CN111964143A - 一种离网型光伏储能采暖一体化装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离网型光伏储能采暖一体化装置及控制方法，属于太阳能领域。本发明的装置，储热水箱内设有电加热器；光伏组件与直流汇流箱相连，直流汇流箱的输出端分别连接有储能电池和交流配电箱，交流配电箱的输出端与所述电加热器相连；直流汇流箱、交流配电箱、储能电池分别通过RS485接口与光伏储能控制器进行通信，光伏储能控制器用于控制储能电池的充放电；储热水箱与太阳能集热器、风机盘管相连通。本发明在传统的太阳能采暖系统中添加了光伏储能模块，当太阳能充足时通过太阳能采暖系统为建筑供暖，同时光伏发电维持系统运转和建筑供电，多余的电量存储于储能电池中，当太阳能不足时，储能电池放电，继续为建筑和系统供电。

Description

一种离网型光伏储能采暖一体化装置及控制方法
技术领域
本发明属于太阳能领域，尤其是一种离网型光伏储能采暖一体化装置及控制方法。
背景技术
高原地区冬季气候寒冷，尤其在夜晚温度能达到零下几十度。同时高原地区的常规能源如石油、天然气等极其缺乏，不能提供常规便捷的供暖设备。近几年环境污染日益加重，清洁绿色的可再生能源异军突起，结合高原地区得天独厚的太阳能优势，太阳能采暖系统逐渐应用于高寒高原地区。
太阳能采暖只能工作在日照充足的情况下，阴雨天和夜晚采暖效果不佳，只能通过电加热的方式，但会耗费大量电能，浪费能源。尤其在偏远无电地区，没有充足的电能加热，在温度较低的夜晚室内无法进行正常保温。
发明内容
本发明的目的在于克服太阳能采暖方式只能在光照良好的条件下运行，不能应用于高寒高原地区的缺点，提供一种离网型光伏储能采暖一体化装置及控制方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种离网型光伏储能采暖一体化装置，包括储热水箱，储热水箱内设有电加热器；
光伏组件与直流汇流箱相连，直流汇流箱的输出端分别连接有储能电池和交流配电箱，交流配电箱的输出端与所述电加热器相连；
直流汇流箱、交流配电箱、储能电池分别通过RS485接口与光伏储能控制器进行通信，所述光伏储能控制器用于控制储能电池的充放电；
储热水箱与太阳能集热器、风机盘管相连通。
进一步的，电加热器还连接有外部电源。
进一步的，所述储热水箱内还设有温度传感器。
进一步的，储热水箱与太阳能集热器之间设有定频循环泵。
进一步的，太阳能集热器的入口处设有集热工质缓冲罐。
进一步的，所述集热工质缓冲罐装有熔点为-60℃，沸点为160℃的工质。
进一步的，储热水箱与风机盘管之间设有变频循环泵。
本发明的离网型光伏储能采暖一体化装置的控制方法，包括以下操作：
1)太阳能集热器内的工质进行集热后，进入储热水箱内，之后通过风机盘管为建筑供暖；
2)光伏组件进行发电为终端供电，并将多余电量存储在储能电池内；
当太阳能集热器提供的热量低于预设值时，储能电池进行放电，电加热储热水箱内的工质，之后通过风机盘管为建筑供暖。
进一步的，光伏组件发电为终端供电，并将多余电量存储在储能电池内，具体过程为：
当光伏组件受到光照时，光伏组件将太阳能转变为电能，电流经直流汇流箱汇流后进行输出；
光伏储能控制器根据反馈的发电、用电信息调控直流汇流箱的输出，当光伏输出功率大于用电功率时，汇流后的一部分电流由储能电池进行储存，另一部分电流进入交流配电箱，经逆变器逆变、滤波得到三相交流电，经交流配电箱输出端输出，为建筑、系统运转和/或电加热器供电；
当光伏输出功率小于用电功率时，汇流后的全部电流进入交流配电箱，经逆变器逆变、滤波得到三相交流电，经交流配电箱输出端输出，为建筑、系统运转和电加热器供电，同时，储能电池释放储存电量，释放的电量经直流汇流箱和交流配电箱后供给电加热器；
电加热器对储热水箱内的工质进行加热，加热后的工质进入风机盘管内，为建筑供暖。
进一步的，太阳能集热器内的工质进行集热的具体过程为：
当太阳能集热器受到光照加热其内工质后，储热水箱内的冷却工质进入太阳能集热器并在其内进行换热，加热后的工质流回储热水箱中；
储热水箱内加热后的工质进入风机盘管进行换热，换热后冷却的工质流回至储热水箱内，冷却的工质流回到太阳能集热器内进行换热；
重复以上循环。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的离网型光伏储能采暖一体化装置及控制方法，在传统的太阳能采暖系统中添加了光伏储能模块，对于高寒高原无电地区，白天太阳能充足时通过太阳能采暖系统为建筑供暖，同时光伏发电维持系统运转和建筑供电，白天多余的电量存储于储能电池中，当太阳能不足或在夜晚时，储能电池放电，继续为建筑和系统供电；本发明能够实现全天供暖，供暖效果良好，不仅可以解决用户的生活需求问题，同时因使用绿色可再生的太阳能资源，节能减排量也十分可观，在一定程度上保护了生态环境。
进一步的，若太阳能供热系统达不到设定供暖要求时，开启电加热器辅助供热。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明的太阳能采暖换热装置的结构图；
图中：1-光伏组件；2-直流汇流箱；3-光伏储能控制器；4-交流配电箱；5-储能电池；6-储热水箱；7-电加热器；8-温度传感器；9-太阳能集热器；10-风机盘管；11-集热工质缓冲罐；12-定频循环泵；13-变频循环泵。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，图1为本发明的结构图，本发明的离网型光伏储能采暖一体化装置，包括光伏组件1、直流汇流箱2、光伏储能控制器3、交流配电箱4、储能电池5、储热水箱6、电加热器7、温度传感器8、太阳能集热器9和风机盘管10；光伏组件1、直流汇流箱2和交流配电箱4构成光伏发电模块，光伏组件1为多晶硅太阳能电池，方阵倾角35°设计，采取轻型C型钢；交流配电箱4中配有逆变器，逆变器为LC型三相离网逆变器；储能电池5由胶体铅酸蓄电池组成，可串、并联得到实际需求的储能容量；受到光照时，光伏组件1将太阳光转变为直流电，经直流汇流箱2汇流，进入交流配电箱4，经逆变器逆变、滤波得到三相交流电，交流配电箱4输出三相交流电到终端，为建筑、系统运转和电加热器7供电；光伏储能控制器3，采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机，数据采集器通过RS485接口与直流汇流箱2、储能电池5、交流配电箱4进行通信，获取光伏组件1、储能电池5、交流配电箱4和建筑用电的电压、电流、功率等，光伏储能控制器3根据反馈的发电、用电信息调控直流汇流箱2的输出，当光伏输出功率大于用电功率时，多余电量由储能电池5进行储存；当光伏输出功率小于整体用电功率，储能电池5释放储存电量，进行放电，释放的电量经直流汇流箱2和交流配电箱4后供给终端。
终端为储热水箱6，储热水箱6内设有电加热器7和温度传感器8，交流配电箱4为电加热器7供电进行储热水箱6内工质的加热；储热水箱6还与太阳能集热器9和风机盘管10相连，太阳能集热器9利用太阳能直接加热水；储热水箱6内加热的工质进入风机盘管10内，为建筑供暖。
参见图2，参见图2为太阳能采暖换热装置的结构示意图，太阳能采暖换热装置包括储热水箱6、电加热器7、温度传感器8、太阳能集热器9、风机盘管10、集热工质缓冲罐11和循环泵12，电加热器7和温度传感器8设在储热水箱6内，太阳能采暖换热装置能够进行集热循环和采暖循环；
当太阳能集热器9受到光照时，定频循环泵12运行，集热工质缓冲罐11中的不冻传热工质进入太阳能集热器9并在其内进行换热，换热后的不冻传热工质流回储热水箱6中；温度传感器8用于监测储热水箱6中的水温，当水温低于预设值时，储热水箱6中冷却的工质再次流回太阳能集热器9中进行换热；
当进行采暖循环时，变频循环泵13运行，储热水箱6内的加热后的工质流到室内的风机盘管10中为用户供暖，风机盘管10中冷却后的工质再流回储热水箱6内；采用太阳能集热器9和电加热器7双能源加热储热水箱6内的工质，使用太阳能作为主要供暖热源，当太阳能供热系统温度达到供暖标准要求时，电加热不启动，由太阳能供热系统为建筑独立供热，当太阳能供热系统达不到设定供暖要求温度时，电加热器为建筑辅助供暖，电加热器与交流配电箱连接。
太阳能集热器9为高性能平板集热器，储热水箱采用2.0SUS304材质，外层包裹聚氨酯保温层，内部使用传热系数很高的紫铜管，形状为螺旋形，采用悬臂式安装，该结构使用寿命长,安装调试完成后，基本无需维修，同时由于盘管为悬臂自由端，胀缩自如，产生高频浮动，使得碱性附着物自动离开管壁，无须拆机自动脱垢。
为解决水在室外0℃以下结冰堵塞和涨破管路的问题，同时也解决闷晒过热工质沸腾问题，集热工质缓冲罐11中装有冰点最低可达-60℃、沸点最高可达160℃的不冻传热工质。
白天太阳光充足时，光伏系统发电为整个系统运转和建筑供电，多余电量存储于储能电池中，同时太阳能采暖储热装置工作，通过集热循环和采暖循环为用户供暖；当太阳能不足或在夜晚时，储能电池放电，继续为建筑和系统供电，若太阳能供热系统达不到设定供暖要求时，开启电加热器辅助供热。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离网型光伏储能采暖一体化装置，其特征在于，包括储热水箱(6)，储热水箱(6)内设有电加热器(7)；
光伏组件(1)与直流汇流箱(2)相连，直流汇流箱(2)的输出端分别连接有储能电池(5)和交流配电箱(4)，交流配电箱(4)的输出端与所述电加热器(7)相连；
直流汇流箱(2)、交流配电箱(4)、储能电池(5)分别通过RS485接口与光伏储能控制器(3)进行通信，所述光伏储能控制器(3)用于控制储能电池(5)的充放电；
储热水箱(6)与太阳能集热器(9)、风机盘管(10)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种离网型光伏储能采暖一体化装置，其特征在于，电加热器(7)还连接有外部电源。
3.根据权利要求1所述的一种离网型光伏储能采暖一体化装置，其特征在于，所述储热水箱(6)内还设有温度传感器(8)。
4.根据权利要求1所述的一种离网型光伏储能采暖一体化装置，其特征在于，储热水箱(6)与太阳能集热器(9)之间设有定频循环泵(12)。
5.根据权利要求4所述的一种离网型光伏储能采暖一体化装置，其特征在于，太阳能集热器(9)的入口处设有集热工质缓冲罐(11)。
6.根据权利要求5所述的一种离网型光伏储能采暖一体化装置，其特征在于，所述集热工质缓冲罐(11)装有熔点为-60℃，沸点为160℃的工质。
7.根据权利要求1所述的一种离网型光伏储能采暖一体化装置，其特征在于，储热水箱(6)与风机盘管(10)之间设有变频循环泵(13)。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的离网型光伏储能采暖一体化装置的控制方法，其特征在于，包括以下操作：
1)太阳能集热器(9)内的工质进行集热后，进入储热水箱(6)内，之后通过风机盘管(10)为建筑供暖；
2)光伏组件(1)进行发电为终端供电，并将多余电量存储在储能电池(5)内；
当太阳能集热器(9)提供的热量低于预设值时，储能电池(5)进行放电，电加热储热水箱(6)内的工质，之后通过风机盘管(10)为建筑供暖。
9.根据权利要求8所述的离网型光伏储能采暖一体化装置的控制方法，其特征在于，光伏组件(1)发电为终端供电，并将多余电量存储在储能电池(5)内，具体过程为：
当光伏组件(1)受到光照时，光伏组件(1)将太阳能转变为电能，电流经直流汇流箱(2)汇流后进行输出；
光伏储能控制器(3)根据反馈的发电、用电信息调控直流汇流箱(2)的输出，当光伏输出功率大于用电功率时，汇流后的一部分电流由储能电池(5)进行储存，另一部分电流进入交流配电箱(4)，经逆变器逆变、滤波得到三相交流电，经交流配电箱(4)输出端输出，为建筑、系统运转和/或电加热器(7)供电；
当光伏输出功率小于用电功率时，汇流后的全部电流进入交流配电箱(4)，经逆变器逆变、滤波得到三相交流电，经交流配电箱(4)输出端输出，为建筑、系统运转和电加热器(7)供电，同时，储能电池(5)释放储存电量，释放的电量经直流汇流箱(2)和交流配电箱(4)后供给电加热器(7)；
电加热器(7)对储热水箱(6)内的工质进行加热，加热后的工质进入风机盘管(10)内，为建筑供暖。
10.根据权利要求8所述的离网型光伏储能采暖一体化装置的控制方法，其特征在于，太阳能集热器(9)内的工质进行集热的具体过程为：
当太阳能集热器(9)受到光照加热其内工质后，储热水箱(6)内的冷却工质进入太阳能集热器(9)并在其内进行换热，加热后的工质流回储热水箱(6)中；
储热水箱(6)内加热后的工质进入风机盘管(10)进行换热，换热后冷却的工质流回至储热水箱(6)内，冷却的工质流回到太阳能集热器(9)内进行换热；
重复以上循环。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113983706A (zh) * 2021-11-04 2022-01-28 上海工程技术大学 一种太阳能光伏光热储能系统性能测试平台

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