CN110068035A - 一种适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于公开一种适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,它包括光伏供电模块、光伏热源模块和供水供暖模块,所述光伏供电模块的输出端与所述光伏热源模块的输出端分别与所述供水供暖模块相连接,所述光伏供电模块与所述光伏热源模块互相连接;所述光伏供电模块为由光伏组件集热板、逆变器和配电箱构成的并网型高效光伏供电模块;所述光伏热源模块由光伏组件集热板、传热介质、膨胀阀和压缩机构成;与现有技术相比,可满足高海拔寒冷地区小型民居的清洁能源供热水供暖需求,在外界环境极端低温‑15‑‑30℃条件下,供应热水温度仍可达到40‑55℃,室内环境温度保持在15℃以上,较大提升了光伏光电综合利用效率可达70%,实现本发明的目的。

Description

一种适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统
技术领域
本发明涉及一种光伏热电系统,特别涉及一种适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统。
背景技术
能源危机与环境污染已引起全球关注,调整能源结构、利用可再生能源已成为人类可持续发展的必由之路。在各种清洁能源技术中,太阳能光热技术、光电技术已经普遍应用于人类生活及工作场所。
太阳能光热利用可分为低温利用(<200℃)、中温利用(200-800℃)和高温利用(>800℃),其中广泛应用于人类生活的是低温利用的太阳能热水器。由于光照资源存在季节及地域性差异,太阳能热水器仅靠太阳辐照很难达到全年有效工作,大部分系统在阴雨、雾霾等气候条件下无法正常工作使得系统转化效率仅达40%左右。如在上海地区,满负荷利用太阳能热水器时,其中70%热能是由电力或燃气补充,根本无法达到全部或大部分供热由清洁能源提供的目的。
太阳能光电利用可分为光热发电、光伏发电,其中广泛应用于人类生活的是光伏发电技术。目前,商用光伏组件的转换效率普遍低于20%,大部分太阳辐照被太阳电池吸收后转化为热能。晶体硅太阳电池发电效率依赖于其工作温度,当太阳电池运行温度高于25℃,电池每升高1℃,其峰值功率就会损失0.4-0.5%。尤其在夏季,晶硅组件运行时背板温度可达60℃以上,电池工作节温可高达80-90℃,导致峰值发电功率损失可达20-30%,严重影响了光伏系统工作效率,同时也加速光伏组件老化,缩短使用寿命。
单独光热利用或光电利用都无法达到理想的系统运行效率,为解决上述问题,太阳能综合利用技术逐渐受到人们重视。
因此,特别需要一种适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,以解决上述现有存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,针对现有技术的不足,可同时将太阳能转化为电能和热能,不仅提升了综合利用效率,还提升了使用寿命,在-15--30℃低温环境下仍可高效运行,满足家庭生活所必需的供电、供热水、供暖等功能。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
一种适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,其特征在于,它包括光伏供电模块、光伏热源模块和供水供暖模块,所述光伏供电模块的输出端与所述光伏热源模块的输出端分别与所述供水供暖模块相连接,所述光伏供电模块与所述光伏热源模块互相连接;所述光伏供电模块为由光伏组件集热板、逆变器和配电箱构成的并网型高效光伏供电模块;所述光伏热源模块由光伏组件集热板、传热介质、膨胀阀和压缩机构成。
在本发明的一个实施例中,所述光伏组件集热板通过顶置仰角可调型支架安装在屋顶或空地上。
在本发明的一个实施例中,所述光伏组件集热板包括集热片和双玻光伏组件,所述集热片设置在所述双玻光伏组件背侧形成光伏发电与集热一体的光伏组件集热板。
进一步,所述集热片通过螺栓或压块固定于所述双玻光伏组件的边框上并安装于所述双玻光伏组件背面。
进一步,所述集热片为平板式超薄流道铝合金板材通过吹胀工艺加工而成,所述集热片的内部具有密集的流通通道并填充有传热介质。
在本发明的一个实施例中,所述供水供暖模块由水箱、盘管、地暖、散热片和生活用水管路组成;所述盘管安装于水箱的底部,所述水箱通过热水分配器分流至所述地暖、散热片和生活用水管路的循环回路中。
本发明的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,与现有技术相比,可满足高海拔寒冷地区小型民居的清洁能源供热水供暖需求,在外界环境极端低温-15--30℃条件下,供应热水温度仍可达到40-55℃,室内环境温度保持在15℃以上,较大提升了光伏光电综合利用效率可达70%,实现本发明的目的。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本发明的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统的结构示意图;
图2为本发明的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统的内部示意图;
图3为本发明的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统的侧面示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
实施例
如图1至图3所示,本发明的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,它包括光伏供电模块、光伏热源模块和供水供暖模块,所述光伏供电模块的输出端与所述光伏热源模块的输出端分别与所述供水供暖模块相连接,所述光伏供电模块与所述光伏热源模块互相连接;所述光伏供电模块为由光伏组件集热板1、逆变器6和配电箱8构成的并网型高效光伏供电模块。
在本实施例中,光伏组件集热板1通过顶置仰角可调型支架7安装在屋顶或空地上。
在本实施例中,光伏组件集热板1包括集热片和双玻光伏组件,所述集热片设置在所述双玻光伏组件背侧形成光伏发电与集热一体的光伏组件集热板。
每一块光伏组件集热板1带有传热介质12注入、输出两个端口,光伏组件集热板1之间可以通过注入、输出口串接,第一块光伏组件集热板1注入口与膨胀阀5连接,最后一块光伏组件集热板1输出口与压缩机2相连接。
所述集热片通过螺栓或压块固定于所述双玻光伏组件的边框上并安装于所述双玻光伏组件背面。
所述集热片为平板式超薄流道铝合金板材通过吹胀工艺加工而成,所述集热片的内部具有密集的流通通道并填充有传热介质12。传热介质12采用高效制冷且满足环保要求的R410A,R410A由R32(二氟甲烷)和R125(五氟乙烷)混合物组成,沸点为-51.6℃,具有稳定、无毒、性能优越等特点。
本发明的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统运行所需的电量大部分由光伏供电模块自发电供应,光伏供电模块白天发电量作为系统自用,夜晚或特殊气候条件时,系统供电可由市电补充支撑。当整个系统停机时,光伏供电模块所发的电量可以上网。
光伏供电模块适用于高海拔及低温环境。高海拔地区太阳光资源普遍具有光照强,紫外成分多的特点,一般光伏电池在可见光范围具有较高量子效率(QE)而对紫外波段的QE较差。
为增加光伏组件对全波段太阳光的利用,光伏组件采用以下一系列技术方法:1)采用透过率曲线与电池QE曲线高度匹配的高透玻璃,透光率可达94%以上;2)采用紫外波段QE响应较高的高效N型电池,电池具有高功率、低温度系数、低衰减等特性;3)采用具有紫外光转换功能的封装材料,可将紫外波段光线转化为可见波段光线更易于太阳电池响应;4)采用透明双玻组件,双玻组件散热优于常规背板组件,其电池运行温度低于常规背板组件电池的运行温度,从而降低组件运行热损失;以上方法综合利用,使得光伏供电模块儿较常规光伏模块儿的发电量可提升加5-20%,从而提高本发明的光伏热电联供系统的光伏热电的自供能力。
光伏供电模块的顶置仰角可调型支架7采用液压或机械可调节支架,支架可以满足多类型民居的屋顶结构,还可以调整组件安装角度,与通过PVsyst软件模拟得到的最佳安装角度相匹配,便于光伏供电模块达到最佳发电能力,当安装地点处于高海拔寒冷地区时可采用机械支架解决系统防冻要求。
所述光伏热源模块由光伏组件集热板1、传热介质12、膨胀阀5和压缩机2构成。
集热片与背板玻璃表面保持5-15mm距离不直接接触,在吸收光伏组件集热板1运行时散发热量的同时,还可以对双玻光伏组件背面透过的光线进行反射,增加双玻光伏组件发电量。同时,为达到高效集热及高反光的效果,铝合金板采用吹胀工艺加工成型,板内具有高密度流通通道并可以通过MPa级气密性检测。集热片靠近背板玻璃一侧涂覆银色吸热涂层,兼具高反光率与高热传导系数,集热片靠近空气一侧涂覆深色吸热涂层,高效吸收空气热量及地表反射的光热。
光伏组件集热板1具有输出口、注入口两个连接管口,其中填充液态低温传热介质12,当液态传热介质R410A吸收光伏组件运行时散发的热量以及空气中的热量后,会转变为低温气态传热介质,传热介质通过压缩机2做工后转变为温度可达120℃的高温高压气态介质。高温高压传热介质流入水箱3的盘管4内,对注入水箱3中的凉水进行加热后又转变为低温高压传热介质,并通过膨胀阀4后转变为低压使蒸汽状态返回光伏组件集热板1中,完成一次热量的传输交换。传热介质12在光伏热源模块中循环运行,不断将光伏组件集热板1从外界吸收的热量输送入水箱3的冷水中,最终将水箱3的热水温度加热到设定温度50-60℃以上,在极端环境低温条件下仍可达40-55℃。
压缩机2安装于光伏热源模块中与膨胀阀5组成热泵主机,其作用是对输入的低温气态传热介质12做功,并将形成的高温高压气态的传热介质12输出至水箱3中的盘管4。盘管4安装水箱3中,由导热良好铜管制成,其作用是循环的将高温高压气态介质所携带的热量传递到水箱3的冷水中,通过水箱3中冷热水的对流实现整个水箱3的供水加热。其输入端与压缩机2相连,输出端与膨胀阀5相连,其内部传热介质12在传输过程中降温,并由高温高压气态转变为高压液态。
膨胀阀5安装于光伏热源模块中与压缩机2组成热泵主机,其端与盘管4相连,输出端与光伏组件集热板注入口相连,作用是将盘管4中输入的高压液态传热介质12转变为低压湿蒸汽(液气混合状态),使其最终返回到光伏组件集热板1中,完成传热介质12传输热量的一个完整循环。
在本实施例中,所述供水供暖模块由水箱3、盘管4、地暖9、散热片10和生活用水管路11组成;盘管4安装于水箱3的底部,水箱3通过热水分配器分流至所述地暖9、散热片10和生活用水管路11的循环回路中。
在户外环境温度为-15--30℃时,水箱3的热水温度仍可到40-55℃,室内环境温度可达到15℃以上。
水箱3中冷水加热至设定温度后,热水供应分别与地暖9、散热片10和生活用水管路11相连。地暖9与散热片10同时设有进水管和回水管,使水箱3中的水源可以不断循环使用,提高供暖效率;
传热介质12通过压缩机2做功后变成高温高压气态介质,随后进入水箱3底部的盘管4中,盘管4由导热效果良好铜管制作,使传热介质12携带的热量迅速传递至水箱3的冷水中。水箱3的底部冷水注入口与生活用水管路11连接,即可满足注水压力要求,注入冷水温度在5-15℃范围,底部冷水温度上升后通过热对流作用不断上升,顶部冷水不断下降,由盘管4的散热反复加热直至升温至设定温度。
水箱3送出热水通过热水分配器分给供水、供暖两个支路,供水支路与生活用水管路连接用于日常洗浴,供暖支路可同时连接地暖管和外挂式散热片,使室内温度更快达到设定条件。地暖供暖和外挂式散热片均由进水管和回水管组成,回水管最终接入水箱冷水注入口处,形成供水供暖系统中冷-热水循环。
供暖支路中的流通介质可由光伏组件集热板1的传热介质12来代替水箱3中的热水,如此,供暖支路的进水、回水管口需分别连接水箱3的盘管4的进口、出口,形成传热介质12的供暖循环。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,其特征在于,它包括光伏供电模块、光伏热源模块和供水供暖模块,所述光伏供电模块的输出端与所述光伏热源模块的输出端分别与所述供水供暖模块相连接,所述光伏供电模块与所述光伏热源模块互相连接;所述光伏供电模块为由光伏组件集热板、逆变器和配电箱构成的并网型高效光伏供电模块;所述光伏热源模块由光伏组件集热板、传热介质、膨胀阀和压缩机构成。
2.如权利要求1所述的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,其特征在于,所述光伏组件集热板通过顶置仰角可调型支架安装在屋顶或空地上。
3.如权利要求1所述的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,其特征在于,所述光伏组件集热板包括集热片和双玻光伏组件,所述集热片设置在所述双玻光伏组件背侧形成光伏发电与集热一体的光伏组件集热板。
4.如权利要求3所述的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,其特征在于,所述集热片通过螺栓或压块固定于所述双玻光伏组件的边框上并安装于所述双玻光伏组件背面。
5.如权利要求3所述的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,其特征在于,所述集热片为平板式超薄流道铝合金板材通过吹胀工艺加工而成,所述集热片的内部具有密集的流通通道并填充有传热介质。
6.如权利要求1所述的适用于高海拔寒冷地区的光伏热电联供系统,其特征在于,所述供水供暖模块由水箱、盘管、地暖、散热片和生活用水管路组成;所述盘管安装于水箱的底部,所述水箱通过热水分配器分流至所述地暖、散热片和生活用水管路的循环回路中。
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