CN111397251A - 一种新型光电光热综合利用热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型光电光热综合利用热泵系统，包括依次首尾相连的太阳能电池板、集热水泵、集热水箱和太阳能集热水路流量计，集热水箱的蒸发侧管路依次与蒸发侧水泵、第一板壳式换热器和蒸发侧水路流量计首尾相连，第一板壳式换热器的制冷剂管路依次与第一三通阀、变频压缩机、第二板壳式换热器、储液罐、膨胀阀和第二三通阀首尾相连；第一三通阀的另一个出口和第二三通阀的另一个出口分别与室外换热器的制冷剂出口和制冷剂进口连接，第二板壳式换热器的水管路依次与冷凝侧水泵、生活用水箱和用户侧水路流量计首尾相连。本发明能够保证太阳能电池发电效率，可在一年四季稳定地提供生活或供暖用热水。

Description

一种新型光电光热综合利用热泵系统
技术领域
本发明涉及太阳能回收利用的技术领域，更具体地，涉及一种新型光电光热综合利用热泵系统。
背景技术
目前，太阳能利用主要有太阳能光伏发电和太阳能光热利用两种方式。近年来，随着太阳能转化效率的提高，太阳能光电和光热利用得到迅速发展。与此同时，由于太阳能资源分布不均，太阳能利用设备成本较高，传统太阳能光伏发电效率低，不利于市场推广。
太阳能热泵以太阳能电池板在发电的过程中产生的余热作为热泵的低温热源，在这个过程中，流动的工质带走了太阳能电池板产生的余热，会导致太阳能电池板温度过高，光电效率低，还会将余热带走。并且，太阳能又具有不稳定性且与气候变化密切相关，这使得太阳能热泵的利用受到限制。
空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置，传统的空气源热泵机组在室外空气温度高于0℃的情况下，均能安全可靠地运行。但由于空气源热泵冬季采用空气作为热源，所以，随着室外温度的降低其蒸发温度也随之降低，蒸发器表面会结霜，对热泵极其不利。随着霜层的形成，蒸发器传热热阻增加，蒸发温度下降，机组的性能下降。
因此，现有技术中亟需一种能够来保证太阳能电池发电效率、提高太阳能的一次能源利用率，并可在一年四季稳定地提供生活或供暖用热水，提高系统能效，节约能源的技术方案。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用复合热源，提高设备使用率，提高系统能效，降低建筑能耗的新型光电光热综合利用热泵系统。
为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：
一种新型光电光热综合利用热泵系统，包括依次首尾相连的太阳能电池板、集热水泵、集热水箱和太阳能集热水路流量计，所述太阳能电池板的太阳能电池输出端与逆变器连接，所述逆变器连接有蓄电池；所述集热水箱的蒸发侧管路依次与蒸发侧水泵、第一板壳式换热器和蒸发侧水路流量计首尾相连，所述第一板壳式换热器的制冷剂管路依次与第一三通阀、变频压缩机、第二板壳式换热器、储液罐、膨胀阀和第二三通阀首尾相连；所述第一三通阀的另一个出口和所述第二三通阀的另一个出口分别与所述室外换热器的制冷剂出口和制冷剂进口连接，所述第二三通阀的另一个出口和所述变频压缩机的出口之间还连接有融霜电磁阀；所述第二板壳式换热器的水管路依次与冷凝侧水泵、生活用水箱和用户侧水路流量计首尾相连。
所述集热水箱上设有第一补水阀，所述生活用水箱上设有第二补水阀。
所述太阳能电池板为热管式太阳能电池板。
所述室外换热器为风冷换热器。
所述第一板壳式换热器和所述第二板壳式换热器均为水冷式换热器。
本发明与现有技术相比的有益效果是：将太阳能热源蒸发器和空气源风冷蒸发器并联，并根据昼夜、天气、温度等具体情况通过PLC控制，将太阳能热泵和空气源热泵，将太阳能和环境热源综合利用，并将多余的太阳能存储在蓄电池中，能够保证太阳能电池发电效率，提高太阳能的一次能源利用率，并可在一年四季稳定地提供生活或供暖用热水，提高设备使用率，提高系统能效，降低建筑能耗，节约能源。
附图说明
图1是本发明的系统图。
附图标记：1-集热水泵，2-太阳能电池板，3-逆变器，4-蓄电池，5-太阳能集热水路流量计，6-集热水箱，7-蒸发侧水泵，8-蒸发侧水路流量计，9-第一板壳式换热器，10-室外换热器，11-第一三通阀，12-变频压缩机，13-第二三通阀，14-膨胀阀，15-融霜电磁阀，16-储液罐，17-第二板壳式换热器，18-冷凝侧水泵，19-用户侧水路流量计，20-生活用水箱，21-第一补水阀，22-第二补水阀。
具体实施方式
如图1所示的新型光电光热综合利用热泵系统，包括依次首尾相连的太阳能电池板2、集热水泵1、集热水箱6和太阳能集热水路流量计5，太阳能电池板2为热管式太阳能电池板。太阳能电池板2的太阳能电池输出端与逆变器3连接，逆变器3连接有蓄电池4；集热水箱6的蒸发侧管路依次与蒸发侧水泵7、第一板壳式换热器9和蒸发侧水路流量计8首尾相连，第一板壳式换热器9的制冷剂管路依次与第一三通阀11、变频压缩机12、第二板壳式换热器17、储液罐16、膨胀阀14和第二三通阀13首尾相连；第一三通阀11的另一个出口和第二三通阀13的另一个出口分别与室外换热器10的制冷剂出口和制冷剂进口连接，室外换热器10为风冷换热器。第二三通阀13的另一个出口和变频压缩机12的出口之间还连接有融霜电磁阀15；第二板壳式换热器17的水管路依次与冷凝侧水泵18、生活用水箱20和用户侧水路流量计19首尾相连。
第一板壳式换热器9和第二板壳式换热器17均为水冷式换热器。
集热水箱6上设有第一补水阀21，生活用水箱20上设有第二补水阀22。
系统各个管路和水箱上都安装有温度传感器，换热器的制冷剂管路上还设置有压力变送器。各个管路及水箱上的温度传感器、流量计、压力变送器、电子膨胀阀、压缩机变频器以及各种电磁阀都由PLC控制。本实施例中，PLC控制系统采用西门子PLC-200。通过PLC控制器，可实现对系统各种参数的采集、显示监测和处理，控制水电磁阀和水泵的开和关，并切换系统的各种工作模式。
上述系统的工作方式如下：
一、当PLC控制器检测到光照不足，尚无足够的太阳能加以利用时，打开第一三通阀11和第二三通阀13，将两个三通阀都与室外换热器10接通，将室外换热器10作为该热泵系统的蒸发器，打开膨胀阀14、冷凝侧水泵18，再打开变频压缩机12，系统从空气中吸热，以空气源热泵的模式制取热水，通过冷凝侧水泵18将热水供给到生活用水箱20中，供用户使用，并通过用户侧水路流量计19监控热水流量。
二、随着太阳辐照的增强，当PLC控制器检测到太阳能电池板2背板温度高于集热水箱6中的水温时，开启集热水泵1，将吸收了太阳能热量的水泵送到集热水箱6中，收集太阳能电池发电产生的余热。
三、当PLC控制器检测到集热水箱6中的水温高于环境温度5～10℃时，打开第一三通阀11和第二三通阀13，将两个三通阀都与第一板壳式换热器9接通，将第一板壳式换热器9作为该热泵系统的蒸发器，打开逆变器3和蓄电池4，将产生的电能储存在蓄电池4中。
四、随着太阳辐照的减弱，集热水箱6中的水温逐渐下降，当PLC控制器检测到集热水箱6中的水温低于环境温度时，打开第一三通阀11和第二三通阀13，将两个三通阀都与室外蒸发器10接通，将该热泵系统的蒸发器切换到室外蒸发器10，系统以空气源热泵模式工作。此时太阳能电池板2的背板温度仍然高于集热水箱6中的水温，集热水泵1继续向集热水箱6泵送热水。
五、随着太阳辐照的继续减弱，当PLC控制器检测到集热水箱6中的水温低于太阳能电池板2的背板温度时，关闭集热水泵1，停止泵水。
六、随着热泵系统的运行，生活用水箱20中的水温逐渐升高，当PLC控制器检测到水温达到55℃，即生活用水的温度已满足需要时，关闭变频压缩机12,、电子膨胀阀14、第一三通阀11、第二三通阀13、蒸发侧水泵7和冷凝测水泵18，停止热泵系统向用户供热。
七、当PLC控制器检测到水温低于55℃，重复上述步骤。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种新型光电光热综合利用热泵系统，包括依次首尾相连的太阳能电池板(2)、集热水泵(1)、集热水箱(6)和太阳能集热水路流量计(5)，其特征是，所述太阳能电池板(2)的太阳能电池输出端与逆变器(3)连接，所述逆变器(3)连接有蓄电池(4)；所述集热水箱(6)的蒸发侧管路依次与蒸发侧水泵(7)、第一板壳式换热器(9)和蒸发侧水路流量计(8)首尾相连，所述第一板壳式换热器(9)的制冷剂管路依次与第一三通阀(11)、变频压缩机(12)、第二板壳式换热器(17)、储液罐(16)、膨胀阀(14)和第二三通阀(13)首尾相连；所述第一三通阀(11)的另一个出口和所述第二三通阀(13)的另一个出口分别与所述室外换热器(10)的制冷剂出口和制冷剂进口连接，所述第二三通阀(13)的另一个出口和所述变频压缩机(12)的出口之间还连接有融霜电磁阀(15)；所述第二板壳式换热器(17)的水管路依次与冷凝侧水泵(18)、生活用水箱(20)和用户侧水路流量计(19)首尾相连。
2.根据权利要求1所述的新型光电光热综合利用热泵系统，其特征是，所述集热水箱(6)上设有第一补水阀(21)，所述生活用水箱(20)上设有第二补水阀(22)。
3.根据权利要求1所述的新型光电光热综合利用热泵系统，其特征是，所述太阳能电池板(2)为热管式太阳能电池板。
4.根据权利要求1所述的新型光电光热综合利用热泵系统，其特征是，所述室外换热器(10)为风冷换热器。
5.根据权利要求1所述的新型光电光热综合利用热泵系统，其特征是，所述第一板壳式换热器(9)和所述第二板壳式换热器(17)均为水冷式换热器。
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