CN109737615B - 小型家用太阳能热电冷多联产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型家用太阳能热电冷多联产系统，本系统中光伏组件的电能经太阳能充电控制器向蓄电池充电，蓄电池输出端连接逆变器输入端提供电能，平板型太阳能集热器中换热介质进口和出口连接螺旋盘管两端，自来水水源经单向阀供于储热水箱内，储热水箱内储存的水经单向阀及混水阀流入地热管作为热源，地热管输出端经回水泵及四通阀、单向阀连接压缩式热泵输入端，储热水箱内自来水连接吸收式制冷机和压缩式热泵的输入端，吸收式制冷机和压缩式热泵的输出端连接储水罐输入端，储水罐内水经四通阀及换热器与自来水水源换热后经单向阀输入储热水箱内。本系统满足能量的梯级利用，达到能量最大利用效率及节能环保、能量联产、多级利用的目的。

Description

小型家用太阳能热电冷多联产系统
技术领域
本发明涉及太阳能集热技术领域，尤其涉及一种小型家用太阳能热电冷多联产系统。
背景技术
目前，太阳能利用主要分为光热利用以及光伏利用，太阳能集热技术的利用在日常家庭生活中占有愈发重要的地位，常用的太阳能集热器为一般的小型家庭用户提供日常所需的热能，然而由于太阳能的间歇性及辐射密度不均匀性，在日照条件不充足的时候，单一太阳能集热器装置无法满足用户的需求。为此将压缩式热泵及吸收式制冷机与该太阳能集热器结合使用，以满足不同天气条件下的用户需求。光伏利用是指光伏组件吸收太阳辐射产生电能的过程，在这个过程中，光伏组件的温度会逐渐升高，当温度达到45℃以上时，光电转化效率会被大大降低，电性能也随之降低，因此需要外界的辅助将产生的多余热量消耗，使光伏组件保持在一个相对稳定的的工作温度范围内。通过集热器利用光伏组件的余热不仅可以保证电性能的稳定，还可以增加热效率，能够提升系统的整体性能。而针对冬季，尤其是我国北方一些家庭普遍使用的空调室外换热器容易在寒冷的环境中结霜，影响工作性能；制冷机内的循环质量流量较小，无法满足环境需求；当较多大功率家用电器同时使用时，耗费过多电量成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种小型家用太阳能热电冷多联产系统，本系统可以充分利用可再生无污染的太阳能及集热系统中光伏组件的余热，满足能量的梯级利用，达到能量的最大利用效率以及节能环保、能量联产、多级利用的目的，适应季节需求制冷或制热，有效利用能量与资源。
为解决上述技术问题，本发明小型家用太阳能热电冷多联产系统包括带有光伏组件的平板型太阳能集热器、太阳能充电控制器、蓄电池、逆变器、内置螺旋盘管的储热水箱、混水阀、地热管、回水泵、自来水水源、换热器、吸收式制冷机、压缩式热泵和储水罐，所述光伏组件的电能经所述太阳能充电控制器向所述蓄电池充电，所述蓄电池输出端连接所述逆变器输入端，所述逆变器输出端提供电能，所述平板型太阳能集热器换热介质进口和出口分别连接所述螺旋盘管两端，所述自来水水源经单向阀提供所述储热水箱内自来水，所述储热水箱内自来水经单向阀及混水阀提供所述地热管热源，所述地热管输出端经回水泵及四通阀、单向阀连接所述压缩式热泵输入端，所述储热水箱内自来水分别连接所述吸收式制冷机和压缩式热泵的输入端，所述吸收式制冷机和压缩式热泵的输出端分别连接所述储水罐输入端，所述储水罐内水经四通阀及所述换热器与所述自来水水源换热后经单向阀输入所述储热水箱内。上述所有设备裸露环境中的循环回路外侧均包覆保温层，用于有效的减少热量向环境中散失。
进一步，所述平板型太阳能集热器和螺旋盘管内的换热介质是自来水或导热油。
进一步，本系统还包括PID调节器，所述PID调节器调节所述平板型太阳能集热器与螺旋盘管内换热介质的流量。
进一步，本系统还包括浮球阀，所述浮球阀设于所述储热水箱内用于检测储热水箱内水位。
进一步，本系统还包括电加热器，所述电加热器用于加热经所述混水阀输出至所述地热管的自来水。
进一步，本系统还包括第一温控器、第二温控器和第三温控器，所述第一温控器控制由所述储热水箱经单向阀输出至所述混水阀的自来水温度，所述第二温控器控制由四通阀输出至所述换热器的自来水温度，所述第三温控器控制由所述储热水箱传输至所述压缩式热泵的自来水温度。
由于本发明小型家用太阳能热电冷多联产系统采用了上述技术方案，即本系统中所述光伏组件的电能经太阳能充电控制器向蓄电池充电，蓄电池输出端连接逆变器输入端提供电能，平板型太阳能集热器换热介质进口和出口连接螺旋盘管两端，自来水水源经单向阀提供储热水箱内自来水，储热水箱内自来水经单向阀及混水阀提供地热管热源，地热管输出端经回水泵及四通阀、单向阀连接压缩式热泵输入端，储热水箱内自来水连接吸收式制冷机和压缩式热泵的输入端，吸收式制冷机和压缩式热泵的输出端连接储水罐输入端，储水罐内水经四通阀及换热器与自来水水源换热后经单向阀输入储热水箱内。因此，本系统可以充分利用可再生无污染的太阳能及光伏组件的余热，满足能量的梯级利用，达到能量的最大利用效率以及节能环保、能量联产、多级利用的目的，适应季节需求制冷或制热，有效利用能量与资源。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明小型家用太阳能热电冷多联产系统结构示意图。
具体实施方式
实施例如图1所示，本发明小型家用太阳能热电冷多联产系统包括带有光伏组件11的平板型太阳能集热器1、太阳能充电控制器2、蓄电池3、逆变器4、内置螺旋盘管51的储热水箱5、混水阀6、地热管7、回水泵8、自来水水源9、换热器10、吸收式制冷机12、压缩式热泵13和储水罐14，所述光伏组件11的电能经所述太阳能充电控制器2向所述蓄电池3充电，所述蓄电池3输出端连接所述逆变器4输入端，所述逆变器4输出端提供电能，所述平板型太阳能集热器1换热介质进口和出口分别连接所述螺旋盘管51的进水口和出水口两端，所述自来水水源9经单向阀91提供所述储热水箱5内自来水，所述储热水箱5内自来水经单向阀61及混水阀6提供所述地热管7热源，所述地热管7输出端经回水泵8及四通阀15、单向阀16连接所述压缩式热泵13输入端，所述储热水箱5内自来水分别连接所述吸收式制冷机12和压缩式热泵13的输入端，所述吸收式制冷机12和压缩式热泵13的输出端均连接所述储水罐14输入端，所述储水罐14内水经四通阀15及所述换热器10与所述自来水水源9换热后经单向阀91输入所述储热水箱5内。
优选的，所述平板型太阳能集热器1和螺旋盘管51内的换热介质是自来水或导热油。
优选的，本系统还包括PID调节器17，所述PID调节器17调节所述平板型太阳能集热器1与螺旋盘管51内换热介质的流量。
优选的，本系统还包括浮球阀52，所述浮球阀52设于所述储热水箱5内用于检测储热水箱5内水位。
优选的，本系统还包括电加热器18，所述电加热器18用于加热经所述混水阀6输出至所述地热管7的自来水。
优选的，本系统还包括第一温控器19、第二温控器20和第三温控器21，所述第一温控器19控制由所述储热水箱5经单向阀61输出至所述混水阀6的自来水温度，所述第二温控器20控制由四通阀15输出至所述换热器10的自来水温度，所述第三温控器21控制由所述储热水箱5传输至所述压缩式热泵13的自来水温度。
本系统中平板型太阳能集热器中换热介质管道的进出口与储热水箱中螺旋盘管两端进行连接，其内部循环的换热介质为自来水或者导热油，裸露在外界环境的换热介质管道应包裹保温层，防止与外界环境换热产生热量损耗，并且防止循环管道在冬季温度较低时被冻裂；储热水箱中螺旋盘管外部充满外界补充的常温自来水，经过循环换热，自来水温度升高可用于日常生活用水；储热水箱中放置浮球阀用于观测自来水的水位，PID调节器调控换热介质的流量，当换热介质温度较高时，其流量调大，当换热介质温度较低时，其流量调小，通过调控可以有效的利用热量，减小热量损失。
平板型太阳能集热器中光伏组件的电能输出端连接太阳能充电控制器，太阳能充电控制器的作用是使电能稳定的输入到蓄电池中，蓄电池可接入逆变器，储存在蓄电池中光伏组件输出的直流电通过逆变器的作用转变为交流电，可提供本系统中各类用电设备的电源，也可为家庭住户中其他耗电设备供电。
吸收式制冷机和压缩式热泵均可用于夏季向环境制冷，其制冷流程如下：以太阳辐射作为热源，吸收式制冷机中以溴化锂溶液作为吸收剂，储热水箱中的热水作为制冷剂，通过消耗平板型太阳能集热器的热能达到制冷的目的；压缩式热泵以储热水箱中的热水驱动制冷，但其制冷效率较低，因此仅用于辅助吸收式制冷机制冷，降温环境温度；储热水箱中被循环加热的热水可用作压缩式热泵的辅助热源，也可作为吸收式制冷机中的制冷剂，因此需经自来水水源向储热水箱中及时补充经电加热器预热的自来水，并在储热水箱中放置浮球阀用于测量水位，防止补充预热的自来水和输出热源时同时充热和放热造成的热量损失。此外，压缩式热泵和吸收式制冷机产出的水可以经过过滤装置储存在储水罐中，用于夏季日常生活所需，也可以经过四通阀通过第二温控器的控制，在换热器的作用下使水的温度升高，以补充到储热水箱中，防止同时进出水造成的热量损失。
压缩式热泵和地热管均可用于冬季向环境制热，其制热流程如下：压缩式热泵将储热水箱中经过循环换热产生的热水通过地热管向室内环境输送，使室内环境获得热量，但在冬季时一般自来水温度较低，因此可以采用辅助电加热方式，通过第一温控器调控由电加热器加热后进入地热管的水温，使其达到系统循环的需求。严寒的自来水不可以直接作为压缩式热泵的蒸发段，因此，回水泵流出的水一方面可以经过四通阀通过换热器的作用对补充在储热水箱的自来水进行预热，另一方面可以通过四通阀流向压缩式热泵，使压缩式热泵辅助地热管向环境制热，提高地热管制热的工作效率。为防止压缩式热泵效率较低，可将储热水箱中被循环加热的热水用作压缩式热泵中的辅助热源，因此需要向储热水箱中及时补充预热的自来水，并在储热水箱中放置浮球阀用于测量水位，防止同时进出水造成的热量损失。地热管内循环介质为储热水箱中经过循环换热被加热的自来水，以该自来水为热源，换热介质在地热管内循环流动，通过向地板以辐射和对流的方式加热周围空气。
储存在蓄电池中光伏组件输出的直流电，通过逆变器的作用转变为交流电，可用于本系统中各耗电设备的电源，此外，所储存的电能还可以用于住户其他耗电设备的电源。
本系统建立在能量梯级利用的基础上，对不同品质的能量进行梯级利用，结合可再生太阳能源，减少对一次能源的消耗，减小系统的规模。本系统应用于小型家用建筑环境中，能够缓解北方寒冷地区家用普通空调的换热器在室外结霜的问题，也可解决当较多大功率家用电器同时使用，耗费过多电量成本等问题；同时，本系统将多联产系统与太阳能结合起来，通过太阳能集热器的作用，结合吸收式制冷机、压缩式热泵、地热管以及太阳能充电控制器，对经过辐射后产生的热能和电能充分利用，达到节能环保、能量联产、多级利用的目的，适应季节变化需求制冷或制热，有效利用能量与资源。

Claims (6)

1.一种小型家用太阳能热电冷多联产系统，包括带有光伏组件的平板型太阳能集热器，其特征在于：还包括太阳能充电控制器、蓄电池、逆变器、内置螺旋盘管的储热水箱、混水阀、地热管、回水泵、自来水水源、换热器、吸收式制冷机、压缩式热泵和储水罐，所述光伏组件的电能经所述太阳能充电控制器向所述蓄电池充电，所述蓄电池输出端连接所述逆变器输入端，所述逆变器输出端提供电能，所述平板型太阳能集热器换热介质进口和出口分别连接所述螺旋盘管两端，所述自来水水源经单向阀连接所述储热水箱，所述储热水箱内自来水经单向阀及混水阀提供所述地热管热源，所述地热管输出端经回水泵及四通阀、单向阀连接所述压缩式热泵输入端，所述储热水箱内自来水分别连接所述吸收式制冷机和压缩式热泵的输入端，所述吸收式制冷机和压缩式热泵的输出端分别连接所述储水罐输入端，所述储水罐内水经四通阀及所述换热器与所述自来水水源换热后经单向阀输入所述储热水箱内。
2.根据权利要求1所述的小型家用太阳能热电冷多联产系统，其特征在于：所述平板型太阳能集热器和螺旋盘管内的换热介质是自来水或导热油。
3.根据权利要求1或2所述的小型家用太阳能热电冷多联产系统，其特征在于：本系统还包括PID调节器，所述PID调节器调节所述平板型太阳能集热器与螺旋盘管内换热介质的流量。
4.根据权利要求3所述的小型家用太阳能热电冷多联产系统，其特征在于：本系统还包括浮球阀，所述浮球阀设于所述储热水箱内用于检测储热水箱内水位。
5.根据权利要求3所述的小型家用太阳能热电冷多联产系统，其特征在于：本系统还包括电加热器，所述电加热器用于加热经所述混水阀输出至所述地热管的自来水。
6.根据权利要求3所述的小型家用太阳能热电冷多联产系统，其特征在于：本系统还包括第一温控器、第二温控器和第三温控器，所述第一温控器控制由所述储热水箱经单向阀输出至所述混水阀的自来水温度，所述第二温控器控制由四通阀输出至所述换热器的自来水温度，所述第三温控器控制由所述储热水箱传输至所述压缩式热泵的自来水温度。
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GR01 Patent grant
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