CN112332777A - 一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，包括：电热获取装置，用于为用电设备提供电能，并输出热能；热能循环装置，用于通过所述电热获取装置提供的电能启动热循环，将所述电热获取装置输出的热能进行存储和/或输出；控制中心，用于根据所述电热获取装置和所述热能循环装置的温度检测结果控制所述热循环装置的启动或停止；本发明采用光伏光热风能的集散式组合，提升系统的容错率。

Description

一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统
技术领域
本发明涉及自然能源利用领域，尤其涉及一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统。
背景技术
聚光光伏光热技术可以实现全光谱高效低成本太阳能采集利用与太阳能热电联供，风能是太阳能的一种转化形式，其实质是由太阳辐射造成地球表面受热不均匀引起的大气流动，一天之中太阳辐射的变化将会伴随着风能增加。因此发展光伏光热风能综合利用的分布式新能源利用技术，有利于提升可再生能源利用水平，实现高效低成本的可再生能源利用目标，也有利于为电网薄弱且太阳能与风能资源丰富的地区提供一种孤网状态下运行的热电供应方案。
将光伏、光热以及风力发电机的简单组合，往往容易出现系统运行容错率低的问题，即某一个光伏组件单元、光热组件单元或者风机单元出现运行故障，由于系统的串联效应，将导致系统无法继续运行，这种低容错率的组合与运行方式，不仅影响了人们的生产生活，而且对系统维修带来了极大的挑战并增加了运维成本。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，主要解决传统热电的简单组合方式容错率低的问题。
为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。
一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，包括：
电热获取装置，用于为用电设备提供电能，并输出热能；
热能循环装置，用于通过所述电热获取装置提供的电能启动热循环，将所述电热获取装置输出的热能进行存储和/或输出；
控制中心，用于根据所述电热获取装置和所述热能循环装置的温度检测结果控制所述热循环装置的启动或停止。
可选地，所述电热获取装置包括：
光电光热转换模块，用于将太阳能分别转换为电能和热能；
热传导模块，用于传导所述光电光热转换模块产生的热能，与所述热能循环装置连通形成热传导回路；
风电转换模块，用于将风能转换为电能；
蓄电模块，连接所述光电光热转换模块和所述风电转换模块。
可选地，所述热能循环装置包括冷水泵、热水泵、冷水箱、热水箱和供热设备；所述冷水泵的入水口与所述冷水箱连通，出水口与所述电热获取装置的入水口连通；所述热水箱的入水口与所述电热获取装置的出水口连通；所述热水泵的入水口与所述热水箱连通；所述热水泵的出水口与所述供热设备的入水口连通，所述供热设备设置回流通道和排水通道，回流通道与所述冷水箱连通，排水通道用于对外排水。
可选地，所述光电光热转换模块包括多个太阳能聚光光伏光热单元；每个所述太阳能聚光光伏光热单元分别通过一个最大功率点跟踪单元与所述蓄电模块，所述最大功率点跟踪单元的输出端作为所述太阳能聚光光伏光热单元的电能输出端
所述蓄电模块包括多个蓄电单元，各所述蓄电单元相互独立的与所述太阳能聚光光伏光热单元的输出端连接。
可选地，所述太阳能聚光光伏光热单元的输出直流电能经过DC/AC逆变器转换为交流电能供给所述用电设备和所述热能循环装置。
可选地，所述冷水泵包括多个并行的冷水泵机，每个所述冷水泵机的入水口与所述冷水箱连通，出水口与所述电热获取装置的入水口连通；每个所述冷水泵机通过一个控制开关与供电线连接，每个所述控制开关的信号接口与所述控制中心连接。
可选地，所述热水泵包括多个并行的热水泵机，每个所述热水泵机的入水口与所述热水箱连通，出水口与所述供热设备的入水口连通；每个所述热水泵机通过一个控制开关与供电线连接，每个所述控制开关的信号接口与所述控制中心连接。
可选地，所述热传导模块包括多个管道，每个所述管道与所述太阳能聚光光伏光热单元连接，获取所述太阳能聚光光伏光热单元产生的热量；所述多个管道依次串行连通形成水流通路；所述水流通路的一端作为所述电热获取装置的入水口，另一端作为所述电热获取装置的出水口。
可选地，所述热水箱最高水位对应位置设置导流管，所述导流管与所述冷水箱连通，当所述热水箱的水位超过最高水位时，通过所述导流管将溢出的水导入冷水箱中。
可选地，所述电热获取装置的出水口设置温度检测单元，所述温度监测单元与所述控制中心连接；预设每个所述冷水泵机具有不同开启温度阈值，控制中心根据所述温度检测单元的检测值以及所述开启温度阈值，逐个控制冷水泵机对应的控制开关的开启或关闭。
可选地，在所述供热设备热水出水口设置温度检测单元，所述温度监测单元与所述控制中心连接；预设每个所述热水泵机具有不同开启温度阈值，控制中心根据所述温度检测单元的检测值以及所述开启温度阈值，逐个控制热水泵机对应的控制开关的开启或关闭。
可选地，所述光电光热转换模块还包括光伏组件，用于在没有阳光直射时，为所述蓄电模块提供电能；其中所述光伏组件采用有机太阳能电池。
可选地，所述冷水箱通过浮球阀与补水管道连接，当所述冷水箱中的水位到达最高水位时，浮球阀关闭，停止所述补水管道的供水；所述述冷水箱中水位低于最高水位时，浮球阀打开，由所述补水管道为所述冷水箱供水。
如上所述，本发明一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，具有以下有益效果。
实现电能自供自消，温度控制提高自动化水平。
附图说明
图1为本发明一实施例中集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，包括电热获取装置、热能循环装置和控制中心。
在一实施例中，电热获取装置包括光电光热转换模块、热传导模块、风电转换模块和蓄电模块；热能循环装置包括冷水泵、热水泵、冷水箱、热水箱和供热设备。
在一实施例中，光电光热转换模块可包括多个太阳能聚光光伏光热单元(CPV/T单元)，请参阅图1，以4个CPV/T单元为例，4个单元分别为CPV/T1、CPV/T2、CPV/T3、CPV/T4。每个CPV/T单元分别一个最大功率点跟踪单元(MPPT单元)连接到直流母线上，CPV/T1、CPV/T2、CPV/T3、CPV/T4分别通过电缆对应串联4个单元MPPT1、MPPT2、MPPT3、MPPT4，再集中并联到直流母线上，直流母线通过电缆依次串联DC/AC逆变器、交流母线以及控制中心。
在一实施例中热传导模块可采用金属管，这里以铝合金方管为例。
在一实施例中，每个CPV/T单元均由复合抛物面聚光器、光伏电池层组成。光伏电池层压在铝合金方管上，多个铝合金方管串联形成水流通路。
在一实施例中，还可设置光伏组件PV，光伏组件PV通过一个MPPT0连接到直流母线上。
在一实施例中，蓄电模块也可包括多个蓄电单元，每个蓄电单元对应一个蓄电池，直流母线通过电缆还分别连接蓄电池模块中的4个蓄电单元，四个蓄电单元分别表示为蓄电池1、蓄电池2、蓄电池3、蓄电池4。
在一实施例中，风电转换模块也可包括多个风机，每个风机的输出经过AC/DC整流器整流后连接到直流母线上。这里以三个风机为例，直流母线通过电缆还分别连接3个AC/DC整流器：AC/DC整流器1、AC/DC整流器2、AC/DC整流器3。3个AC/DC整流器分别通过电缆对应串联风机1、风机2、风机3。
在一实施例中，用电设备可以为家用电器等设备，交流母线通过电缆连接家用电器。
在一实施例中，冷水泵可包括多个并行的冷水泵机，每个冷水泵机通过一个控制开关连接到交流母线上；这里以四个冷水泵机为例，分别表示为冷水泵1、冷水泵2、冷水泵3、冷水泵4。可选地，控制开关可采用继电器或其他可通过控制信号实现开关功能的器件。与冷水泵机连接的控制开关分别表示为k1、k2、k3、k4。
在一实施例中，热水泵也可包括多个并行的热水泵机，每个热水泵机通过一个控制开关连接到交流母线上，这里仍以四个热水泵机为例，分别表示为热水泵1、热水泵2、热水泵3、热水泵4。与对应热水泵机连接的控制开关可表示为k5、k6、k7、k8。控制开关k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8的信号接口分别与控制中心连接。
每一个冷水泵机的入水口均连接到冷水箱出冷水口o1，冷水泵1、冷水泵2、冷水泵3、冷水泵4并联。
在一实施例中，与CPV/T1接触的铝合金方管的一端与每个冷水泵机的出水口连通，该铝合金方管的另一端与CPV/T2的铝合金方管的一端连接，四个铝合金方管以此串接，CPV/T4的铝合金方管的出水口与热水箱连通进热水口i1、热水箱出水口o3。
在一实施例中，热水箱的出水口o2与每个热水泵机的入水口连通，每个热水泵机的出水口分别连接供热设备。供热设备设置有回流通道和排水口，回流通道与冷水箱的入水口i2连通；排水口用于对外排水。
在一实施例中，热水箱的最高水位对应位置设置有导流口o3，导流口通过导流管连接冷水箱的入水口i3。
在一实施例中，冷水箱设置有补水口i4，补水口i4通过一个浮球阀与补水管道连接。
在一实施例中，控制中心可为蓄电池阵列4个单元蓄电池1、蓄电池2、蓄电池3、蓄电池4设定指令，各蓄电单元根据设定指令对外供电。
在一实施例中，与CPV/T4接触的铝合金方管的出水口处可设置温度检测单元，温度检测单元通过信号线与控制中心连接。可选地，温度检测单元可采用热电偶T1。
在一实施例中，可在供热设备热水出水口设置热电偶T2，T2通过信号线与控制中心连接。
具体运行过程如下：
启动时，当系统蓄电池模块电能耗尽且没有太阳直射辐射与风能时，有机太阳能电池PV利用弱光发电为蓄电池模块充电，实现系统的启动运行。
电力运行时，CPV/T单元、风电转换模块分别输出电能，分别通过MPPT单元与AC/DC整流器，经直流母线，一方面汇集存储于蓄电池模块中，另一方面通过DC/AC逆变器进入交流母线，供应家用电器以及控制中心运行。同时，控制中心依据CPV/T单元出热水口热电偶T1和家用供热设备出热水口热电偶T2数据，自动开启继电器阵列，实现交流母线上的电力供应冷水泵阵列与热水泵阵列运行。
热力运行时，冷水泵的4个单元冷水泵1、冷水泵2、冷水泵3、冷水泵4，由控制中心根据CPV/T单元出热水口热电偶T1的读数来控制启停，在控制中心设置好冷水泵阵列中4个单元冷水泵1、冷水泵2、冷水泵3、冷水泵4的开启温度阈值分别为tc1、tc2、tc3、tc4，具体运行如下：
1)当热电偶T1读数tc≥tc1时，控制中心控制k1接通电流，冷水泵1运行，冷水箱中冷水从出冷水口o1流出，沿着水管，依次流经冷水泵1、CPV/T单元入水口Pi、CPV/T单元中的铝合金方管、CPV/T单元出热水口Po、热水箱进热水口i1。
2)当热电偶T1读数tc≥tc2时，智能控制中心控制k2接通电流，冷水泵2运行，水流路径与上述1)路径一致，水管中水的质量流率增加。
3)当热电偶T1读数tc≥tc3时，智能控制中心控制k3接通电流，冷水泵3运行，水流路径与上述1)路径一致，水管中水的质量流率继续增加。
4)当热电偶T1读数tc≥tc4时，智能控制中心控制k4接通电流，冷水泵4运行，水流路径与上述1)路径一致，水管中水的质量流率达到峰值。
5)当热电偶T1读数tc逐步小于tc4、tc3、tc2、tc1，继电器单元k4、k3、k2、k1逐步断开，冷水泵4、冷水泵3、冷水泵2、冷水泵1逐步停止运行。
6)当其中某一个冷水泵机以及继电器单元发生运行故障，其他冷水泵机与继电器单元继续依据控制中心指令执行启停运行。
热力运行时，热水泵的4个单元热水泵1、热水泵2、热水泵3、热水泵4，由控制中心根据家用供热设备出热水口热电偶T2的读数来控制启停，在控制中心设置好冷水泵中4个单元冷水泵1、冷水泵2、冷水泵3、冷水泵4的开启温度阈值分别为th1、th2、th3、th4，具体运行如下：
a)当热电偶T2读数th≥th1时，控制中心控制k5接通电流，热水泵1运行，热水箱中热水从出水口o2流出，沿着水管，依次流经热水泵1、家用供热设备进入冷水箱进水口i2。
b)当热电偶T2读数th≥th2时，控制中心控制k6接通电流，热水泵2运行，水流路径与上述a)路径一致，水管中水的质量流率增加。
c)当热电偶T2读数th≥th3时，控制中心控制k7接通电流，热水泵3运行，水流路径与上述a)路径一致，水管中水的质量流率继续增加。
d)当热电偶T2读数th≥th4时，控制中心控制k8接通电流，热水泵4运行，水流路径与上述a)路径一致，水管中水的质量流率达到峰值。
e)当热电偶T2读数th逐步小于th4、th3、th2、th1，继电器单元k8、k7、k6、k5逐步断开，热水泵4、热水泵3、热水泵2、热水泵1逐步停止运行。
f)当其中某一个热水泵机以及继电器单元发生运行故障，其他热水泵机与继电器单元继续依据智能控制中心指令执行启停运行。
热力运行时，热水箱中的热水过多，热水将从热水箱出水口o3溢出并通过导流管流入冷水箱进水口i3；
热力运行时，当冷水箱中的水位到达最高极限位置时，浮球阀关闭，补水管道的水无法进入冷水箱；当家用供热设备通过水管对外排出水，系统运行后，热水箱水位降低，冷水箱水位接着降低，浮球阀自动打开，补水管道中的水进入冷水箱进水口i4为冷水箱补水至冷水箱中水位达到最高水位，从而保证系统用水充足；当家用供热设备没有对外排出水，浮球阀自动关闭，系统的热力系统自动运行，用水充足。
系统运行时，假设CPV/T1与MPPT1串联节点出现故障停止运行，其他CPV/T单元与MPPT单元串联节点仍继续运行。假设蓄电池1出现故障停止运行，其他蓄电池单元继续运行。假设风机1与AC/DC整流器1串联节点发生故障停止运行，其他风机单元与AC/DC整流器单元串联节点继续运行。可有效提高系统的容错率。
综上所述，本发明一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，综合利用太阳能和风能，为外部设备供电的同时为自身提供运行所需电能，实现自供自消；采用光伏光热的集散组合，可极大提升系统的容错率；自动检测温度控制系统运行，提高系统自动化水平。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，包括：
电热获取装置，用于为用电设备提供电能，并输出热能；
热能循环装置，用于通过所述电热获取装置提供的电能启动热循环，将所述电热获取装置输出的热能进行存储和/或输出；
控制中心，用于根据所述电热获取装置和所述热能循环装置的温度检测结果控制所述热循环装置的启动或停止。
2.根据权利要求1所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述电热获取装置包括：
光电光热转换模块，用于将太阳能分别转换为电能和热能；
热传导模块，用于传导所述光电光热转换模块产生的热能，与所述热能循环装置连通形成热传导回路；
风电转换模块，用于将风能转换为电能；
蓄电模块，连接所述光电光热转换模块和所述风电转换模块。
3.根据权利要求1所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述热能循环装置包括冷水泵、热水泵、冷水箱、热水箱和供热设备；所述冷水泵的入水口与所述冷水箱连通，出水口与所述电热获取装置的入水口连通；所述热水箱的入水口与所述电热获取装置的出水口连通；所述热水泵的入水口与所述热水箱连通；所述热水泵的出水口与所述供热设备的入水口连通，所述供热设备设置回流通道和排水通道，回流通道与所述冷水箱连通，排水通道用于对外排水。
4.根据权利要求2所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述光电光热转换模块包括多个太阳能聚光光伏光热单元；每个所述太阳能聚光光伏光热单元分别通过一个最大功率点跟踪单元与所述蓄电模块，所述最大功率点跟踪单元的输出端作为所述太阳能聚光光伏光热单元的电能输出端；
所述蓄电模块包括多个蓄电单元，各所述蓄电单元相互独立的与所述太阳能聚光光伏光热单元的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述太阳能聚光光伏光热单元的输出直流电能经过DC/AC逆变器转换为交流电能供给所述用电设备和所述热能循环装置。
6.根据权利要求3所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述冷水泵包括多个并行的冷水泵机，每个所述冷水泵机的入水口与所述冷水箱连通，出水口与所述电热获取装置的入水口连通；每个所述冷水泵机通过一个控制开关与供电线连接，每个所述控制开关的信号接口与所述控制中心连接。
7.根据权利要求3所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述热水泵包括多个并行的热水泵机，每个所述热水泵机的入水口与所述热水箱连通，出水口与所述供热设备的入水口连通；每个所述热水泵机通过一个控制开关与供电线连接，每个所述控制开关的信号接口与所述控制中心连接。
8.根据权利要求4所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述热传导模块包括多个管道，每个所述管道与所述太阳能聚光光伏光热单元连接，获取所述太阳能聚光光伏光热单元产生的热量；所述多个管道依次串行连通形成水流通路；所述水流通路的一端作为所述电热获取装置的入水口，另一端作为所述电热获取装置的出水口。
9.根据权利要求3所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述热水箱最高水位对应位置设置导流管，所述导流管与所述冷水箱连通，当所述热水箱的水位超过最高水位时，通过所述导流管将溢出的水导入冷水箱中。
10.根据权利要求6所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述电热获取装置的出水口设置温度检测单元，所述温度监测单元与所述控制中心连接；预设每个所述冷水泵机具有不同开启温度阈值，控制中心根据所述温度检测单元的检测值以及所述开启温度阈值，逐个控制冷水泵机对应的控制开关的开启或关闭。
11.根据权利要求6所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，在所述供热设备热水出水口设置温度检测单元，所述温度监测单元与所述控制中心连接；预设每个所述热水泵机具有不同开启温度阈值，控制中心根据所述温度检测单元的检测值以及所述开启温度阈值，逐个控制热水泵机对应的控制开关的开启或关闭。
12.根据权利要求2所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述光电光热转换模块还包括光伏组件，用于在没有阳光直射时，为所述蓄电模块提供电能；其中所述光伏组件采用有机太阳能电池。
13.根据权利要求3所述的集散式光伏光热风能综合利用的热电联供系统，其特征在于，所述冷水箱通过浮球阀与补水管道连接，当所述冷水箱中的水位到达最高水位时，浮球阀关闭，停止所述补水管道的供水；所述冷水箱中水位低于最高水位时，浮球阀打开，由所述补水管道为所述冷水箱供水。
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