工程上更具优势。太阳能重力热管最大的特点就是管腔内部不存在吸液芯，所以太阳能重力热管具有结构简单、加工容易、成本低廉、工作可靠等诸多优点，因此太阳能重力热管技术在太阳能行业的利用推广日渐广泛。
吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害，以热能为驱动能源。其主要特点如下：(1)无原动力，直接使用热原理，因此机器坚固亦无震动，噪音少，能安装于任何地点，从地下室一直到屋顶均可。(2)以水为制冷剂，获得容易，安全性高。(3)可直接利用热源，它可利用低压蒸汽、热水，甚至废汽、废热，耗电极少，只相当于同容量离心式机的2％--9％。(4)变负荷容易，制冷量调节范围可在10％--100％内调节。(5)结构简单，运行方便。
现有技术中虽然对各项技术都深有研究，但却缺少将三者结合起来的应用，本发明通过将三者的结合使本发明具有以下优势：(1)在夏季工况可以实现以热制冷，不仅降低了系统运行成本，而且无需原动力，直接使用热原理，因此机器坚固亦无震动，噪音少，能安装于任何地点，从地下室一直到屋顶均可；(2)变负荷容易，制冷量调节范围广在10％--100％内；(3)合理利用溴化锂吸收式制冷机组中吸收器和冷凝器产生的余热供应生活热水；(4)本系统通过管路的巧妙设计可以使光伏板因长时间处于工作状态而产生的热量转移到热水管中，不仅可以有效降低光伏板表面温度，提高光伏板的光电转换效率，而且使这部分热量得到了合理利用，可以降低建筑运行成本；(5)本系统在冬季不仅可以进行辐射供暖，而且可以转换成热风系统进行供暖，还可以同时进行辐射供暖和热风供暖。
发明内容
针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，可将太阳能光伏、太阳能光热和吸收式制冷有机结合起来。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，该系统包括回流管、挡板、回风管、热管外壳、热管、蓄热水箱、第一电加热器、蓄热水箱补水管、热辐射管进水管、送风管、生活热水箱进水管、生活热水箱回水管、生活热水箱补水管、生活热水箱、第二电加热器、生活热水管管阀、生活热水管、生活热水箱补水管管阀、光伏板外壳、光伏板散热水管、光伏板、循环泵、总回水管、第一三通控制阀、第二三通控制阀、第三三通控制阀、制冷回水管、溴化锂吸收式制冷机组、热辐射管、空调末端装置回水管、热辐射管外壳、空调末端装置进水管、空调末端装置、制冷供水管、温度传感器、总供水管、空调末端装置底座、房屋顶棚、热辐射管回水管、放气阀、风口、蝶阀、热风回水管、蓄电池、逆变器和自控模块。
所述第一电加热器、所述第一三通控制阀、所述第二三通控制阀、所述第三三通控制阀、所述温度传感器和所述蝶阀与自控模块相连接，当所述温度传感器感应到所述总供水管内流体温度低于70℃时开启所述第一电加热器。
所述溴化锂吸收式制冷机组在运行过程中会在吸收器和冷凝器中产生余热，故所述生活热水箱内的生活用水可通过所述生活热水箱进水管和生活热水箱回水管吸收所述溴化锂吸收式制冷机组产生的余热，以提供生活热水。
当室外环境处于夏季工况时，自控模块可通过控制所述第一三通控制阀、第二三通控制阀、第三三通控制阀和蝶阀使所述总供水管、制冷供水管、制冷回水管和总回水管处于开启状态，使热辐射管进水管、热辐射管回水管和热风回水管处于关闭状态，所述蓄热水箱内流体流经所述总供水管和制冷供水管到达所述溴化锂吸收式制冷机组并为所述溴化锂吸收式制冷机组提供热量，之后流经所述制冷回水管、所述总回水管和所述循环泵到达所述光伏板散热水管并吸收所述光伏板产生的热量，之后流经所述回流管到达所述蓄热水箱完成一个循环。
当室外环境处于冬季工况时，运行模式一：自控模块可通过控制所述第一三通控制阀、所述第二三通控制阀、所述第三三通控制阀和所述蝶阀使所述总供水管、所述热辐射管进水管、所述热辐射管回水管和所述总回水管处于开启状态，使所述制冷供水管、所述制冷回水管和所述热风回水管处于关闭状态，所述蓄热水箱内流体流经所述总供水管和所述热辐射管进水管到达所述热辐射管进行辐射供暖，之后流经所述热辐射管回水管和所述总回水管到达所述光伏板散热水管并吸收所述光伏板产生的热量，之后流经所述回流管到达所述蓄热水箱完成一个循环；运行模式二：自控模块可通过控制所述第一三通控制阀、所述第二三通控制阀、所述第三三通控制阀和所述蝶阀使所述蓄热水箱内流体流经所述总供水管、所述第二三通控制阀、所述热辐射管进水管和所述第三三通控制阀到达空调末端装置，换热完毕后，流体流经所述蝶阀，所述热风回水管、所述热辐射管、所述第一三通控制阀和所述总回水管到达所述光伏板散热水管继续吸收热量，进而所述空调末端装置可对室内环境进行热风供暖。
本发明的效果是太阳能光热、光伏及空调一体化系统有以下特点：
(1)合理利用溴化锂吸收式制冷机组中吸收器和冷凝器产生的余热供应生活热水；
(2)本系统通过溴化锂吸收式制冷机组与辐射热管的结合，不仅实现了夏季以热制冷，而且还能在冬季进行辐射供暖，提高了人体舒适性；
(3)本系统通过对系统管路的合理设计，不仅可以实现对热管所制得热量的合理利用，而且降低了光伏板表面温度，可以提高光伏板的光电转换效率，进而将太阳能的利用效率提高10％-30％左右；
(4)利用光伏板接收太阳能产生的电量为蓄电池供电，并与市电互补，节约能源。
附图说明
图1是太阳能光热、光伏及空调一体化系统的流程图；
图2是太阳能光热、光伏及空调一体化系统的示意图；
图3是太阳能光热、光伏及空调一体化系统的侧视图；
图4-1和图4-2是太阳能光伏装置剖面图；
图5是太阳能热管装置剖面图；
图6是辐射供暖装置剖面图；
图7是太阳能光热、光伏及空调一体化系统的自控模块示意图；
图8是太阳能光热、光伏及空调一体化系统的实施例的示意图。
图中：
1、光伏板外壳 2、总回水管 3、窗户
4、回流管 5、挡板 6、热管外壳
7、蓄热水箱 8、放气阀 9、蓄热水箱补水管
10、温度传感器 11、总供水管 12、第二三通控制阀
13、热辐射管进水管 14、生活热水箱进水管
15、生活热水箱回水管 16、生活热水箱补水管管阀
17、生活热水箱补水管 18、生活热水箱
19、送风管 20、风口
21、空调末端装置 22、空调末端装置回水管
23、空调末端装置底座 24、回风管
25、溴化锂吸收式制冷机组 26、热辐射管外壳
27、热管 28、第一电加热器
29、第二电加热器 30、生活热水管管阀
31、生活热水管 32、光伏板散热水管
33、光伏板 34、循环泵
35、第一三通控制阀 36、制冷回水管
37、热辐射管 38、空调末端装置进水管
39、制冷供水管 40、房屋顶棚
41、热辐射管回水管 42、吊顶灯具预留处
43、第三三通控制阀 44、蝶阀
45、热风回水管 46、蓄电池
47、逆变器 48、自控模块
具体实施方式
结合附图对本发明太阳能光热、光伏及空调一体化系统加以说明。
本发明提供的系统设计的运行流程如图1所示：当室外环境处于夏季工况时，自控模块48可通过控制第一三通控制阀35和第二三通控制阀12使总供水管11、制冷供水管39、制冷回水管36和总回水管2处于开启状态，使热辐射管进水管13和热辐射管回水管41处于关闭状态，蓄热水箱7内流体流经总供水管11和制冷供水管39到达溴化锂吸收式制冷机组25并为溴化锂吸收式制冷机组25提供热量，之后流经制冷回水管36、总回水管2和循环泵34到达光伏板散热水管32并吸收光伏板33产生的热量，之后流经回流管4到达蓄热水箱7完成一个循环，溴化锂吸收式制冷机组25在收到热量后以此为驱动制取冷量，并通过空调末端装置进水管38向空调末端装置21供应冷量，进而向室内环境供应冷量；当室外环境处于冬季工况时，运行模式一：自控模块48可通过控制第一三通控制阀35、第二三通控制阀12、第三三通控制阀43和蝶阀44使总供水管11、热辐射管进水管13、热辐射管回水管41和总回水管2处于开启状态，使制冷供水管39、制冷回水管36和热风回水管45处于关闭状态，蓄热水箱7内流体流经总供水管11和热辐射管进水管13到达热辐射管37进行辐射供暖，之后流经热辐射管回水管41和总回水管2到达光伏板散热水管32并吸收光伏板33产生的热量，之后流经回流管4到达蓄热水箱7完成一个循环；运行模式二：自控模块48可通过控制第一三通控制阀35、第二三通控制阀12、第三三通控制阀43和蝶阀44使蓄热水箱7内流体流经总供水管11、第二三通控制阀12、热辐射管进水管13和第三三通控制阀43到达空调末端装置21，换热完毕后，流体流经蝶阀44，热风回水管45、热辐射管37、第一三通控制阀35和总回水管2继续吸收热量，进而所述空调末端装置21可对室内环境进行热风供暖。
如图2所示，为太阳能光热、光伏及空调一体化系统的示意图。太阳能热管装置布置于屋顶，太阳能光伏装置贴墙固定于向阳面，回风管24、热辐射管进水管13、送风管19、总回水管2、溴化锂吸收式制冷机组25、空调末端装置回水管22、温度传感器10、总供水管11、空调末端装置底座23、第二三通控制阀12、第三三通控制阀43、蝶阀44和热风回水管45暗装于房屋顶棚40与屋顶之间，房屋顶棚40采用保温隔音性能好、承重能力强的材料制成，生活热水箱进水管14、生活热水箱回水管15和生活热水箱18贴墙布置且生活热水箱18底面距地面一定高度。
如图3所示，为太阳能光热、光伏及空调一体化系统的侧视图。太阳能热管装置安装于屋顶，四周由挡板5固定，蓄热水箱7一侧安装有蓄热水箱补水管9用于向蓄热水箱7补水，蓄热水箱7左侧最高点安装有放气阀8用于排放系统内产生的气体，太阳能热管装置和太阳能光伏装置通过回流管4进行连接，太阳能光伏装置与溴化锂吸收式制冷机组25通过总回水管2连接。
如图4-1和图4-2所示，为太阳能光伏装置剖面图。光伏板33之间夹角为90°，光伏板散热水管32与光伏板33相切，光伏板散热水管32穿插布置于光伏板33背光侧，光伏板33上下边之间的高度与光伏板外壳1内预留上下面之间的高度相同，即光伏板33可刚好卡在光伏板外壳1内，光伏板外壳1内预留左右面之间的距离与光伏板散热水管32的左右边距离相同，即光伏板散热水管可刚好卡在光伏板外壳1内。
如图5所示，为太阳能热管装置剖面图。所述热管27蒸发段布置在热管外壳6内进行集热，冷凝段布置在蓄热水箱7用于加热蓄热水箱7内的流体，热管组件通过布置于四周的所述挡板5进行固定。
如图6所示，为辐射供暖装置剖面图。热辐射管外壳26紧贴房屋顶棚40布置，房屋顶棚40中间未布置辐射热管区域为吊顶灯具预留处42，热辐射管37迂回布置于热辐射管外壳26内。
如图7所示，为太阳能光热、光伏及空调一体化系统的自控模块示意图。蓄电池46布置在紧靠生活热水箱18的墙壁表面，且与生活热水箱18的下表面等高，光伏板33与蓄电池46通过逆变器47电性连接。光伏板33接受太阳能并通过逆变器47为蓄电池46充电，进而蓄电池46为本装置提供电量。蓄电池46与市电连接，当光伏板33所提供的电量不能满足本装置的用电需求时，则由市电为蓄电池46补充电量，进而为本装置提供电量。蓄电池46与自控模块48电性连接，进一步的，第一三通控制阀35与自控模块48电性连接、第二三通控制阀12与自控模块48电性连接、第三三通控制阀43与自控模块48电性连接、蝶阀44与自控模块48电性连接、所述温度传感器10与自控模块48电性连接、所述第一电加热器28与自控模块48电性连接，且上述电性连接均采用暗装形式，所有电路控制线路均沿管路或贴墙布置。当所述温度传感器10感应到所述总供水管11内的流体温度低于70℃时，所述自控模块48控制所述第一电加热器28开启并加热所述蓄热水箱7内的流体。当室外环境处于夏季工况时，自控模块48通过控制所述第一三通控制阀35、第二三通控制阀12、第三三通控制阀43和蝶阀44使所述总供水管11、制冷供水管39、制冷回水管36和总回水管2处于开启状态，使热辐射管进水管13、热辐射管回水管41和热风回水管45处于关闭状态，系统进入制冷模式。当室外环境处于冬季工况时，运行模式一：自控模块48通过控制所述第一三通控制阀35、第二三通控制阀12、第三三通控制阀43和蝶阀44使所述总供水管11、所述热辐射管进水管13、所述热辐射管回水管41和所述总回水管2处于开启状态，使制冷供水管39、制冷回水管36和热风回水管45处于关闭状态，系统进入辐射供暖模式，运行模式二：自控模块48通过控制所述第一三通控制阀35、所述第二三通控制阀12、所述第三三通控制阀43和所述蝶阀44使所述蓄热水箱7内流体流经所述总供水管11、所述第二三通控制阀12、所述热辐射管进水管13和所述第三三通控制阀43到达所述空调末端装置21，换热完毕后，流体流经所述蝶阀44，所述热风回水管45、所述热辐射管37、所述第一三通控制阀35和所述总回水管2到达所述光伏板散热水管32继续吸收所述光伏板33的热量，系统进入热风供暖模式。
实施例
如图8所示，为太阳能光热、光伏及空调一体化系统的实施例示意图。每块光伏板33之间通过热管27连接，各光伏板33之间夹角为90°，所述光伏板散热水管32与光伏板33相切，所述光伏板散热水管32穿插布置于所述光伏板33之间，当所述光伏板33因长时间受太阳辐射而处于高温状态时，所述热管27可利用处于高温状态的光伏板33来加热自身，从而降低光伏板33的温度，并且可以通过光伏板散热水管32加热管内流体，如此布置不仅可以降低所述光伏板33的温度，而且可以使光伏板散热水管32获得更多的热量。
以上所述，仅是本系统的较佳实施例，并非对本系统作任何限制，凡是根据本系统技术实质对以上实施例所作的简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本系统技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，包括：安装在室外建筑物上的太阳能光伏装置、太阳能热管装置和室内的吸收式制冷装置、辐射供暖装置、电路控制装置及管汇，所述太阳能热管装置包括热管（27）、蓄热水箱（7）、蓄热水箱补水管（9）和放气阀（8），所述热管（27）吸收太阳能为所述蓄热水箱（7）提供热量，其特征是：所述太阳能热管装置作为第一热源分别连通吸收式制冷装置和辐射供暖装置；所述太阳能光伏装置作为第二热源分别连通吸收式制冷装置和辐射供暖装置；所述太阳能热管装置包括热管（27）、蓄热水箱（7）、蓄热水箱补水管（9）和放气阀（8），所述热管（27）设置在热管外壳（6）内，所述热管外壳（6）、蓄热水箱（7）用挡板（5）固定在屋顶；
所述太阳能光伏装置包括：设置在光伏板外壳（1）内的若干块光伏板（33）和光伏板散热水管（32），所述若干块光伏板（33）之间以90°夹角连接，光伏板散热水管（32）与光伏板（33）相切盘绕且穿插布置于光伏板（33）背光侧，并与蓄热水箱（7）连通；所述光伏板（33）通过逆变器（47）为蓄电池（46）充电，蓄电池（46）与自控模块（48）电性连接；
所述吸收式制冷装置包括：溴化锂吸收式制冷机组（25）、空调末端装置（21）、空调末端装置进水管（38）和空调末端装置回水管（22），所述溴化锂吸收式制冷机组（25）与光伏板散热水管（32）通过制冷回水管（36）、第一三通控制阀（35）、总回水管（2）和循环泵（34）连接，所述溴化锂吸收式制冷机组（25）与空调末端装置（21）通过空调末端装置进水管（38）和空调末端装置回水管（22）连接；
所述辐射供暖装置包括：设置在热辐射管外壳（26）内的热辐射管（37）；所述热辐射管（37）与蓄热水箱（7）通过总供水管（11）、第二三通控制阀（12）、第三三通控制阀（43）和热辐射管进水管（13）连接,所述热辐射管（37）与蓄热水箱（7）还通过总供水管（11）、第二三通控制阀（12）、第三三通控制阀（43）、空调末端装置（21）、蝶阀（44）和热辐射管进水管（13）连接；所述热辐射管（37）与光伏板散热水管（32）通过热辐射管回水管（41）、第一三通控制阀（35）、总回水管（2）和循环泵（34）连接；
所述电路控制装置包括：蓄电池（46）、逆变器（47）和自控模块（48），所述蓄电池（46）通过逆变器（47）与所述光伏板（33）或市电电性连接；所述溴化锂吸收式制冷机组（25）包括：冷凝器、蒸发器、发生器和吸收器，所述吸收器和冷凝器通过生活热水箱进水管（14）和生活热水箱回水管（15）与生活热水箱（18）连接，利用制冷剂冷凝放热和吸收剂吸收制冷剂放热来制取生活热水。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，其特征是：所述蓄热水箱（7）内设有第一电加热器（28），用以在太阳能热管装置和太阳能光伏装置制取的热量不足时加热蓄热水箱（7）内的流体。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，其特征是：所述生活热水箱（18）内设有第二电加热器（29），用以补充所述生活热水箱（18）的热量。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，其特征是：所述总供水管（11）上设有温度传感器（10）用以感应所述总供水管（11）内的流体温度。
5.根据权利要求2所述的一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，其特征是：所述第一电加热器（28）、第一三通控制阀（35）、第二三通控制阀（12）、温度传感器（10）、第三三通控制阀（43）和蝶阀（44）与自控模块（48）连接，当温度传感器（10）感应到总供水管（11）内流体温度低于70℃时开启第一电加热器（28）。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，其特征是：所述制冷回水管（36）、总回水管（2）、回流管（4）、总供水管（11）、制冷供水管（39）、空调末端装置进水管（38）、空调末端装置回水管（22）、生活热水箱进水管（14）、生活热水箱回水管（15）和热风回水管（45）外部皆包裹有起到防冻、保温、防火作用的岩棉和伴热带；所述空调末端装置（21）设有消声减震装置，所述消声减震装置包括消声弯头、吸音涂料和发泡胶。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，其特征是：当室外环境处于夏季工况时，所述自控模块（48）通过控制第一三通控制阀（35）、第二三通控制阀（12）、第三三通控制阀（43）和蝶阀（44）使总供水管（11）、制冷供水管（39）、制冷回水管（36）和总回水管（2）处于开启状态，使热辐射管进水管（13）、热辐射管回水管（41）和热风回水管（45）处于关闭状态，蓄热水箱（7）内流体流经总供水管（11）和制冷供水管（39）到达溴化锂吸收式制冷机组（25）并在溴化锂吸收式制冷机组（25）热交换后流经制冷回水管（36）、总回水管（2）和循环泵（34）到达光伏板散热水管（32）并吸收光伏板（33）产生的热量之后流经回流管（4）到达蓄热水箱（7）完成一个循环，溴化锂吸收式制冷机组（25）在收到热量后以此为驱动制取冷量并通过空调末端装置进水管（38）向空调末端装置（21）供应冷量，进而对室内环境进行调控；
当室外环境处于冬季工况时，运行模式一：所述自控模块（48）通过控制第一三通控制阀（35）、第二三通控制阀（12）、第三三通控制阀（43）和蝶阀（44）使总供水管（11）、热辐射管进水管（13）、热辐射管回水管（41）和总回水管（2）处于开启状态，使制冷供水管（39）、制冷回水管（36）和热风回水管（45）处于关闭状态，蓄热水箱（7）内流体流经总供水管（11）和热辐射管进水管（13）到达热辐射管（37）进行辐射供暖之后流经热辐射管回水管（41）和总回水管（2）到达光伏板散热水管（32）并吸收光伏板（33）产生的热量之后流经回流管（4）到达蓄热水箱（7）完成一个循环；运行模式二：自控模块（48）通过控制第一三通控制阀(35)、第二三通控制阀(12)、第三三通控制阀(43)和蝶阀(44)使蓄热水箱(7)内流体流经总供水管(11)、第二三通控制阀(12)、热辐射管进水管(13)和第三三通控制阀(43)到达空调末端装置（21），换热完毕后流体流经蝶阀(44)，热风回水管(45)、热辐射管(37)、第一三通控制阀(35)和总回水管(2)到达光伏板散热水管（32）继续吸收光伏板（33）的热量，进而所述空调末端装置（21）可对室内环境进行热风供暖。
8.根据权利要求1、2或7任意一项所述的一种太阳能光热、光伏及空调一体化系统，其特征是：所述蓄热水箱（7）内的流体为掺有防冻液的水。
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