CN115164297A - 太阳能光伏光电集热一体化co2空调系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统及其工作方法，涉及太阳能利用技术领域。包括太阳能光伏集热器、逆流并网光伏发电系统、控制系统、CO₂热泵空调系统，太阳能光伏集热器与CO₂热泵空调系统连接，太阳能光伏集热器与逆流并网光伏发电系统电性连接，逆流并网光伏发电系统与控制系统电性连接，控制系统与CO₂热泵空调系统电性连接。本发明通过太阳能光伏供电系统与市电供电相组合，这种组合使二者均在相对比较稳定高效的条件下工作，空气源热泵制热过程本质上是对空气中蕴藏的太阳热能的提升利用，根据热泵的工作特性，在整个热水系统运行过程中，热泵机组只有小部分来自市电，大大提高了太阳能的利用率，减少了对能源的消耗。

Description

太阳能光伏光电集热一体化CO2空调系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，更具体的是涉及太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统及其工作方法。

背景技术

传统空调通过压缩机压缩冷媒从空气中吸收热量来工作，由于室外温度低，传统空调从空气中吸取热量少，从而提高功率以达到更高的热效率，能源浪费巨大。近年来，能源匮乏问题日益严峻，各国都在纷纷寻求并拓展更丰富、更稳定的可持续能源来源，如太阳能、风能、潮汐能等。而太阳能光伏光热技术一方面利用光伏组件进行发电，供用户利用；另一方面回收光伏组件背面产生的热能，同时产生电和热两种效益，极大地提高了太阳能的综合利用效率。然而，受某些自然因素影响，例如地理位置、昼夜交替以及季节变化等，太阳能又表现出明显的稀薄性、间歇性和不稳定性，在能源的转换和利用过程中，很容易存在着供求之间在时间和空间上不匹配的矛盾，这些缺陷对它的高效利用造成了很大的限制。空气源热泵以空气作为低温热源，通过少量高位电能驱动，将空气中的低位热能提升成高位热能加以利用的装置，是重要的采暖和生活热水设备之一。然而，在环境温度较低时，空气源热泵容易结霜，导致系统制热效率下降，性能系数减小，甚至停机工作，导致系统无法运行，严重影响了采暖效果。

发明内容

本发明的目的在于提出太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统，以解决背景技术中提出的问题。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统，包括太阳能光伏集热器、逆流并网光伏发电系统、控制系统、CO₂热泵空调系统，所述太阳能光伏集热器与CO₂热泵空调系统连接，所述太阳能光伏集热器与逆流并网光伏发电系统电性连接，所述逆流并网光伏发电系统与控制系统电性连接，所述控制系统与CO₂热泵空调系统电性连接。

进一步的，所述逆流并网光伏发电系统与市电连通。

进一步的，所述CO₂热泵空调系统包括制热系统，所述制热系统包括内机系统、CO₂电动压缩机、气液分离罐、储液罐、中间换热器，所述逆流并网光伏发电系统给CO₂电动压缩机供电，所述CO₂电动压缩机排气端通过电动三通阀a与内机系统连接，所述内机系统通过电动三通阀c与电子膨胀阀a连接，电子膨胀阀a与储液罐连通，所述储液罐与中间换热器连通，所述中间换热器与电子膨胀阀b连接，电子膨胀阀b通过电动三通阀b与太阳能光伏集热器连接，太阳能光伏集热器通过电动三通阀d与气液分离罐连接，气液分离罐连与中间换热器连接，中间换热器与CO₂电动压缩机吸气端连接。

进一步的，所述CO₂热泵空调系统包括制冷系统，所述制冷系统包括内机系统、CO₂电动压缩机、气液分离罐、储液罐、中间换热器，所述逆流并网光伏发电系统给CO₂电动压缩机供电，所述CO₂电动压缩机排气端经过电动三通阀a与太阳能光伏集热器连接，所述太阳能光伏集热器通过电动三通阀c与电子膨胀阀a连接，电子膨胀阀a与储液罐连接，储液罐与中间换热器连接，所述中间换热器与电子膨胀阀b连接，电子膨胀阀b通过电动三通阀b与内机系统连接，所述内机系统通过电动三通阀d与气液分离罐连接，气液分离罐与中间换热器连接，中间换热器与CO₂电动压缩机吸气端连接。

进一步的，所述控制系统通过控制柜与CO₂电动压缩机电性连接。

所述的太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统的工作方法，该工作方法包括：

当用户端需要制热时，CO₂电动压缩机将二氧化碳工质压缩成高温高压的气体利用电动三通阀a控制高温介质进入内机系统进行冷凝散热，给用户端加热，冷凝后的介质通过电动三通阀c控制经过电子膨胀阀a一次节流后进入储液罐储液，经过储液罐的低温冷媒进入中间换热器换热后经过电子膨胀阀b二级节流后通过电动三通阀b控制介质进入太阳能光伏集热器蒸发，蒸发后的低温低压介质经过电动三通阀d控制介质进入气液分离罐，分离后的低温介质经过中间换热器换热后回到CO₂电动压缩机吸气口完成制热循环；

当用户端需要制冷时，CO₂电动压缩机将二氧化碳工质压缩成高温高压的气体利用电动三通阀a控制高温介质进入太阳能集热器冷凝散热，冷凝后的介质通过电动三通阀c控制经过电子膨胀阀a一次节流后进入储液罐储液，经过储液罐的低温冷媒进入中间换热器换热后到电子膨胀阀b二级节流后通过电动三通阀b控制介质进入内机系统蒸发，给用户端制冷降温，蒸发后的低温低压介质经过电动三通阀d控制介质进入气液分离罐，分离后的低温介质经过中间换热器换热后回到CO₂电动压缩机吸气口完成制冷循环。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明制冷、制热之间的变换可通过电动三通阀的开关来实现；太阳能光伏供电系统是利用太阳能电池将太阳的光能转化为电能后，通过控制系统控制，一方面直接提供给转换电路及压缩机工作，另一方面将多余的电能存储在蓄电池中，到了夜晚或是太阳能电池产生的电力不足时，蓄电池就会将所存储的电能供给转换电路及压缩机用电；光伏通过光伏控制器给储能电池充电，储能电池提供电能给逆变器，离网逆变器将直流转换成交流提供给负载使用。在储能电池过放时，光伏控制器发信号接通市电，市电经过AC/DC转换后给蓄电池充电，离网逆变器自动切换到市电给负载供电，在储能电池过放恢复后，光伏控制器断开信号，市电停止给储能电池充电，同时离网逆变器也切换市电自动恢复到光伏系统供电。通过光伏控制器、离网逆变器参数设置可以满足系统不间断供电；太阳能集热器及逆流并网发电系统与空气源热泵的结合作为中央热水系统的热源及储能；其可取长补短，使二者互为补充，互为备用，在日照充足时可断开市电，优先使用太阳能供电带动压缩机工作，并且将多余电量储能便于夜晚或天气状况为阴天或多云天气时使用；当天气为阴天或多云天气时，太阳能集热器及逆流并网发电系统将储能释放给压缩机供电工作制热，在储能不足以供压缩机运转时自动切换到市电，这种组合行者，使二者均在相对比较稳定高效的条件下工作，空气源热泵制热过程本质上是对空气中蕴藏的太阳热能的提升利用，根据热泵的工作特性，在整个热水系统运行过程中，热泵机组只有小部分来自市电，大大提高了太阳能的利用率，减少了对能源的消耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明制热系统的结构示意图；

图3为本发明制冷系统的结构示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

实施例1

如图1-3，本实施例提供一种太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统，包括太阳能光伏集热器、逆流并网光伏发电系统、控制系统、CO₂热泵空调系统，所述太阳能光伏集热器与CO₂热泵空调系统连接，所述太阳能光伏集热器与逆流并网光伏发电系统电性连接，所述逆流并网光伏发电系统与控制系统电性连接，所述控制系统与CO₂热泵空调系统电性连接。所述逆流并网光伏发电系统与市电连通。

如图2，所述CO₂热泵空调系统包括制热系统，所述制热系统包括内机系统、CO₂电动压缩机、气液分离罐、储液罐、中间换热器，所述逆流并网光伏发电系统给CO₂电动压缩机供电，所述CO₂电动压缩机排气端通过电动三通阀a与内机系统连接，所述内机系统通过电动三通阀c与电子膨胀阀a连接，电子膨胀阀a与储液罐连通，所述储液罐与中间换热器连通，所述中间换热器与电子膨胀阀b连接，电子膨胀阀b通过电动三通阀b与太阳能光伏集热器连接，太阳能光伏集热器通过电动三通阀d与气液分离罐连接，气液分离罐连与中间换热器连接，中间换热器与CO₂电动压缩机吸气端连接。

如图3，所述CO₂热泵空调系统包括制冷系统，所述制冷系统包括内机系统、CO₂电动压缩机、气液分离罐、储液罐、中间换热器，所述逆流并网光伏发电系统给CO₂电动压缩机供电，所述CO₂电动压缩机排气端经过电动三通阀a与太阳能光伏集热器连接，所述太阳能光伏集热器通过电动三通阀c与电子膨胀阀a连接，电子膨胀阀a与储液罐连接，储液罐与中间换热器连接，所述中间换热器与电子膨胀阀b连接，电子膨胀阀b通过电动三通阀b与内机系统连接，所述内机系统通过电动三通阀d与气液分离罐连接，气液分离罐与中间换热器连接，中间换热器与CO₂电动压缩机吸气端连接。

所述控制系统通过控制柜与CO₂电动压缩机电性连接。

所述的太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统的工作方法，该工作方法包括：

当用户端需要制热时，CO₂电动压缩机将二氧化碳工质压缩成高温高压的气体利用电动三通阀a控制高温介质进入内机系统进行冷凝散热，给用户端加热，冷凝后的介质通过电动三通阀c控制经过电子膨胀阀a一次节流后进入储液罐储液，经过储液罐的低温冷媒进入中间换热器换热后经过电子膨胀阀b二级节流后通过电动三通阀b控制介质进入太阳能光伏集热器蒸发，蒸发后的低温低压介质经过电动三通阀d控制介质进入气液分离罐，分离后的低温介质经过中间换热器换热后回到CO₂电动压缩机吸气口完成制热循环；

当用户端需要制冷时，CO₂电动压缩机将二氧化碳工质压缩成高温高压的气体利用电动三通阀a控制高温介质进入太阳能集热器冷凝散热，冷凝后的介质通过电动三通阀c控制经过电子膨胀阀a一次节流后进入储液罐储液，经过储液罐的低温冷媒进入中间换热器换热后到电子膨胀阀b二级节流后通过电动三通阀b控制介质进入内机系统蒸发，给用户端制冷降温，蒸发后的低温低压介质经过电动三通阀d控制介质进入气液分离罐，分离后的低温介质经过中间换热器换热后回到CO₂电动压缩机吸气口完成制冷循环。

本发明制冷、制热之间的变换可通过电动三通阀的开关来实现；太阳能光伏供电系统是利用太阳能电池将太阳的光能转化为电能后，通过控制系统控制，一方面直接提供给转换电路及压缩机工作，另一方面将多余的电能存储在蓄电池中，到了夜晚或是太阳能电池产生的电力不足时，蓄电池就会将所存储的电能供给转换电路及压缩机用电；光伏通过光伏控制器给储能电池充电，储能电池提供电能给逆变器，离网逆变器将直流转换成交流提供给负载使用。在储能电池过放时，光伏控制器发信号接通市电，市电经过AC/DC转换后给蓄电池充电，离网逆变器自动切换到市电给负载供电，在储能电池过放恢复后，光伏控制器断开信号，市电停止给储能电池充电，同时离网逆变器也切换市电自动恢复到光伏系统供电。通过光伏控制器、离网逆变器参数设置可以满足系统不间断供电；太阳能集热器及逆流并网发电系统与空气源热泵的结合作为中央热水系统的热源及储能；其目的在于取长补短，使二者互为补充，互为备用，在日照充足时可断开市电，优先使用太阳能供电带动压缩机工作，并且将多余电量储能便于夜晚或天气状况为阴天或多云天气时使用；当天气为阴天或多云天气时，太阳能集热器及逆流并网发电系统将储能释放给压缩机供电工作制热，在储能不足以供压缩机运转时自动切换到市电，这种组合行者，使二者均在相对比较稳定高效的条件下工作，空气源热泵制热过程本质上是对空气中蕴藏的太阳热能的提升利用，根据热泵的工作特性，在整个热水系统运行过程中，热泵机组只有小部分来自市电，大大提高了太阳能的利用率，减少了对能源的消耗。

Claims (6)

1.太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统，其特征在于，包括太阳能光伏集热器、逆流并网光伏发电系统、控制系统、CO₂热泵空调系统，所述太阳能光伏集热器与CO₂热泵空调系统连接，所述太阳能光伏集热器与逆流并网光伏发电系统电性连接，所述逆流并网光伏发电系统与控制系统电性连接，所述控制系统与CO₂热泵空调系统电性连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统，其特征在于：所述逆流并网光伏发电系统与市电连通。

3.根据权利要求1所述的太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统，其特征在于：所述CO₂热泵空调系统包括制热系统，所述制热系统包括内机系统、CO₂电动压缩机、气液分离罐、储液罐、中间换热器，所述逆流并网光伏发电系统给CO₂电动压缩机供电，所述CO₂电动压缩机排气端通过电动三通阀a与内机系统连接，所述内机系统通过电动三通阀c与电子膨胀阀a连接，电子膨胀阀a与储液罐连通，所述储液罐与中间换热器连通，所述中间换热器与电子膨胀阀b连接，电子膨胀阀b通过电动三通阀b与太阳能光伏集热器连接，太阳能光伏集热器通过电动三通阀d与气液分离罐连接，气液分离罐连与中间换热器连接，中间换热器与CO₂电动压缩机吸气端连接。

4.根据权利要求1所述的太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统，其特征在于：所述CO₂热泵空调系统包括制冷系统，所述制冷系统包括内机系统、CO₂电动压缩机、气液分离罐、储液罐、中间换热器，所述逆流并网光伏发电系统给CO₂电动压缩机供电，所述CO₂电动压缩机排气端经过电动三通阀a与太阳能光伏集热器连接，所述太阳能光伏集热器通过电动三通阀c与电子膨胀阀a连接，电子膨胀阀a与储液罐连接，储液罐与中间换热器连接，所述中间换热器与电子膨胀阀b连接，电子膨胀阀b通过电动三通阀b与内机系统连接，所述内机系统通过电动三通阀d与气液分离罐连接，气液分离罐与中间换热器连接，中间换热器与CO₂电动压缩机吸气端连接。

5.根据权利要求3或4所述的太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统，其特征在于：所述控制系统通过控制柜与CO₂电动压缩机电性连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的太阳能光伏光电集热一体化CO₂空调系统的工作方法，其特征在于，该工作方法包括：

当用户端需要制热时，CO₂电动压缩机将二氧化碳工质压缩成高温高压的气体利用电动三通阀a控制高温介质进入内机系统进行冷凝散热，给用户端加热，冷凝后的介质通过电动三通阀c控制经过电子膨胀阀a一次节流后进入储液罐储液，经过储液罐的低温冷媒进入中间换热器换热后经过电子膨胀阀b二级节流后通过电动三通阀b控制介质进入太阳能光伏集热器蒸发，蒸发后的低温低压介质经过电动三通阀d控制介质进入气液分离罐，分离后的低温介质经过中间换热器换热后回到CO₂电动压缩机吸气口完成制热循环；

当用户端需要制冷时，CO₂电动压缩机将二氧化碳工质压缩成高温高压的气体利用电动三通阀a控制高温介质进入太阳能集热器冷凝散热，冷凝后的介质通过电动三通阀c控制经过电子膨胀阀a一次节流后进入储液罐储液，经过储液罐的低温冷媒进入中间换热器换热后到电子膨胀阀b二级节流后通过电动三通阀b控制介质进入内机系统蒸发，给用户端制冷降温，蒸发后的低温低压介质经过电动三通阀d控制介质进入气液分离罐，分离后的低温介质经过中间换热器换热后回到CO₂电动压缩机吸气口完成制冷循环。

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