CN111750538A - 一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，包括有空气集热器、蓄热器、加热器、风道和控制器，风道设置有八条，第一风道和第二风道分别设在空气集热器的上下端，第一风道与第三风道相连通，第二风道与第四风道相连通，第三风道和第四风道之间由第五风道相连通，第七风道和第八风道分别设在蓄热器的上下端，第七风道的另一个端口与第四风道相连通，第八风道的另一个端口与第三风道相连通，第五风道和第七风道之间通过第六风道相连通。有益效果：有效提升供热品质；太阳能综合利用率能到达到80％以上，具有广阔的应用前景。

Description

一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统

技术领域

本发明涉及一种光伏光热与谷电综合利用供暖系统，特别涉及一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统。

背景技术

目前，城市供热热源种类单一，多依靠燃煤热能供热，而燃煤锅炉的排放对大气环境会造成严重污染。因此，降低城市供热燃煤供热比重，增加清洁能源使用比例，改善城市热源排放，成为节能减排工作亟待解决的问题。太阳能属于清洁能源，作为供热热源存在能量转换率低，被加热介质的温度品质低，太能能供能时间与供暖用热时间不匹配的矛盾，因此有必要发明一种太阳能集热供热系统，最大可能的利用太阳能资源，具有较高的太阳能集热效率，较高的加热介质品质，此外现有城市电网日负荷变化大，夜晚电网负荷偏低，此时电厂负荷率低，出力不足，而白天负荷增大，不利于电网安全，因此有必要将太阳能集热与谷电采用蓄热手段储存起来，实现谷电能和太阳能的耦合供暖。

发明内容

本发明的目的是为了实现太阳能集热与谷电集热的集中储能、实现太阳能与谷电的协同供暖、同时兼顾保证夏季光伏电池的发电效率而提供的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统。

本发明提供的具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统包括有空气集热器、蓄热器、加热器、风道和控制器，其中风道内设置有风阀，风阀与控制器连接并由控制器控制工作，风道设置有八条，分别为：第一风道、第二风道、第三风道、第四风道、第五风道、第六风道、第七风道和第八风道，第一风道和第二风道分别设在空气集热器的上下端，第一风道与第三风道相连通，第三风道的进风口设在被调建筑内，第二风道与第四风道相连通，第四风道的出口设在被调建筑内，第三风道和第四风道之间由第五风道相连通，第七风道和第八风道分别设在蓄热器的上下端，第七风道的另一个端口与第四风道相连通，第八风道的另一个端口与第三风道相连通，第五风道和第七风道之间通过第六风道相连通，加热器设在第四风道内，加热器由控制器控制工作。

空气集热器为光伏光热集热器，空气集热器包括有框架、光伏电池板、基板、绒面钢化玻璃和保温背板，其中框架合围的空间从上到下依次布置绒面钢化玻璃、光伏电池板、基板和保温背板，光伏电池板呈阵列布置于基板之上，绒面钢化玻璃、基板和框架围成的空间呈真空状态，基板、保温背板和框架围成的空间为空气流通通道，空气流通通道的上部和下部设有开口分别与第一变径和第二变径相连通，第一变径的另一个端口与第一风道相连通，第二变径的另一个端口与第二风道相连通，框架上还连接有太阳光辐射传感器，太阳光辐射传感器的辐射面平行于绒面钢化玻璃，基板上安装有第一温度传感器，太阳光辐射传感器和第一温度传感器均与控制器相连接，太阳光辐射传感器和第一温度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器。

第一风道内装配有第一风阀，第一风道和第三风道的连通口设在第一风阀和第一变径之间，第一风阀与控制器相连接并由控制器控制工作。

第二风道内设置有第一风机和第二风阀，第二风道和第四风道之间的连通口位于第一风机和第二风阀之间，第一风机上还连接有第一变频器，第一变频器和第二风阀均与控制器相连接并由控制器控制工作。

第三风道内设置有第三风阀和第四风阀，第三风道与第五风道和第八风道的连通口分别位于第三风阀和第四风阀之间，第三风阀和第四风阀与控制器相连接并由控制器控制工作。

第四风道内依次装配有第五风阀、第六风阀和第二风机，第五风道和第四风道的连通口位于第五风阀和第六风阀之间，第五风阀和第六风阀均与控制器连接并由控制器控制工作，第四风道内设置的加热器有两个，分别为第一加热器和第二加热器，第一加热器和第二加热器均为PTC加热器，第一加热器和第二加热器分别设在第五风道和第四风道的连通口两侧，第一加热器与光伏电池板相连接，第一加热器还连接有第一逆变器，第二加热器连接有第二逆变器，第一加热器和第二加热器之间的第四风道上设置有第二温度传感器，第二温度传感器与控制器相连接，第二温度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，第一逆变器、第二逆变器、第一加热器和第二加热器均与控制器相连接并由控制器控制工作，第一逆变器和第二逆变器的另一端均与市电相连接，第二风机设在第六风阀的后部，第二风机还连接有第二变频器，第二变频器与控制器连接并由控制器控制工作，第二风机后部的第四风道上依次设置有第三温度传感器和压力传感器，第三温度传感器和压力传感器均与控制器相连接，第三温度传感器和压力传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，第五风道内设置有第七风阀，第七风阀与控制器相连接并由控制器控制工作，第六风道内设置有第八风阀，第八风阀与控制器相连接并由控制器控制工作。

蓄热器包括有PCM蓄热材料、金属隔板和保温箱体，其中保温箱体为中空立方体结构，保温箱体上下两个端面设置开口，金属隔板在保温箱体内部纵向设置并与保温箱体开口相垂直，金属隔板之间形成的奇数空间两端封堵形成封闭空间，封闭空间内部填充PCM蓄热材料，PCM蓄热材料为石蜡或脂肪酸，PCM蓄热材料的相变点为25℃，PCM蓄热材料内设置有第四温度传感器，第四温度传感器与控制器相连，第四温度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，保温箱体上下开口分别与第三变径和第四变径相连通，第七风道的一个端口与第三变径的出口相连通，第八风道的一个端口与第四变径的出口相连通，第七风道内设有第九风阀，第九风阀设在第六风道和第四风道与第七风道的连通口之间，第九风阀与控制器连接并由控制器控制工作，第八风道内设置有第十风阀，第十风阀与控制器连接并由控制器控制工作。

被调建筑内设置有第五温度传感器，第五温度传感器与控制器相连，第五温度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器。

第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器为热电偶温度传感器或铂电阻温度传感器。

控制器为可编程控制器，控制器的型号为西门子SIMATIC S7-200 SMART型，控制器通过RS485总线分别与第一风阀、第二风阀、第三风阀、第四风阀、第五风阀、第六风阀、第七风阀、第八风阀、第九风阀、第十风阀、第一变频器、第二变频器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、太阳光辐射传感器、压力传感器、第一逆变器和第二逆变器相连接，第一风阀、第二风阀、第三风阀、第四风阀、第五风阀、第六风阀、第七风阀、第八风阀、第九风阀、第十风阀、第一变频器、第二变频器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、太阳光辐射传感器、压力传感器、第一逆变器和第二逆变器均带有RS485接口。

上述的第一风阀、第二风阀、第三风阀、第四风阀、第五风阀、第六风阀、第七风阀、第八风阀、第九风阀、第十风阀、第一变频器、第二变频器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、太阳光辐射传感器、压力传感器、第一逆变器、第二逆变器、第一加热器、第二加热器、第一风机和第二风机均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理：

供暖期工作模式一：当被调建筑内不需供暖，有太阳辐照，蓄热器未完成蓄热。被调建筑内的第五温度传感器的测定温度高于设定值，房间不需供暖，太阳光辐射传感器检测到太阳辐射，第四温度传感器低于PCM相变温度，蓄热器未蓄热，以上信号送至控制器，控制器启动第一风机，打开第三风阀、第五风阀、第九风阀、第十风阀，关闭第一风阀、第二风阀、第四风阀、第六风阀、第七风阀和第八风阀，第一变频器的输出频率根据第一温度传感器所测基板温度进行动态调整，温度高第一变频器输出频率相应提高，阳光照射光伏电池板，部分太阳光转换为直流电能、同时大部分太阳光转换成热能，基板温度升高，在第一风机的驱动下，基板下部空气冲刷基板壁面，空气温度升高，热空气经第四风道中的第一加热器，此时,光伏电池板产生的直流电驱动第一加热器产生热量，经过第一加热器的空气能够获得热量温度继续升高，热空气经第七风道和第三变径进入蓄热器内部，经金属隔板将热量传递给PCM蓄热材料，热空气放出热量后温度降低，经第四变径、第八风道、第三风道、第一风道和第一变径进入空气集热器内继续加热，直到PCM蓄热材料全部融化，完成蓄热，第四温度传感器所测温度高于PCM蓄热材料的相变温度，此时，控制器发出信号，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式二：当被调建筑需要供暖，有太阳辐照，蓄热器未蓄热。当第五温度传感器低于设定温度，房间需要供暖，第四温度传感器低于PCM蓄热材料的相变温度，蓄热器未蓄热，太阳光辐射传感器检测到太阳辐射，以上信号送至控制器，控制器启动第一风机和第二风机，打开第三风阀、第四风阀、第五风阀和第六风阀，关闭第一风阀、第二风阀、第七风阀、第八风阀、第九风阀和第十风阀，第一变频器的输出频率根据第一温度传感器所测基板温度进行动态调整，温度高第一变频器输出频率相应提高，阳光照射光伏电池板，部分太阳光转换为直流电能、同时大部分太阳光转换成热能，基板温度升高，在第一风机的驱动下，基板下部空气冲刷基板壁面，空气温度升高，热空气经第四风道中的第一加热器，此时,光伏电池板产生的直流电驱动第一加热器产生热量，经过第一加热器的空气能够获得热量温度继续升高，第四风道内的第三温度传感器测得空气的温度低于送风温度时，控制器启动第二逆变器，市电经第二逆变器送至第二加热器，第二逆变器输出功率根据第三温度传感器所测温度采用PID控制，保证第二加热器的加热温度达到设定值，第二变频器的输入频率根据压力传感器测得风压采用PID技术控制，保证送风的风量风压满足要求，当被调建筑内有新风需求时，控制器打开第一风阀，室外新风在第一风道与室内回风混合，新风的比例能够通过控制器控制第一风阀、第四风阀的开度调整实现调节，当第五温度传感器所测室温高于设定值时，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式三：当被调建筑需要供暖，有太阳辐照，蓄热器已完成蓄热。被调建筑内的第五温度传感器低于设定温度，房间需要供暖，蓄热器内的第四温度传感器高于PCM蓄热材料的相变温度，蓄热器完成蓄热，太阳光辐射传感器检测到太阳辐射，以上信号送至控制器，控制器启动第一风机，打开第三风阀、第四风阀、第五风阀、第六风阀、第九风阀和第十风阀，关闭第二风阀、第七风阀和第八风阀，第一变频器的输出频率根据第一温度传感器所测基板温度进行动态调整，温度高第一变频器输出频率相应提高，阳光照射光伏电池板，部分太阳光转换为直流电能、大部分太阳光转换成热能，基板温度升高，在第一风机的驱动下，空气冲刷基板壁面，温度升高，热空气经第四风道中的第一加热器，此时,光伏电池板产生的直流电驱动第一加热器产生热量，经过第一加热器的空气能够获得热量温度继续升高，第二风机启动，室内空气经回风口、第三风道、第八风道和第四变径进入蓄热器，空气吸收PCM蓄热材料中释放热量温度升高，经第三变径和第七风道，在第四风道中与空气集热器中的热空气混合，第三温度传感器测得空气的温度低于送风温度时，启动第二逆变器，市电经第二逆变器送至第二加热器，第二逆变器输出功率根据第三温度传感器所测温度采用PID控制，保证第二加热器的加热温度达到设定值，第二变频器的输入频率根据压力传感器测得风压采用PID技术控制，保证送风风量风压满足要求，当被调房间有新风需求时，控制器打开第一风阀，室外新风在第一风道与室内回风混合，新风比例，可以通过控制器控制第一风阀、第四风阀的开度调整实现调节，当第五温度传感器所测室温高于设定值时，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式四：当被调建筑需要供暖，没有太阳辐照，蓄热器未完成蓄热。第五温度传感器低于设定温度，房间需要供暖，第四温度传感器低于PCM相变温度，蓄热器未完成蓄热，太阳光辐射传感器检测不到太阳辐射，以上信号送至控制器，控制器关闭第一风机，打开第二风机，打开第四风阀、第六风阀和第七风阀，关闭第一风阀、第二风阀、第三风阀、第五风阀、第八风阀、第九风阀和第十风阀，启动第二逆变器，室内空气在第二风机的作用下，经回风口、第三风道、第四风道和第五风道，其中在第四风道中经过第二加热器加热，市电经第二逆变器送至第二加热器，第二逆变器输出功率根据第三温度传感器所测温度采用PID控制，保证第二加热器的加热温度达到设定值，第二变频器的输入频率根据压力传感器测得风压采用PID技术控制，保证送风风量风压满足要求，当被调房间有新风需求时，控制器打开第一风阀，室外新风在第一风道与室内回风混合，新风比例，可以通过控制器控制第一风阀、第四风阀的开度调整实现调节，当第五温度传感器所测室温高于设定值时，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式五：当被调建筑需要供暖，没有太阳辐照，蓄热器已完成蓄热。第五温度传感器低于设定温度，房间需要供暖，第四温度传感器高于PCM蓄热材料的相变温度，蓄热器完成蓄热，太阳光辐射传感器检测不到太阳辐射，以上信号送至控制器，控制器关闭第一风机，打开第二风机，打开第四风阀、第十风阀、第八风阀和第六风阀，关闭第一风阀、第二风阀、第三风阀、第五风阀、第七风阀和第九风阀，启动第二逆变器，室内空气在第二风机的作用下，室内空气经回风口、第三风道、第八风道和第四变径进入蓄热器，空气吸收PCM蓄热材料中释放热量温度升高，经第三变径、第七风道，第六风道、第五风道和第四风道，在第四风道中被第二加热器加热，市电经第二逆变器送至第二加热器，第二逆变器输出功率根据第三温度传感器所测温度采用PID控制，保证第二加热器加热温度达到送风温度，第二变频器的输入频率根据压力传感器测得风压采用PID技术控制，保证送风风量风压满足要求，当被调房间有新风需求时，控制器打开第一风阀、第三风阀，室外新风经第一风道在第三风道中与室内回风混合，新风比例，可以通过控制器控制第一风阀、第四风阀的开度调整实现调节，当第五温度传感器所测室温高于设定值时，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式六：当被调建筑不需要供暖，没有太阳辐照，蓄热器未蓄热，满足谷电条件。第五温度传感器高于设定温度，房间不需要供暖，第四温度传感器低于PCM蓄热材料的相变温度，蓄热器未完成蓄热，太阳光辐射传感器检测不到太阳辐射，以上信号送至控制器，控制器开启第一风机，关闭第二风机，打开第三风阀、第五风阀、第九风阀和第十风阀，关闭第四风阀、第一风阀、第二风阀、第六风阀、第七风阀和第八风阀，启动第二逆变器、蓄热器内空气在第一风机的作用下，经第四变径、第八风道、第三风道、第一风道、第一变径、空气集热器、第二变径、第二风道和第四风道，在第四风道中经第二加热器加热，谷电经第二逆变器送至第二加热器，第二逆变器输出功率为工频，加热后空气经第七风道、第三变径进入至蓄热器，热空气经金属隔板将热量传递给PCM蓄热材料，空气温度降低，当第四温度传感器侧得温度高于PCM蓄热材料的相变点后，蓄热器完成蓄热，关闭上述联动设备。

非供暖期工作模式：当被调建筑不需要供热，有太阳辐照，开启发电模式。太阳光辐射传感器检测到太阳辐射，太阳光照射光伏电池板，部分太阳光转换为直流电能，直流电能经第一逆变器变成交流电送至电网，大部分太阳光转换成热能，基板温度升高，当第一温度传感器所测基板温度高于设定值时，控制器接受上述信号，关闭第三风阀、第四风阀、第五风阀、第六风阀、第七风阀、第八风阀、九第风阀、第十风阀和第二风机，开启第一风阀、第二风阀和第一风机，室外空气在第一风机的作用下，经过基板时带走大量的热量、第一变频器的输出频率根据第一温度传感器所测基板温度进行动态调整，温度高第一变频器输出频率相应提高，使基板温度维持在设定温度值(该温度光伏电池的发电效率最高)以下，当第一温度传感器所测基板温度低于设定温度时，关闭上述联动设备。

本发明的有益效果：

本发明提供的基于太阳能光伏光热及谷电综合利用的供暖系统，能够最大限度利用太阳能进行供暖，采用梯级加热手段，首先收集太阳能的热量，再利用太阳光产生的电能加热空气，梯级加热后空气温度高，有效提升供热品质；不论室外太阳光强弱，本系统能够将产生的直流电流直接变成热量，没有中间逆变损失，太阳能综合利用率能到达到80％以上；本系统还能够将太阳能转换的热量储存起来，待需要供热时再释放出来，解决太阳能供暖集热和供热时间上的不匹配问题，同时本系统能够适时的引入谷电，解决供暖期太阳能受天气影响无法供热的问题，同时也缓解了电网峰谷之间用电负荷的矛盾；非采暖期，房间无供热需求时，本系统转变为太阳能发电系统，而且能够动态的冷却光伏电池板温度，稳定光伏发电效率，因此具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的供暖系统整体结构示意图。

图2为本发明所述的空气集热器局部剖视结构示意图。

图3为本发明所述的蓄热器局部断面结构示意图。

上图中的标注如下：

1、空气集热器 2、蓄热器 3、控制器 4、第一风道 5、第二风道

6、第三风道 7、第四风道 8、第五风道 9、第六风道 10、第七风道

11、第八风道 12、被调建筑 13、框架 14、光伏电池板 15、基板

16、绒面钢化玻璃 17、保温背板 18、第一变径 19、第二变径

20、太阳光辐射传感器 21、第一温度传感器 22、第一风阀

23、第一风机 24、第二风阀 25、第一变频器 26、第三风阀

27、第四风阀 28、第五风阀 29、第六风阀 30、第二风机

31、第一加热器 32、第二加热器 33、第一逆变器 34、第二逆变器

35、第二温度传感器 36、第二变频器 37、第三温度传感器

38、压力传感器 39、第七风阀 40、第八风阀 41、PCM蓄热材料

42、金属隔板 43、保温箱体 44、第四温度传感器 45、第三变径

46、第四变径 47、第九风阀 48、第十风阀 49、第五温度传感器。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示：

本发明提供的具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统包括有空气集热器1、蓄热器2、加热器、风道和控制器3，其中风道内设置有风阀，风阀与控制器3连接并由控制器3控制工作，风道设置有八条，分别为：第一风道4、第二风道5、第三风道6、第四风道7、第五风道8、第六风道9、第七风道10和第八风道11，第一风道4和第二风道5分别设在空气集热器1的上下端，第一风道4与第三风道6相连通，第三风道6的进风口设在被调建筑12内，第二风道5与第四风道7相连通，第四风道7的出口设在被调建筑12内，第三风道6和第四风道7之间由第五风道8相连通，第七风道10和第八风道11分别设在蓄热器2的上下端，第七风道10的另一个端口与第四风道7相连通，第八风道11的另一个端口与第三风道6相连通，第五风道8和第七风道10之间通过第六风道9相连通，加热器设在第四风道7内，加热器由控制器3控制工作。

空气集热器1为光伏光热集热器，空气集热器1包括有框架13、光伏电池板14、基板15、绒面钢化玻璃16和保温背板17，其中框架13合围的空间从上到下依次布置绒面钢化玻璃16、光伏电池板14、基板15和保温背板17，光伏电池板14呈阵列布置于基板15之上，绒面钢化玻璃16、基板15和框架13围成的空间呈真空状态，基板15、保温背板17和框架13围成的空间为空气流通通道，空气流通通道的上部和下部设有开口分别与第一变径18和第二变径19相连通，第一变径18的另一个端口与第一风道4相连通，第二变径19的另一个端口与第二风道5相连通，框架13上还连接有太阳光辐射传感器20，太阳光辐射传感器20的辐射面平行于绒面钢化玻璃16，基板15上安装有第一温度传感器21，太阳光辐射传感器20和第一温度传感器21均与控制器3相连接，太阳光辐射传感器20和第一温度传感器21能够把采集的数据实时传输给控制器3。

第一风道4内装配有第一风阀22，第一风道4和第三风道6的连通口设在第一风阀22和第一变径18之间，第一风阀22与控制器3相连接并由控制器3控制工作。

第二风道5内设置有第一风机23和第二风阀24，第二风道5和第四风道7之间的连通口位于第一风机23和第二风阀24之间，第一风机23上还连接有第一变频器25，第一变频器25和第二风阀24均与控制器3相连接并由控制器3控制工作。

第三风道6内设置有第三风阀26和第四风阀27，第三风道6与第五风道8和第八风道11的连通口分别位于第三风阀26和第四风阀27之间，第三风阀26和第四风阀27与控制器3相连接并由控制器3控制工作。

第四风道7内依次装配有第五风阀28、第六风阀29和第二风机30，第五风道8和第四风道7的连通口位于第五风阀28和第六风阀29之间，第五风阀28和第六风阀29均与控制器3连接并由控制器3控制工作，第四风道7内设置的加热器有两个，分别为第一加热器31和第二加热器32，第一加热器31和第二加热器32均为PTC加热器，第一加热器31和第二加热器32分别设在第五风道8和第四风道7的连通口两侧，第一加热器31与光伏电池板14相连接，第一加热器21还连接有第一逆变器33，第二加热器32连接有第二逆变器34，第一加热器31和第二加热器32之间的第四风道7上设置有第二温度传感器35，第二温度传感器35与控制器3相连接，第二温度传感器35能够把采集的数据实时传输给控制器3，第一逆变器33、第二逆变器34、第一加热器31和第二加热器32均与控制器3相连接并由控制器3控制工作，第一逆变器33和第二逆变器34的另一端均与市电相连接，第二风机30设在第六风阀29的后部，第二风机30还连接有第二变频器36，第二变频器36与控制器3连接并由控制器3控制工作，第二风机30后部的第四风道7上依次设置有第三温度传感器37和压力传感器38，第三温度传感器37和压力传感器38均与控制器3相连接，第三温度传感器37和压力传感器38能够把采集的数据实时传输给控制器3，第五风道8内设置有第七风阀39，第七风阀39与控制器3相连接并由控制器3控制工作，第六风道9内设置有第八风阀40，第八风阀40与控制器3相连接并由控制器3控制工作。

蓄热器2包括有PCM蓄热材料41、金属隔板42和保温箱体43，其中保温箱体43为中空立方体结构，保温箱体43上下两个端面设置开口，金属隔板42在保温箱体43内部纵向设置并与保温箱体43开口相垂直，金属隔板42之间形成的奇数空间两端封堵形成封闭空间，封闭空间内部填充PCM蓄热材料41，PCM蓄热材料41为石蜡或脂肪酸，PCM蓄热材料41的相变点为25℃，PCM蓄热材料41内设置有第四温度传感器44，第四温度传感器44与控制器3相连，第四温度传感器44能够把采集的数据实时传输给控制器3，保温箱体43上下开口分别与第三变径45和第四变径46相连通，第七风道10的一个端口与第三变径45的出口相连通，第八风道11的一个端口与第四变径46的出口相连通，第七风道10内设有第九风阀47，第九风阀47设在第六风道9和第四风道7与第七风道10的连通口之间，第九风阀47与控制器3连接并由控制器3控制工作，第八风道11内设置有第十风阀48，第十风阀48与控制器3连接并由控制器3控制工作。

被调建筑12内设置有第五温度传感器49，第五温度传感器49与控制器3相连，第五温度传感器49能够把采集的数据实时传输给控制器3。

第一温度传感器21、第二温度传感器35、第三温度传感器37、第四温度传感器44和第五温度传感器49为热电偶温度传感器或铂电阻温度传感器。

控制器3为可编程控制器，控制器3的型号为西门子SIMATIC S7-200 SMART型，控制器3通过RS485总线分别与第一风阀22、第二风阀24、第三风阀26、第四风阀27、第五风阀28、第六风阀29、第七风阀39、第八风阀40、第九风阀47、第十风阀48、第一变频器25、第二变频器36、第一温度传感器21、第二温度传感器35、第三温度传感器37、第四温度传感器44、第五温度传感器49、太阳光辐射传感器20、压力传感器38、第一逆变器33和第二逆变器34相连接，第一风阀22、第二风阀24、第三风阀26、第四风阀27、第五风阀28、第六风阀29、第七风阀39、第八风阀40、第九风阀47、第十风阀48、第一变频器25、第二变频器36、第一温度传感器21、第二温度传感器35、第三温度传感器37、第四温度传感器44、第五温度传感器49、太阳光辐射传感器20、压力传感器38、第一逆变器33和第二逆变器34均带有RS485接口。

上述的第一风阀22、第二风阀24、第三风阀26、第四风阀27、第五风阀28、第六风阀29、第七风阀39、第八风阀40、第九风阀47、第十风阀48、第一变频器25、第二变频器36、第一温度传感器21、第二温度传感器35、第三温度传感器37、第四温度传感器44、第五温度传感器49、太阳光辐射传感器20、压力传感器38、第一逆变器33、第二逆变器34、第一加热器31、第二加热器32、第一风机23和第二风机30均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理：

供暖期工作模式一：当被调建筑12内不需供暖，有太阳辐照，蓄热器2未完成蓄热。被调建筑12内的第五温度传感器49的测定温度高于设定值，房间不需供暖，太阳光辐射传感器20检测到太阳辐射，第四温度传感器44低于PCM相变温度，蓄热器2未蓄热，以上信号送至控制器3，控制器3启动第一风机23，打开第三风阀26、第五风阀28、第九风阀47、第十风阀48，关闭第一风阀22、第二风阀24、第四风阀27、第六风阀29、第七风阀39和第八风阀40，第一变频器25的输出频率根据第一温度传感器21所测基板15温度进行动态调整，温度高第一变频器25输出频率相应提高，阳光照射光伏电池板14，部分太阳光转换为直流电能、同时大部分太阳光转换成热能，基板15温度升高，在第一风机23的驱动下，基板15下部空气冲刷基板15壁面，空气温度升高，热空气经第四风道7中的第一加热器31，此时,光伏电池板14产生的直流电驱动第一加热器31产生热量，经过第一加热器31的空气能够获得热量温度继续升高，热空气经第七风道10和第三变径45进入蓄热器2内部，经金属隔板42将热量传递给PCM蓄热材料41，热空气放出热量后温度降低，经第四变径46、第八风道11、第三风道6、第一风道4和第一变径18进入空气集热器1内继续加热，直到PCM蓄热材料41全部融化，完成蓄热，第四温度传感器44所测温度高于PCM蓄热材料41的相变温度，此时，控制器3发出信号，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式二：当被调建筑12需要供暖，有太阳辐照，蓄热器2未蓄热。当第五温度传感器49所测温度低于设定温度，房间需要供暖，第四温度传感器44所测温度低于PCM蓄热材料41的相变温度，蓄热器2未蓄热，太阳光辐射传感器20检测到太阳辐射，以上信号送至控制器3，控制器3启动第一风机23和第二风机30，打开第三风阀26、第四风阀27、第五风阀28和第六风阀29，关闭第一风阀22、第二风阀24、第七风阀39、第八风阀40、第九风阀47和第十风阀48，第一变频器25的输出频率根据第一温度传感器21所测基板15温度进行动态调整，温度高第一变频器25输出频率相应提高，阳光照射光伏电池板14，部分太阳光转换为直流电能、同时大部分太阳光转换成热能，基板15温度升高，在第一风机23的驱动下，基板15下部空气冲刷基板15壁面，空气温度升高，热空气经第四风道7中的第一加热器31，此时,光伏电池板14产生的直流电驱动第一加热器31产生热量，经过第一加热器31的空气能够获得热量温度继续升高，第四风道7内的第三温度传感器37测得空气的温度低于送风温度时，控制器3启动第二逆变器34，市电经第二逆变器34送至第二加热器32，第二逆变器34输出功率根据第三温度传感器37所测温度采用PID控制，保证第二加热器32的加热温度达到设定值，第二变频器36的输入频率根据压力传感器38测得风压采用PID技术控制，保证送风的风量风压满足要求，当被调建筑12内有新风需求时，控制器3打开第一风阀22，室外新风在第一风道4与室内回风混合，新风的比例能够通过控制器3控制第一风阀22、第四风阀27的开度调整实现调节，当第五温度传感器49所测室温高于设定值时，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式三：当被调建筑12需要供暖，有太阳辐照，蓄热器2已完成蓄热。被调建筑12内的第五温度传感器49低于设定温度，房间需要供暖，蓄热器2内的第四温度传感器44高于PCM蓄热材料41的相变温度，蓄热器2完成蓄热，太阳光辐射传感器20检测到太阳辐射，以上信号送至控制器3，控制器3启动第一风机23，打开第三风阀26、第四风阀27、第五风阀28、第六风阀29、第九风阀47和第十风阀48，关闭第二风阀24、第七风阀39和第八风阀40，第一变频器25的输出频率根据第一温度传感器21所测基板15温度进行动态调整，温度高第一变频器25输出频率相应提高，阳光照射光伏电池板14，部分太阳光转换为直流电能、大部分太阳光转换成热能，基板15温度升高，在第一风机23的驱动下，空气冲刷基板15壁面，温度升高，热空气经第四风道7中的第一加热器31，此时,光伏电池板14产生的直流电驱动第一加热器31产生热量，经过第一加热器31的空气能够获得热量温度继续升高，第二风机30启动，室内空气经回风口、第三风道6、第八风道11和第四变径46进入蓄热器2，空气吸收PCM蓄热材料41中释放热量温度升高，经第三变径45和第七风道10，在第四风道7中与空气集热器1中的热空气混合，第三温度传感器37测得空气的温度低于送风温度时，启动第二逆变器34，市电经第二逆变器34送至第二加热器32，第二逆变器34输出功率根据第三温度传感器37所测温度采用PID控制，保证第二加热器32的加热温度达到设定值，第二变频器36的输入频率根据压力传感器38测得风压采用PID技术控制，保证送风风量风压满足要求，当被调房间有新风需求时，控制器3打开第一风阀22，室外新风在第一风道4与室内回风混合，新风比例，可以通过控制器3控制第一风阀22、第四风阀27的开度调整实现调节，当第五温度传感器49所测室温高于设定值时，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式四：当被调建筑12需要供暖，没有太阳辐照，蓄热器2未完成蓄热。第五温度传感器49所测温度低于设定温度，房间需要供暖，第四温度传感器44所测温度低于PCM相变温度，蓄热器2未完成蓄热，太阳光辐射传感器20检测不到太阳辐射，以上信号送至控制器3，控制器3关闭第一风机23，打开第二风机30，打开第四风阀27、第六风阀29和第七风阀39，关闭第一风阀22、第二风阀24、第三风阀26、第五风阀28、第八风阀40、第九风阀47和第十风阀48，启动第二逆变器34，室内空气在第二风机30的作用下，经回风口、第三风道6、第四风道7和第五风道8，其中在第四风道7中经过第二加热器32加热，市电经第二逆变器34送至第二加热器32，第二逆变器34输出功率根据第三温度传感器37所测温度采用PID控制，保证第二加热器32的加热温度达到设定值，第二变频器36的输入频率根据压力传感器38测得风压采用PID技术控制，保证送风风量风压满足要求，当被调房间有新风需求时，控制器3打开第一风阀22，室外新风在第一风道4与室内回风混合，新风比例，可以通过控制器3控制第一风阀22、第四风阀27的开度调整实现调节，当第五温度传感器49所测室温高于设定值时，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式五：当被调建筑12需要供暖，没有太阳辐照，蓄热器2已完成蓄热。第五温度传感器49所测温度低于设定温度，房间需要供暖，第四温度传感器44所测温度高于PCM蓄热材料41的相变温度，蓄热器2完成蓄热，太阳光辐射传感器20检测不到太阳辐射，以上信号送至控制器3，控制器3关闭第一风机23，打开第二风机30，打开第四风阀27、第十风阀48、第八风阀40和第六风阀29，关闭第一风阀22、第二风阀24、第三风阀26、第五风阀28、第七风阀39和第九风阀47，启动第二逆变器34，室内空气在第二风机30的作用下，室内空气经回风口、第三风道6、第八风道11和第四变径46进入蓄热器2，空气吸收PCM蓄热材料41中释放热量温度升高，经第三变径45、第七风道10，第六风道9、第五风道8和第四风道7，在第四风道7中被第二加热器32加热，市电经第二逆变器34送至第二加热器32，第二逆变器34输出功率根据第三温度传感器37所测温度采用PID控制，保证第二加热器32加热温度达到送风温度，第二变频器36的输入频率根据压力传感器38测得风压采用PID技术控制，保证送风风量风压满足要求，当被调房间有新风需求时，控制器3打开第一风阀22、第三风阀26，室外新风经第一风道4在第三风道6中与室内回风混合，新风比例，可以通过控制器3控制第一风阀22、第四风阀27的开度调整实现调节，当第五温度传感器49所测室温高于设定值时，关闭上述联动设备。

供暖期工作模式六：当被调建筑12不需要供暖，没有太阳辐照，蓄热器2未蓄热，满足谷电条件。第五温度传感器49所测温度高于设定温度，房间不需要供暖，第四温度传感器44所测温度低于PCM蓄热材料41的相变温度，蓄热器2未完成蓄热，太阳光辐射传感器20检测不到太阳辐射，以上信号送至控制器3，控制器3开启第一风机23，关闭第二风机30，打开第三风阀26、第五风阀28、第九风阀47和第十风阀48，关闭第四风阀27、第一风阀22、第二风阀24、第六风阀29、第七风阀39和第八风阀40，启动第二逆变器34、蓄热器2内空气在第一风机23的作用下，经第四变径46、第八风道11、第三风道6、第一风道4、第一变径18、空气集热器1、第二变径19、第二风道5和第四风道7，在第四风道7中经第二加热器32加热，谷电经第二逆变器34送至第二加热器32，第二逆变器34输出功率为工频，加热后空气经第七风道10、第三变径45进入至蓄热器2，热空气经金属隔板42将热量传递给PCM蓄热材料41，空气温度降低，当第四温度传感器44侧得温度高于PCM蓄热材料41的相变点后，蓄热器2完成蓄热，关闭上述联动设备。

非供暖期工作模式：当被调建筑12不需要供热，有太阳辐照，开启发电模式。太阳光辐射传感器20检测到太阳辐射，太阳光照射光伏电池板14，部分太阳光转换为直流电能，直流电能经第一逆变器33变成交流电送至电网，大部分太阳光转换成热能，基板15温度升高，当第一温度传感器21所测基板15温度高于设定值时，控制器3接受上述信号，关闭第三风阀26、第四风阀27、第五风阀28、第六风阀29、第七风阀39、第八风阀40、九第风阀47、第十风阀48和第二风机30，开启第一风阀22、第二风阀24和第一风机23，室外空气在第一风机23的作用下，经过基板15时带走大量的热量、第一变频器25的输出频率根据第一温度传感器21所测基板15温度进行动态调整，温度高第一变频器25输出频率相应提高，使基板15温度维持在设定温度值(该温度光伏电池的发电效率最高)以下，当第一温度传感器21所测基板15温度低于设定温度时，关闭上述联动设备。

Claims (10)

1.一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：包括有空气集热器、蓄热器、加热器、风道和控制器，其中风道内设置有风阀，风阀与控制器连接并由控制器控制工作，风道设置有八条，分别为：第一风道、第二风道、第三风道、第四风道、第五风道、第六风道、第七风道和第八风道，第一风道和第二风道分别设在空气集热器的上下端，第一风道与第三风道相连通，第三风道的进风口设在被调建筑内，第二风道与第四风道相连通，第四风道的出口设在被调建筑内，第三风道和第四风道之间由第五风道相连通，第七风道和第八风道分别设在蓄热器的上下端，第七风道的另一个端口与第四风道相连通，第八风道的另一个端口与第三风道相连通，第五风道和第七风道之间通过第六风道相连通，加热器设在第四风道内，加热器由控制器控制工作。

2.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：所述的空气集热器为光伏光热集热器，空气集热器包括有框架、光伏电池板、基板、绒面钢化玻璃和保温背板，其中框架合围的空间从上到下依次布置绒面钢化玻璃、光伏电池板、基板和保温背板，光伏电池板呈阵列布置于基板之上，绒面钢化玻璃、基板和框架围成的空间呈真空状态，基板、保温背板和框架围成的空间为空气流通通道，空气流通通道的上部和下部设有开口分别与第一变径和第二变径相连通，第一变径的另一个端口与第一风道相连通，第二变径的另一个端口与第二风道相连通，框架上还连接有太阳光辐射传感器，太阳光辐射传感器的辐射面平行于绒面钢化玻璃，基板上安装有第一温度传感器，太阳光辐射传感器和第一温度传感器均与控制器相连接，太阳光辐射传感器和第一温度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器。

3.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：所述的第一风道内装配有第一风阀，第一风道和第三风道的连通口设在第一风阀和第一变径之间，第一风阀与控制器相连接并由控制器控制工作。

4.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：所述的第二风道内设置有第一风机和第二风阀，第二风道和第四风道之间的连通口位于第一风机和第二风阀之间，第一风机上还连接有第一变频器，第一变频器和第二风阀均与控制器相连接并由控制器控制工作。

5.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：所述的第三风道内设置有第三风阀和第四风阀，第三风道与第五风道和第八风道的连通口分别位于第三风阀和第四风阀之间，第三风阀和第四风阀与控制器相连接并由控制器控制工作。

6.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：所述的第四风道内依次装配有第五风阀、第六风阀和第二风机，第五风道和第四风道的连通口位于第五风阀和第六风阀之间，第五风阀和第六风阀均与控制器连接并由控制器控制工作，第四风道内设置的加热器有两个，分别为第一加热器和第二加热器，第一加热器和第二加热器均为PTC加热器，第一加热器和第二加热器分别设在第五风道和第四风道的连通口两侧，第一加热器与光伏电池板相连接，第一加热器还连接有第一逆变器，第二加热器连接有第二逆变器，第一加热器和第二加热器之间的第四风道上设置有第二温度传感器，第二温度传感器与控制器相连接，第二温度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，第一逆变器、第二逆变器、第一加热器和第二加热器均与控制器相连接并由控制器控制工作，第一逆变器和第二逆变器的另一端均与市电相连接，第二风机设在第六风阀的后部，第二风机还连接有第二变频器，第二变频器与控制器连接并由控制器控制工作，第二风机后部的第四风道上依次设置有第三温度传感器和压力传感器，第三温度传感器和压力传感器均与控制器相连接，第三温度传感器和压力传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，第五风道内设置有第七风阀，第七风阀与控制器相连接并由控制器控制工作，第六风道内设置有第八风阀，第八风阀与控制器相连接并由控制器控制工作。

7.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：所述的蓄热器包括有PCM蓄热材料、金属隔板和保温箱体，其中保温箱体为中空立方体结构，保温箱体上下两个端面设置开口，金属隔板在保温箱体内部纵向设置并与保温箱体开口相垂直，金属隔板之间形成的奇数空间两端封堵形成封闭空间，封闭空间内部填充PCM蓄热材料，PCM蓄热材料为石蜡或脂肪酸，PCM蓄热材料的相变点为25℃，PCM蓄热材料内设置有第四温度传感器，第四温度传感器与控制器相连，第四温度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，保温箱体上下开口分别与第三变径和第四变径相连通，第七风道的一个端口与第三变径的出口相连通，第八风道的一个端口与第四变径的出口相连通，第七风道内设有第九风阀，第九风阀设在第六风道和第四风道与第七风道的连通口之间，第九风阀与控制器连接并由控制器控制工作，第八风道内设置有第十风阀，第十风阀与控制器连接并由控制器控制工作。

8.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：所述的被调建筑内设置有第五温度传感器，第五温度传感器与控制器相连，第五温度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器。

9.根据权利要求2或6或7或8所述的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：所述的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器为热电偶温度传感器或铂电阻温度传感器。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的一种具有蓄热功能太阳能光伏光热与谷电综合利用供暖系统，其特征在于：所述的控制器为可编程控制器，控制器的型号为西门子SIMATIC S7-200 SMART型，控制器通过RS485总线分别与第一风阀、第二风阀、第三风阀、第四风阀、第五风阀、第六风阀、第七风阀、第八风阀、第九风阀、第十风阀、第一变频器、第二变频器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、太阳光辐射传感器、压力传感器、第一逆变器和第二逆变器相连接，第一风阀、第二风阀、第三风阀、第四风阀、第五风阀、第六风阀、第七风阀、第八风阀、第九风阀、第十风阀、第一变频器、第二变频器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、太阳光辐射传感器、压力传感器、第一逆变器和第二逆变器均带有RS485接口。

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