CN113028480A - 一种太阳能光伏热泵微网系统 - Google Patents

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董晓冬
袁喜鹏
章露桑
王维
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Abstract

本发明属于新能源综合利用技术领域，公开了一种太阳能光伏热泵微网系统，包括光伏组件、光伏组件按照预设的角度与密封件安装形成的被动式太阳房、被动式太阳房内设置有依次连接的储能电池、储能逆变器、控制柜以及空气源热泵，空气源热泵通过循环管路与换热器连接构成闭合回路，换热器与蓄热水箱连接，光伏组件与储能逆变器连接。空气源热泵将光伏组件工作时产生的热能和被动式太阳房接受的热能吸收，储存在蓄热水箱中，降低被动式太阳房内的温度，极大地提高了太阳能的综合利用率。

Description

一种太阳能光伏热泵微网系统
技术领域
本发明涉及新能源综合利用技术领域，尤其涉及一种太阳能光伏热泵微网系统。
背景技术
近年来，由于环境污染严重，政府投入大量资金进行清洁能源供暖改造，但是成效并不明显，北方冬季清洁取暖问题已经成为一个重大民生问题。由于我国天然气资源的稀缺和农村居住的分散性，农村清洁能源供暖改造后取暖成本高于传统煤炭成本2倍以上，即使使用效率较高的空气源热泵，其取暖成本也高出一倍，在气温极低的西北地区，由于空气源热泵热效率的降低，其取暖成本还要更高。同时，光伏发电目前最高光电转换效率仅为20％左右，其余70％以上的能量都以热能的形式散失在大气中，光伏系统电效率一般为80％左右，其余20％也以热损失的形式散失在大气中。因此，若结合被动式太阳房结构，使用光伏组件发出的电能，驱动空气源热泵，回收将这部分热量，将其品质提升并加以储存，得到高于光伏发电系统本身3到5倍的能量，能够大大降低清洁能源采暖的成本。
现有技术1：专利号为201910579647.7的发明专利公开了一种光伏发电冷热能回收利用装置及方法，为提高冬季热能利用率，将光伏组件放置于一个密闭空间内，使用热泵系统将热能蓄积在蓄热器中，其主要特征是每竖排光伏组件均设置有热泵蒸发器串联在一起。但是系统过于复杂，同时未能将其他设备的热损失加以利用，也未能将光伏系统的电能有效利用起来，致使其实际太阳能利用率偏低。
现有技术2：专利号为201621284826的实用新型专利，公开了一种光伏热泵联用系统，是利用光伏发电过程热能技术之一，其主要特征是将热泵蒸发器镶嵌在光伏组件背面，实现热能的回收。其主要问题是每块组件均安置有蒸发器，致使整个系统过于复杂，成本过高，不利于大规模推广应用。
现有技术3：专利号为201510383263.X的发明专利，公开了一种热电联产复合供能系统及其工作方法，是利用光伏发电热能的一种技术，其采用热管式集热保温光伏组件，配合热水和热泵系统来利用热能。但是由于其组件成本高昂，系统复杂，总体性价比低，不利于推广应用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种太阳能光伏热泵微网系统，既能够提高光伏组件的发电效率，又能将光伏组件发电过程中散失的热量回收利用，具有高效、低成本、安全可靠的有益效果。
具体的，主要通过以下技术方案来实现：
一种太阳能光伏热泵微网系统，包括：
光伏组件，所述光伏组件按照预设的角度与密封件安装形成被动式太阳房，所述被动式太阳房内设置有依次连接的储能电池、储能逆变器、控制柜以及空气源热泵，所述空气源热泵通过循环管路与换热器连接构成闭合回路，所述换热器与蓄热水箱连接，所述光伏组件与所述储能逆变器连接。
优选地，还包括与所述控制柜连接的外部电源，所述外部电源包括接入的市电或柴油发电机。
优选地，所述空气源热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀，所述空气源热泵的冷凝器放置在所述换热器内，所述冷凝器的进口与所述压缩机连接，所述冷凝器的出口与所述蒸发器连接。
优选地，所述储能电池放置在保温箱内，所述保温箱内的温度按照储能电池的预设工作温度区间进行控制。
优选地，所述蓄热水箱内放置有温度传感器以及水位传感器，以便所述控制柜根据所述蓄热水箱内的温度、水位以及光伏组件的运行情况控制所述空气源热泵的运行状态。
优选地，所述换热器与蓄热水箱通过循环水泵连接，所述循环水泵使蓄热水箱内的水与空气源热泵中的制冷剂在换热器内进行热量交换。
优选地，所述蓄热水箱设置有冷水进口和热水出口。
优选地，构成所述被动式太阳房的密封件可拆卸。
优选地，所述密封件包括以下至少一种：玻璃、透光板、保温板或密封胶条。
优选地，所述蓄热水箱外设置有保温层。
本发明相较于现有技术具有以下有益效果：
本发明的太阳能光伏热泵微网系统中，光伏组件与储能逆变器连接，产生的电能一方面用于驱动空气源热泵正常工作，另一方面多余的电能将输送至储能电池储存起来，空气源热泵系统将光伏组件工作时产生的大量热能和被动式太阳房接受的热能吸收，并通过循环闭合回路将吸收的热能在换热器中交换给蓄热水箱，储存在蓄热水箱中，因此可降低被动式太阳房内的温度，提高光伏发电效率，同时，蓄热水箱中储存的热量还可用于室内供暖和热水洗浴，极大地提高了太阳能的综合利用率，实现了低成本清洁采暖的目的。
附图说明
1、图1为本发明实施例提供的一种太阳能光伏热泵微网系统的结构示意图；
2、图2为本发明实施例提供的一种太阳能光伏热泵微网系统的剖面图；
附图中的标识说明：
光伏组件-1；储能逆变器-2；储能电池-3；控制柜-4；外部电源-5；空气源热泵-6；换热器-7；蓄热水箱-8；循环泵-9；热水出口-10；冷水进口-11；密封件-12。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚的理解本发明的核心思想，下面将结合附图对其进行详细的说明。
如图1和2所示，本发明实施例提供了一种太阳能光伏热泵微网系统，包括光伏组件1，所述光伏组件1按照预设的角度与密封件12安装形成被动式太阳房。
所述被动式太阳房内设置有依次连接的储能电池3、储能逆变器2、控制柜4以及空气源热泵6，其中，储能逆变器2的蓄电池接入端正负极与储能电池3的正负极连接，储能逆变器2的输出端与控制柜4的输入端连接，控制柜4的输出端与空气源热泵6的输入端连接。
空气源热泵6放置在太阳房内，包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀，所述冷凝器放置在换热器7内，所述冷凝器的进口与所述压缩机连接，所述冷凝器的出口与所述蒸发器连接，所述换热器7与蓄热水箱8连接，所述空气源热泵6通过循环管路与换热器7连接构成闭合回路，循环管路的外部附有保温材料。
所述光伏组件1输出端正负极分别与所述储能逆变器2输入端正负极连接。
工作时，光伏组件1产生的电能一方面驱动空气源热泵6正常工作，另一方面通过连接的储能逆变器2将多余的电能输送给储能电池3进行储存；可以理解的是，当光伏组件1产生的电能不足以驱动空气源热泵6正常工作，则由储能电池3给空气源热泵6供电，驱动其正常工作，如若储能电池也不能满足，则由市电或/柴油发电机供电。
在一个优选地实施例中，本发明公开的一种太阳能光伏热泵微网系统可采用接入市电或柴油发电机等作为外部电源5，所述外部电源与所述控制柜4连接。控制柜4内安装有双电源切换装置，分别接入外部电源5和储能逆变器2输出端，控制柜4根据实际需求切换电源输入。通常白天的太阳能能够满足系统的正常运行，即便遇到阴雨天，光伏组件供电不足的情况下，也可通过外部电源供电，组成双电源模式，使得空气源热泵6在白天可以满负荷运行，主要用于白天的室内供暖和蓄热水箱的储能。
光伏组件1在工作过程中，会产生大量的热能，同时，由光伏组件1和密封件12构成的被动式太阳房也会吸收一部分热能，因此，空气源热泵6吸收上述两部分热能，并通过循环闭合回路将吸收的热能在换热器中交换给蓄热水箱，储存在蓄热水箱中。
因此，本发明公开的一种太阳能光伏热泵微网系统可降低被动式太阳房内的温度，提高光伏发电效率，同时，蓄热水箱中储存的热量还可用于室内供暖和热水洗浴，极大地提高了太阳能的综合利用率，实现了低成本清洁采暖的目的。另外，本发明公开的太阳能光伏热泵微网系统，结构简单，可降低施工和后期维修的成本。
在一个优选地实施例中，所述储能电池3放置在一个保温箱内，所述保温箱内的温度按照预设温度区间进行控制，以便保证所述储能电池3在适宜的温度区间工作，可以理解的是，该预设温度区间的设定可以根据实际的应用环境而设置，目的是为了保证所述储能电池3可以正常工作，避免受到过热或过冷的环境影响，因此，此处不作具体限定。
在一个优选地实施例中，所述蓄热水箱8内放置有温度传感器以及水位传感器，其中，温度传感器和水位传感器用于监测所述蓄热水箱8内的水温和水位数据，以便所述控制柜4根据所述蓄热水箱8内的温度、水位以及光伏组件1的运行情况控制所述空气源热泵6的运行状态，例如，当水位Z<Zmin，供电开关关闭，温度T>Tmax，供电开关关闭。
在一个优选地实施例中，蓄热水箱8与换热器7通过循环水泵9连通，所述循环水泵9驱动热水在换热器7与蓄热水箱8之间形成强制循环，使蓄热水箱8内的水与空气源热泵6中的制冷剂在换热器7内进行热量交换。
在一个优选地实施例中，将热量从空气源热泵6冷凝器交换至蓄热水箱8，蓄热水箱8设置有冷水进口11和热水出口10，便于蓄热水箱8中的热量用于室内供暖和提供热水使用。
在一个优选地实施例中，构成所述被动式太阳房的密封件12可拆卸，即被动式太阳房四周的密封件12均可以移动，被动式太阳房顶部由密封件12和光伏组件1构成，各相邻的光伏组件之间设置的是可拆卸式密封件12，便于被动式太阳房的拆卸和安装。同时，在太阳房内温度过高的情况下，可将密封件拆下，以降低太阳房内温度。
在一个优选地实施例中，所述密封件12包括以下至少一种：玻璃、透光板、保温板或密封胶条。
在一个优选地实施例中，所述蓄热水箱8外设置有保温层，增强蓄热水箱的保温效果。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，包括：
光伏组件(1)，所述光伏组件(1)按照预设的角度与密封件(12)安装形成被动式太阳房，所述被动式太阳房内设置有依次连接的储能电池(3)、储能逆变器(2)、控制柜(4)以及空气源热泵(6)，所述空气源热泵(6)通过循环管路与换热器(7)连接构成闭合回路，所述换热器(7)与蓄热水箱(8)连接，所述光伏组件(1)与所述储能逆变器(2)连接。
2.如权利要求1所述的一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，还包括与所述控制柜(4)连接的外部电源(5)，所述外部电源(5)包括接入的市电或柴油发电机。
3.如权利要求1所述的一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，所述空气源热泵(6)包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀，所述空气源热泵(6)的冷凝器放置在所述换热器(7)内，所述冷凝器的进口与所述压缩机连接，所述冷凝器的出口与所述蒸发器连接。
4.如权利要求1所述的一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，所述储能电池(3)放置在保温箱内，所述保温箱内的温度按照储能电池的预设工作温度区间进行控制。
5.如权利要求1所述的一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，所述蓄热水箱(8)内放置有温度传感器以及水位传感器，以便所述控制柜(4)根据所述蓄热水箱(8)内的温度、水位以及光伏组件(1)的运行情况控制所述空气源热泵(6)的运行状态。
6.如权利要求1所述的一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，所述换热器(7)与蓄热水箱(8)通过循环水泵(9)连接，所述循环水泵(9)使蓄热水箱(8)内的水与空气源热泵(6)中的制冷剂在换热器(7)内进行热量交换。
7.如权利要求1所述的一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，所述蓄热水箱(8)设置有冷水进口(11)和热水出口(10)。
8.如权利要求1所述的一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，构成所述被动式太阳房的密封件(12)可拆卸。
9.如权利要求1所述的一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，所述密封件(12)包括以下至少一种：玻璃、透光板、保温板或密封胶条。
10.如权利要求1所述的一种太阳能光伏热泵微网系统，其特征在于，所述蓄热水箱(8)外设置有保温层。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115962508A (zh) * 2021-12-28 2023-04-14 重庆大学 一种基于太阳能利用的房屋温度调控系统

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