CN115143506B - 储热供暖型太阳能光伏光热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储热供暖型太阳能光伏光热系统，通过设置储热水箱，在能够实现正常供暖的条件下，逐步对储热水箱内的水进行升温加热，实现储热的效果，尽可能收集热量，充分利用空气能与太阳能电池表面的温度，一方面延长了对光伏光热组件进行降温的时间，提升太阳能电池板高效率工作的时间比例，另一方面提升了能量储存量，方便在无法通过换热器进行加热的情况下持续进行供暖，提升了清洁能源的利用率。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体的，涉及一种储热供暖型太阳能光伏光热系统。
背景技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，也是现在大力发展的清洁能源之一，为了缓解化石能源带来的诸多问题，如何充分利用太阳能也是现在的一大课题。
在现有技术中，太阳能的主要利用方式是通过太阳能电池板将光能直接转化为电能，或者直接将光能转化为热能直接进行利用，其中光伏面板在一定范围内随着温度升高，其转化效率逐渐降低，而且现有技术中采用太阳能供暖的方式对日光条件依赖性较高，在日照条件变化较大时，需要通过电网补贴或者气网补贴的方式提升热水温度，无法充分的利用太阳能，对其它的加热手段依赖性较大，为了解决上述问题，提供一种储热供暖型太阳能光伏光热系统，本发明提供了以下技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储热供暖型太阳能光伏光热系统，以提升能源利用效率。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种储热供暖型太阳能光伏光热系统，包括：
光伏光热组件，光伏光热组件串联有压缩机，通过光伏光热组件与压缩机加热冷媒，冷媒加热升温后通过换热器换热后降温，降温后的冷媒再次进入光伏光热组件与压缩机进行加热升温；
换热器还依次连接有循环水泵、供暖组件与缓冲水箱；
循环水泵与换热器之间设置有阀门R1，阀门R1的出水端还通过管道直接连接阀门R2的进水端，阀门R2的出水端分别通过管道连接有储热水箱的进水端与阀门R3的一端，阀门R3的另一端连接有阀门R4的进水端，阀门R4设置在循环水泵与供暖组件之间，缓冲水箱的出水口通过管道依次连接有阀门R7与阀门R5；
储热水箱的出水端连接有阀门R6的进水端，阀门R6的出水端通过管道连接在阀门R5与阀门R7之间，阀门R5的出水端连接换热器，形成换热循环。
作为本发明的进一步方案，光伏光热组件包括太阳能电池板，太阳能电池板的背面铺设有吹胀式蒸发器。
作为本发明的进一步方案，光伏光热组件产生的电能通过蓄电池存储，蓄电池与循环水泵电连接。
作为本发明的进一步方案，该系统的工作方法为：
第一步，首先检测储热水箱内的水温K3，当K3≥Q时，关闭阀门R1、R3与R5，开启其它阀门，对管道快速预热；
若K3＜Q成立时，压缩机工作，开启阀门R1、R4、R5与R7，关闭其它阀门，快速预热，Q为预设值；
第二步，当检测到缓冲水箱的出水口温度K4在连续时间t1内始终大于预设值Q1时，压缩机工作，开启阀门R1、R4、R5与R7，关闭其它阀门，继续加热至缓冲水箱的出水口温度K4在连续时间t1内始终大于预设值Q2时，进入下一步；
其中Q＜Q1＜Q2，t1为预设值；
第三步，压缩机继续工作，开启阀门R1、R3、R4、R5、R6与R7，关闭其它阀门，当储热水箱内水温达到预设值Q2时，进入下一步；
通过控制R3、R4的开度来控制进行供暖与储热的液相体积比；
第四步，压缩机继续工作，开启阀门R1、R4、R5与R7，关闭其它阀门，然后通过降低压缩机功率或者间歇关闭压缩机，保证Q2-Q3≤K4≤Q2+Q3，其中，Q3为预设值。
作为本发明的进一步方案，第四步中当储热水箱内的温度降低至预设值Q4时，进行步骤三与步骤四。
作为本发明的进一步方案，第三步中控制阀门R3与R4开度的逻辑为：
阀门R3与R4为型号规格相同的两个阀门，将阀门R3与R4的开度均均匀标记为100等分，首先将R4的开度减小i%，同时将R3的开度提升i%，并在t2时间后开始读取K1，当K1在连续时间t1内始终大于预设值Q2时，继续将R4的开度进一步减小i%，同时将R3的开度进一步提升i%，如此反复，直至储热水箱内的水温达到预设值Q2，然后关闭阀门R3与R6。
作为本发明的进一步方案，储热水箱内安装有电加热组件，电加热组件通过光伏光热组件所连接蓄电池供电；
在无需进行供暖，且光照充足的场景中，当光伏光热组件所连接蓄电池的电容量达到γ%时，开始通过储热水箱内的电加热组件将储热水箱内的水加热至预设温度w，在加热过程中保证蓄电池的电容量不小于γ1%，其中γ与γ1均为预设值，且γ1≤γ。
作为本发明的进一步方案，在光伏光热组件无法继续正常工作时，开启阀门R2、R4、R6与R7进行供暖。
本发明的有益效果：
(1)本发明能够通过在太阳能电池板的一面设置可以用来换热的蒸发器，通过蒸发器收集太阳能电池板的热量，起到降低太阳能电池板表面温度，进而提升太阳能电池板的工作效率，并且通过太阳能电池板的温度能够起到预加热的效果，降低压缩机的能耗；
(2)本发明通过设置储热水箱，在能够实现正常供暖的条件下，逐步对储热水箱内的水进行升温加热，实现储热的效果，尽可能收集热量，充分利用空气能与太阳能电池表面的温度，一方面延长了对光伏光热组件进行降温的时间，提升太阳能电池板高效率工作的时间比例，另一方面提升了能量储存量，方便在无法通过换热器进行加热的情况下持续进行供暖，提升了清洁能源的利用率；
(3)本发明通过光伏光热组件发电供应循环水泵与储热水箱内电加热装置的工作，在特定场景下对储热水箱内的热水进行升温加热处理，提升热能储量，充分的利用外界清洁能源。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明储热供暖型太阳能光伏光热系统的简易结构示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种储热供暖型太阳能光伏光热系统，如图1所示，包括：
光伏光热组件，光伏光热组件串联有压缩机，通过光伏光热组件与压缩机加热冷媒，冷媒加热升温后通过换热器换热后降温，降温后的冷媒再次进入光伏光热组件与压缩机进行加热升温；
所述光伏光热组件包括太阳能电池板，太阳能电池板的背面铺设有吹胀式蒸发器，通过吹胀式蒸发器与太阳能电池板和外界环境之间进行换热，提升进入压缩机的冷媒的温度，从而显著提升了热泵蒸发系统的蒸发温度，降低压缩机的能耗，另外通过吹胀式蒸发器与太阳能电池板进行换热，能够显著降低太阳能电池板的工作温度，从而提升太阳能电池板的工作效率；
换热器还依次连接有循环水泵、供暖组件与缓冲水箱，其中循环水泵用于为整个系统提供动力，所述供暖组件为散热器或者地暖等用于供暖的设备；
循环水泵与换热器之间设置有阀门R1，阀门R1的出水端还通过管道直接连接阀门R2的进水端，阀门R2的出水端分别通过管道连接有储热水箱的进水端与阀门R3的一端，阀门R3的另一端连接有阀门R4的进水端，阀门R4设置在循环水泵与供暖组件之间，缓冲水箱的出水口通过管道依次连接有阀门R7与阀门R5；
储热水箱的出水端连接有阀门R6的进水端，阀门R6的出水端通过管道连接在阀门R5与阀门R7之间，阀门R5的出水端连接换热器，形成换热循环；
在本发明的一个实施例中，所述光伏光热组件的发电优先供给循环水泵的工作消耗，具体的，通过蓄电池存储光伏光热组件产生的电，蓄电池与循环水泵电连接，通过蓄电池为循环水泵供电，实现一定范围内的供暖自给自足；
所述供暖组件的进水口处设置有第一温度采集单元，用于采集供暖组件进水口水温；
循环水泵的进水口处设置有第二温度采集单元，用于采集进入循环水泵的水温；
储热水箱内设置有第三温度采集单元，用于采集储热水箱内的水温；
缓冲水箱的出水口处设置有第四温度采集单元，用于采集缓冲水箱的出水口温度；
本发明所示太阳能光伏光热系统还包括控制单元，控制单元用于对第一温度采集单元至第四温度采集单元所采集的温度信号进行收集，并根据所采集的各点的温度信号，对阀门R1至R7的开闭进行调整；
所述控制单元的控制方法为：
第一步，对系统进行预热；
首先检测储热水箱内的水温K3，当K3≥Q时，关闭阀门R1、R3与R5，开启其它所有阀门，通过储热水箱内液相存储的热量对供暖组件进行快速的供热，实现对管道的快速预热；
若K3＜Q成立时，压缩机工作，开启阀门R1、R4、R5与R7，关闭其它阀门，快速的进行预热，Q为预设值；
第二步，对系统进行升温加热；
当检测到缓冲水箱的出水口温度K4在连续时间t1内始终大于预设值Q1时，压缩机工作，开启阀门R1、R4、R5与R7，关闭其它阀门，继续加热至缓冲水箱的出水口温度K4在连续时间t1内始终大于预设值Q2时，进入下一步，t1为预设值；
其中Q＜Q1＜Q2；
第三步，储热；
压缩机继续工作，开启阀门R1、R3、R4、R5、R6与R7，关闭其它阀门，同时进行供暖与储热，当储热水箱内水温达到预设值Q2时，进入下一步；
其中供暖是指向供暖组件输入高温液相，并与外界环境进行换热，实现供暖的目的，储热是指将部分热水导入储热水箱中，实现对热量的存储；
具体的，可以通过控制R3、R4的开度来控制进行供暖与储热的液相体积比；
第四步，恒温；
压缩机继续工作，开启阀门R1、R4、R5与R7，关闭其它阀门，然后通过降低压缩机功率或者间歇关闭压缩机，保证Q2-Q3≤K4≤Q2+Q3，其中，Q3为预设值；
在第四步中当储热水箱内的温度降低至预设值Q4时，进行步骤三与步骤四，实现对储热水箱内热水的加热处理，保证储热水箱内存储有足够的热量，从而方便后续的再启动；
具体的，第三步中控制阀门R3与R4开度的逻辑为：
阀门R3与R4为型号规格相同的两个阀门，将阀门R3与R4的开度均均匀标记为100等分，首先将R4的开度减小i%，同时将R3的开度提升i%，并在t2时间后开始读取K1，当K1在连续时间t1内始终大于预设值Q2时，继续将R4的开度进一步减小i%，同时将R3的开度进一步提升i%，如此反复，直至储热水箱内的水温达到预设值Q2，然后关闭阀门R3与R6，降低能耗；
其中通过逐步降低R4开度并对应提升R3开度，能够在不影响供暖组件与生活热水箱连续正常工作的基础上，对储热水箱中的水进行加热处理；
在整个调节过程中始终对应对阀门R6的开度进行调整，保证储热水箱内的水量不变，具体的，在储热水箱内设置有水位检测装置，通过水位检测装置实时监控储热水箱内的水位高度，控制单元根据储热水箱内的水位高度实时的对R6的开度进行调整；
具体的，本发明还能够仅通过开启阀门R1、R3、R6与R5进行储热而不进行供暖工作，在无需进行供暖的场景对热量进行收集，降低供暖的热量损耗，并方便后续的采暖需要；
在本发明的一个实施例中，储热水箱内安装有电加热组件，电加热组件用于对储热水箱内的水进行加热，电加热组件通过光伏光热组件所连接蓄电池供电；
具体的，在无需进行供暖，且光照充足的场景中，当光伏光热组件所连接蓄电池的电容量达到γ%时，开始通过储热水箱内的电加热组件将储热水箱内的水加热至预设温度w，在加热过程中保证蓄电池的电容量不小于γ1%，其中γ与γ1均为预设值，且γ1≤γ；
通过光伏光热组件发电供应循环水泵与储热水箱内电加热装置的工作，在特定场景下对储热水箱内的热水进行升温加热处理，提升热能储量；这样能够充分的利用外界清洁能源，有利于在特殊环境下延长供暖时间。
通过开启阀门R2、R4、R6与R7，采用储热水箱中的热量进行供暖，在光伏光热组件无法继续正常工作时，提供热量。
本发明能够通过在太阳能电池板的一面设置可以用来换热的蒸发器，通过蒸发器收集太阳能电池板的热量，起到降低太阳能电池板表面温度，进而提升太阳能电池板的工作效率，并且通过太阳能电池板的温度能够起到预加热的效果，降低压缩机的能耗；
另外，本发明通过设置储热水箱，在能够实现正常供暖的条件下，逐步对储热水箱内的水进行升温加热，实现储热的效果，尽可能收集热量，充分利用空气能与太阳能电池表面的温度，一方面延长了对光伏光热组件进行降温的时间，提升太阳能电池板高效率工作的时间比例，另一方面提升了能量储存量，方便在无法通过换热器进行加热的情况下持续进行供暖。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.储热供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，包括光伏光热组件，光伏光热组件串联有压缩机，通过光伏光热组件与压缩机加热冷媒，冷媒加热升温后通过换热器换热后降温，降温后的冷媒再次进入光伏光热组件与压缩机进行加热升温；
换热器还依次连接有循环水泵、供暖组件与缓冲水箱；
光伏光热组件包括太阳能电池板，太阳能电池板的背面铺设有吹胀式蒸发器；
循环水泵与换热器之间设置有阀门R1，阀门R1的出水端还通过管道直接连接阀门R2的进水端，阀门R2的出水端分别通过管道连接有储热水箱的进水端与阀门R3的一端，阀门R3的另一端连接有阀门R4的进水端，阀门R4设置在循环水泵与供暖组件之间，缓冲水箱的出水口通过管道依次连接有阀门R7与阀门R5；
储热水箱的出水端连接有阀门R6的进水端，阀门R6的出水端通过管道连接在阀门R5与阀门R7之间，阀门R5的出水端连接换热器，形成换热循环；
该系统的工作方法为：
第一步，首先检测储热水箱内的水温K3，当K3≥Q时，关闭阀门R1、R3与R5，开启其它阀门，对管道快速预热；
若K3＜Q成立时，压缩机工作，开启阀门R1、R4、R5与R7，关闭其它阀门，快速预热，Q为预设值；
第二步，当检测到缓冲水箱的出水口温度K4在连续时间t1内始终大于预设值Q1时，压缩机工作，开启阀门R1、R4、R5与R7，关闭其它阀门，继续加热至缓冲水箱的出水口温度K4在连续时间t1内始终大于预设值Q2时，进入下一步；
其中Q＜Q1＜Q2，t1为预设值；
第三步，压缩机继续工作，开启阀门R1、R3、R4、R5、R6与R7，关闭其它阀门，当储热水箱内水温达到预设值Q2时，进入下一步；
通过控制R3、R4的开度来控制进行供暖与储热的液相体积比；
第四步，压缩机继续工作，开启阀门R1、R4、R5与R7，关闭其它阀门，然后通过降低压缩机功率或者间歇关闭压缩机，保证Q2-Q3≤K4≤Q2+Q3，其中，Q3为预设值。
2.根据权利要求1所述的储热供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，光伏光热组件产生的电能通过蓄电池存储，蓄电池与循环水泵电连接。
3.根据权利要求1所述的储热供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，第四步中当储热水箱内的温度降低至预设值Q4时，进行步骤三与步骤四。
4.根据权利要求1所述的储热供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，第三步中控制阀门R3与R4开度的逻辑为：
阀门R3与R4为型号规格相同的两个阀门，将阀门R3与R4的开度均均匀标记为100等分，首先将R4的开度减小i%，同时将R3的开度提升i%，并在t2时间后开始读取K1，当K1在连续时间t1内始终大于预设值Q2时，继续将R4的开度进一步减小i%，同时将R3的开度进一步提升i%，如此反复，直至储热水箱内的水温达到预设值Q2，然后关闭阀门R3与R6。
5.根据权利要求1所述的储热供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，储热水箱内安装有电加热组件，电加热组件通过光伏光热组件所连接蓄电池供电；
在无需进行供暖，且光照充足的场景中，当光伏光热组件所连接蓄电池的电容量达到γ%时，开始通过储热水箱内的电加热组件将储热水箱内的水加热至预设温度w，在加热过程中保证蓄电池的电容量不小于γ1%，其中γ与γ1均为预设值，且γ1≤γ。
6.根据权利要求5所述的储热供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，在光伏光热组件无法继续正常工作时，开启阀门R2、R4、R6与R7进行供暖。
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Denomination of invention: Thermal storage and heating type solar photovoltaic thermal system Effective date of registration: 20231213 Granted publication date: 20230414 Pledgee: China Construction Bank Corporation Feidong sub branch Pledgor: CHINALAND SOLAR ENERGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980071321 |
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