CN114909703A - 一种太阳能pvt热泵跨季冷热双储能源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于暖通空调及可再生能源利用技术领域，提出一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，系统整体主要由热泵机组、PVT组件阵列、土壤埋管蓄热体、供暖空调用户末端、水泵、逆变器、电表和调节阀组连接组成，具有多种运行模式，且不同模式间调节灵活，PVT组件阵列发电产热，以土壤为载体，通过调节土壤内能，有效解决了现有太阳能热泵系统所出现的太阳能利用率低、土壤热不平衡的问题，确保系统高效运行；在满足建筑夏季供冷、冬季供热、全年供生活热水、供电的基础上，实现了太阳能、地热能、空气能的综合高效利用，系统全年发电量可满足全年用电量需求，为实现碳中和目标提出了一种可行方案。

Description

一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统
技术领域
本发明涉及暖通空调及可再生能源利用技术领域，具体涉及一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统。
背景技术
能源是人类生存和发展的重要物质基础，化石能源的大量消耗导致能源短缺和环境污染。建筑领域碳排放占社会全领域碳排放的比例较高，节能减排任务艰巨，可再生能源在建筑领域的使用需求很大。
太阳能作为可再生能源，资源丰富、便于采集，但作为单一热源使用具有寿命短、间歇性和波动性较大、易受季节和天气因素影响等问题，与此同时，太阳能在时间角度存在与建筑需求不匹配的问题，太阳能在采暖季资源不足，非采暖季和过渡季却十分丰富。此外，现有太阳能收集设备如太阳能集热器或者光伏，太阳能利用率低，占地面积大，系统稳定性较差，严重受到季节和天气因素的制约。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，用以提高太阳能、土壤能、空气能的利用效率，进而可实现零碳排放，应用前景广阔。
本发明的技术方案：一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，包括供暖空调热泵机组1、PVT组件阵列2、土壤埋管蓄热体3、供暖空调用户末端4、第一水泵5、第二水泵6、生活热水热泵机组16、逆变器17、电表18和若干调节阀组；
供暖空调热泵机组1两侧分别为用户侧和冷热源侧；冷热源侧进出口通过第二阀组8、第一水泵5分别与第一阀组7和第四阀组10连接；用户侧进出口通过第五阀组11、第二水泵6与供暖空调用户末端4连接；
PVT组件阵列2进出口与第一阀组7连接；
土壤埋管蓄热体3进出口通过第七阀组13、第八阀组14、第九阀组15分别与第四阀组10连接、通过第三阀组9与第一水泵5连接；
生活热水热泵机组16热源侧进出口通过第六阀组12与第一水泵5连接；
供暖空调热泵机组1、生活热水热泵机组16、第一水泵5和第二水泵6分别与电网相连；PVT组件阵列2过逆变器17、电表18连接至电网；
根据阀门的启闭，该太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统提供PVT热泵供暖模式、土壤源热泵供暖模式、土壤源热泵供冷模式、PVT土壤补热模式、PVT热泵供生活热水模式和土壤源热泵供生活热水模式六种模式。
所述PVT组件阵列2的发电工况利用太阳能光生伏特效应将光能直接转换为直流电能，经逆变器转换为交流电能，发电工况分为光伏并网发电工况和光伏离网发电工况；光伏并网发电工况即PVT组件阵列2产出电能汇集至国家电网处，再从国家电网取电供给供暖空调热泵机组1、生活热水热泵机组16、第一水泵5、第二水泵6使用；光伏离网发电工况即PVT组件阵列2产出电能直接供给供暖空调热泵机组1、生活热水热泵机组16、第一水泵5和第二水泵6。
所述PVT热泵供暖模式在供暖季运行，当PVT组件阵列2达到需要的温度时，开启第一阀组7、第一水泵5、第二阀组8、供暖空调热泵机组1、第五阀组11、供暖空调用户末端4和第二水泵6。
所述土壤源热泵供暖模式和土壤源热泵供冷模式均为开启土壤埋管蓄热体3的第七阀组13、第八阀组14、第九阀组15、第四阀组10、第一水泵5、第二阀组8、供暖空调热泵机组1、第五阀组11、供暖空调用户末端4和第二水泵6。其中，土壤源热泵供暖模式在供暖季运行，土壤源热泵供冷模式在供冷季运行。
所述PVT土壤补热模式在非供暖季运行，当PVT组件阵列2达到需要的温度，开启第一阀组7、第一水泵5、第三阀组9、土壤埋管蓄热体3的第七阀组13、第八阀组14和第九阀组15。
所述PVT热泵供生活热水模式全年运行，当PVT组件阵列2达到需要的温度，开启第一阀组7、第一水泵5、第六阀组12和生活热水热泵机组16。
所述土壤源热泵供生活热水模式全年运行，开启土壤埋管蓄热体3的第七阀组13、第八阀组14、第九阀组15、第四阀组10、第一水泵5、第六阀组12和生活热水热泵机组16。
阀组都为通断型阀组，供暖空调热泵机组1为可进行制冷制热的水源热泵机组，生活热水热泵机组16为可进行制热的水源热泵机组。
各运行模式间的切换根据环境温度变化、PVT组件阵列温度变化及土壤温度变化综合来考虑，通过调节PVT组件阵列温度和土壤平均温度来确保系统长期稳定可靠高效运行。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，系统整体由PVT组件阵列、土壤埋管蓄热体、热泵机组、供暖空调用户末端、水泵、逆变器、电表和若干阀门连接组成，运行模式科学合理，不同模式间调节灵活，充分利用土壤蓄热能力，提高太阳能组件利用效率；同时，大大提高了系统从土壤提取热能的制热和制冷循环效率，降低热泵机组用电能耗，显著提高系统全年运行稳定性，克服太阳能光电利用、太阳能光热利用、空气源热泵、土壤源热泵等单一技术所存在的能源来源单一、太阳能不稳定、空气源热泵结霜、土壤热能冬夏不平衡等问题，系统全年发电量可满足全年用电量，可实现系统零碳排放。
附图说明
图1是本发明一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统原理图。
图2是本发明一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统电网供电模式原理图。
图3是本发明中PVT热泵供暖运行模式原理图。
图4是本发明中土壤源热泵供暖模式和土壤源热泵供冷运行模式原理图。
图5是本发明中PVT土壤补热运行模式原理图。
图6是本发明中PVT热泵供生活热水运行模式原理图。
图7是本发明中土壤源热泵供生活热水运行模式原理图。
其中，1-供暖空调热泵机组、2-PVT组件阵列、3-土壤埋管蓄热体、4-供暖空调用户末端、5-第一水泵、6-第二水泵、7-第一阀组、8-第二阀组、9-第三阀组、10-第四阀组、11-第五阀组、12-第六阀组、13-第七阀组、14-第八阀组、15-第九阀组、16-生活热水热泵机组、17-逆变器、18-电表。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，包括供暖空调热泵机组1、PVT组件阵列2、土壤埋管蓄热体3、供暖空调用户末端4、第一水泵5、第二水泵6、生活热水热泵机组16、逆变器17、电表18和若干调节阀组连接组成；
供暖空调热泵机组1两侧分别为用户侧和冷热源侧；冷热源侧进出口通过第二阀组8、第一水泵5分别与第一阀组7和第四阀组10连接；用户侧进出口通过第五阀组11、第二水泵6与供暖空调用户末端4连接；
PVT组件阵列2进出口与第一阀组7连接；
土壤埋管蓄热体3进出口通过第七阀组13、第八阀组14、第九阀组15分别与第四阀组10连接、通过第三阀组9与第一水泵5连接；
生活热水热泵机组16热源侧进出口通过第六阀组12与第一水泵5连接；
供暖空调热泵机组1、生活热水热泵机组16、第一水泵5和第二水泵6分别与电网相连；PVT组件阵列2过逆变器17、电表18连接至电网。
如图1所示，一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，阀组都为通断型阀组，供暖空调热泵机组1为可进行制冷制热的水源热泵机组，生活热水热泵机组16为可进行制热的水源热泵机组。
如图2所示，一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，所述PVT组件阵列2发电工况利用太阳能光生伏特效应将光能直接转换为直流电能，经逆变器17转换为交流电能，所述PVT组件阵列2发电工况包括光伏并网发电工况和光伏离网发电工况，光伏并网发电工况是将系统产出的交流电能并入国家电网，再从国家电网取电供给供暖空调热泵机组1、生活热水热泵机组16、第一水泵5、第二水泵6使用；光伏离网发电工况是将系统产出的交流电能直接供给供暖空调热泵机组1、生活热水热泵机组16、第一水泵5、第二水泵6使用。
一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统的运行工况如下：
模式一、PVT热泵供暖模式，如图3所示，该模式在供暖季运行，当PVT组件阵列2达到需要的温度时，此时第一阀组7、第一水泵5、第二阀组8、供暖空调热泵机组1、第五阀组11、供暖空调用户末端4和第二水泵6、开启，此种运行工况为PVT热泵进行供热；
模式二、土壤源热泵供暖模式，如图4所示，该模式在供暖季运行，此时第七阀组13、第八阀组14、第九阀组15、第四阀组10、第一水泵5、第二阀组8、供暖空调热泵机组1、第五阀组11、供暖空调用户末端4和第二水泵6开启，此种运行工况为土壤源热泵进行供热；
模式三、土壤源热泵供冷模式，如图4所示，该模式在供冷季运行，此时第七阀组13、第八阀组14、第九阀组15、第四阀组10、第一水泵5、第二阀组8、供暖空调热泵机组1、第五阀组11、供暖空调用户末端4和第二水泵6开启，此种运行工况为土壤源热泵进行供冷；
模式四、PVT土壤补热模式，如图5所示，该模式在非供暖季运行，当PVT组件阵列2达到需要的温度时，此时第一阀组7、第一水泵5、第三阀组9、第七阀组13、第八阀组14、第九阀组15开启，此种运行工况为PVT土壤补热模式；
模式五、PVT热泵供生活热水模式，如图6所示，该模式在全年运行，当PVT组件阵列2达到需要的温度时，此时第一阀组7、第一水泵5、第六阀组12和生活热水热泵机组16开启，此种运行工况为PVT热泵供生活热水；
模式六、土壤源热泵供生活热水模式，如图7所示，该模式在全年运行，此时第七阀组13、第八阀组14、第九阀组15、第四阀组10、第一水泵5、第六阀组12和生活热水热泵机组16开启，此种运行工况为土壤源热泵供生活热水；
各运行模式间的切换根据环境温度变化、PVT组件阵列温度变化及土壤温度变化综合来考虑，通过调节PVT组件阵列温度和土壤平均温度来确保系统长期稳定可靠高效运行。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，其特征在于，该太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统包括供暖空调热泵机组(1)、PVT组件阵列(2)、土壤埋管蓄热体(3)、供暖空调用户末端(4)、第一水泵(5)、第二水泵(6)、生活热水热泵机组(16)、逆变器(17)、电表(18)和若干调节阀组；
供暖空调热泵机组(1)两侧分别为用户侧和冷热源侧；冷热源侧进出口通过第二阀组(8)、第一水泵(5)分别与第一阀组(7)和第四阀组(10)连接；用户侧进出口通过第五阀组(11)、第二水泵(6)与供暖空调用户末端(4)连接；
PVT组件阵列(2)进出口与第一阀组(7)连接；
土壤埋管蓄热体(3)进出口通过第七阀组(13)、第八阀组(14)、第九阀组(15)分别与第四阀组(10)连接、通过第三阀组(9)与第一水泵(5)连接；
生活热水热泵机组(16)热源侧进出口通过第六阀组(12)与第一水泵(5)连接；
供暖空调热泵机组(1)、生活热水热泵机组(16)、第一水泵(5)和第二水泵(6)分别与电网相连；PVT组件阵列(2)过逆变器(17)、电表(18)连接至电网；
根据阀门的启闭，该太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统提供PVT热泵供暖模式、土壤源热泵供暖模式、土壤源热泵供冷模式、PVT土壤补热模式、PVT热泵供生活热水模式和土壤源热泵供生活热水模式六种模式。
2.根据权利要求1所述的太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，其特征在于，所述PVT组件阵列(2)分为光伏并网发电工况和光伏离网发电工况；光伏并网发电工况即PVT组件阵列(2)产出电能汇集至电网处；光伏离网发电工况即PVT组件阵列(2)产出电能直接供给供暖空调热泵机组(1)、生活热水热泵机组(16)、第一水泵(5)和第二水泵(6)。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，其特征在于，所述PVT热泵供暖模式为开启第一阀组(7)、第一水泵(5)、第二阀组(8)、供暖空调热泵机组(1)、第五阀组(11)、供暖空调用户末端(4)和第二水泵(6)。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，其特征在于，所述土壤源热泵供暖模式和土壤源热泵供冷模式均为开启土壤埋管蓄热体(3)的第七阀组(13)、第八阀组(14)、第九阀组(15)、第四阀组(10)、第一水泵(5)、第二阀组(8)、供暖空调热泵机组(1)、第五阀组(11)、供暖空调用户末端(4)和第二水泵(6)。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，其特征在于，所述PVT土壤补热模式为开启第一阀组(7)、第一水泵(5)、第三阀组(9)、土壤埋管蓄热体(3)的第七阀组(13)、第八阀组(14)和第九阀组(15)。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，其特征在于，所述PVT热泵供生活热水模式为开启第一阀组(7)、第一水泵(5)、第六阀组(12)和生活热水热泵机组(16)。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能PVT热泵跨季冷热双储能源系统，其特征在于，所述土壤源热泵供生活热水模式为开启土壤埋管蓄热体(3)的第七阀组(13)、第八阀组(14)、第九阀组(15)、第四阀组(10)、第一水泵(5)、第六阀组(12)和生活热水热泵机组(16)。
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