CN115264577B - 单供暖型太阳能光伏光热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单供暖型太阳能光伏光热系统，包括光伏光热组件，光伏光热组件依次连接有空气能热泵、换热器与膨胀阀，所述换热器还串联有供暖设备；所述光伏光热组件包括由上至下依次设置的光伏发电结构、换热结构与电加热结构。本发明通过设置光伏光热组件，一方面将光能转化为电能进行收集和利用，另一方面将太阳能电池板工作过程中产生的热量进行收集，通过两者的配合对供暖系统提供能量，在保证太阳能电池高效率工作的同时，降低了供暖能耗，提升了清洁能源的利用效率；本发明在光照充足、发电量充足的条件下，能够充分利用太阳能电池板所转换得到的电量，在保证蓄电池有着良好的蓄电量的同时，提升换热结构的工作效率与工作效果。

Description

单供暖型太阳能光伏光热系统

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体的，涉及一种单供暖型太阳能光伏光热系统。

背景技术

随着化石能源的大量使用带来的诸多问题逐渐显现，人们对于清洁能源的利用逐渐重视，太阳能是一种重要的、取之不尽的清洁能源，提升对太阳能的利用效率也是目前的重要研究课题。

太阳能电池板在工作时，其背面温度会高出环境温度20摄氏度左右，而太阳能电池板的工作效率随着温度的提升会显著的下降，导致太阳能电池板的工作效率下降，太阳能无法得到充分的利用，现有技术中多采用水冷降温，或采用散热性好的材料做背板，从而有利于散热工作的进行，这就导致太阳能电池板工作过程中产生的热量会被浪费掉，另外，现有技术中，在太阳能电池板所连接蓄电池充电完毕后，太阳能电池板后续转化的电量无法得到利用，从而造成能源的浪费，为了解决上述问题，提升太阳能电池板的工作效率，并对太阳能电池板工作过程中所产生的能量进行充分的利用，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单供暖型太阳能光伏光热系统，解决现有技术中太阳能电池板工作过程中所产生的能量无法得到充分利用的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种单供暖型太阳能光伏光热系统，包括光伏光热组件，光伏光热组件依次连接有空气能热泵、换热器与膨胀阀，所述换热器还依次串联有截止阀、循环水泵、供暖设备与缓冲水箱；

所述光伏光热组件包括由上至下依次设置的光伏发电结构、换热结构与电加热结构；

所述光伏发电结构包括由上至下依次设置的透光玻璃、上层封装材料、太阳能电池与下层封装材料，所述换热结构包括上层导热板、下层导热板以及设置在上层导热板与下层导热板之间的吹胀式蒸发板；

所述电加热结构包括背板结构，背板结构朝向换热结构的一面上铺设有电加热管。

作为本发明的进一步方案，所述上层导热板与下层导热板朝向吹胀式蒸发板的一面上均对应吹胀式蒸发板的表面纹路设置有凹槽与凸起结构，吹胀式蒸发板与上层导热板以及下层导热板紧密贴合。

作为本发明的进一步方案，上层导热板以及下层导热板与吹胀式蒸发板相背的一面设置为平面结构。

作为本发明的进一步方案，所述上层导热板与下层导热板均采用高导热工程橡胶材料制成。

作为本发明的进一步方案，所述背板结构上对应电加热管的铺设位置设置有凹槽。

作为本发明的进一步方案，光伏发电结构通过接线盒连接有蓄电池，蓄电池与空气能热泵电连接，空气能热泵还与交流电网电连接。

作为本发明的进一步方案，光伏光热组件的工作方法为：

S1、对蓄电池的蓄电量以及光照强度进行监控，获取光伏光热组件的光转化效率，获取未来t时间的天气预报信息，根据天气预报信息获取预测的未来t时间内蓄电池内能存储的电量W；

S2、在蓄电池的蓄电量未达到预设值α％，且处于蓄电池供电状态时，保持通过蓄电池供电空气能热泵的状态，若W≥W1+w成立，则通过蓄电池同时为电加热管供电；

其中w为预设值；

W1为空气能热泵在未来t时间内预测的耗电量。

作为本发明的进一步方案，在蓄电池中电量降低至预设值α1％，且预测的未来t时间内光伏光热组件的发电量W小于空气能热泵的耗电量W1时，通过交流电网供电驱动空气能热泵工作；

在蓄电池中电量降低至预设值α1％，且预测的未来t时间内光伏光热组件的发电量W大于空气能热泵的耗电量W1时，继续通过蓄电池供电驱动空气能热泵工作；

当蓄电池中的电量存储至预设值α2％时，若W＜W2成立，则保持通过交流电网供电驱动空气能热泵工作，若W≥W2成立，则采用蓄电池供电驱动空气能热泵工作，从而避免蓄电池与交流电网切换频繁；

在蓄电池中电量降低至预设值α3％时，则直接切换至交流电网供电驱动空气能热泵工作；

其中α2＞α1＞α3成立，且W2为预设值。

作为本发明的进一步方案，在温度低于预设值时，同时供电给电加热管以及空气能热泵。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过设置光伏光热组件，一方面将光能转化为电能进行收集和利用，另一方面将太阳能电池板工作过程中产生的热量进行收集，通过两者的配合对供暖系统提供能量，在保证太阳能电池高效率工作的同时，降低了供暖能耗，提升了清洁能源的利用效率；

(2)本发明所述的光伏光热结构包括依次设置的光伏发电结构、换热结构与电加热结构，其中换热结构与电加热结构起到太阳能电池板背板的效果，降低了结构的复杂程度，另外换热结构的设计能够提升用于换热的吹胀式蒸发板与热源之间的接触面积，提升热交换效果；

(3)本发明通过对光伏光热组件的工作逻辑进行设定，在光照充足、发电量充足的条件下，通过蓄电池为空气能热泵供电工作的同时，通过蓄电池为电加热结构进行供电，与换热结构中的吹胀式蒸发器进行换热，从而提升进入空气能热泵中的冷媒的温度，在空气能热泵恒功率工作时，能够有效提升加热效率，进而提升供暖设备的供暖效率；另外这种方法，能够充分利用太阳能电池板所转换得到的电量，在保证蓄电池有着良好的蓄电量的同时，提升换热结构的工作效率与工作效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种单供暖型太阳能光伏光热系统的结构示意图；

图2是本发明光伏光热组件的简易结构示意图；

图3是本发明光伏光热组件的局部结构示意图。

图中：1、光伏发电结构；2、换热结构；3、电加热结构；4、框架；11、透光玻璃；12、上层封装材料；13、太阳能电池；14、下层封装材料；21、上层导热板；22、下层导热板；23、吹胀式蒸发板；31、背板结构；32、电加热管；51、光伏光热组件；52、空气能热泵；53、膨胀阀；54、换热器；55、截止阀；56、循环水泵；57、供暖设备；58、缓冲水箱。

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。

一种单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51，光伏光热组件51依次连接有空气能热泵52、换热器54与膨胀阀53，通过光伏光热组件51与空气能热泵52加热冷媒，冷媒加热升温后通过换热器54换热后降温，降温后的冷媒再次进入光伏光热组件51与空气能热泵52进行加热升温；

所述换热器54还依次串联有截止阀55、循环水泵56、供暖设备57与缓冲水箱58，其中循环水泵56用于为供暖水的流动提供动力，供暖设备57用于与外界环境换热，起到供暖的效果；

如图2至图3所示，所述光伏光热组件51包括由上至下依次设置的光伏发电结构1、换热结构2与电加热结构3，光伏发电结构1、换热结构2与电加热结构3通过框架4固定紧贴在一起；

所述光伏发电结构1包括由上至下依次设置的透光玻璃11、上层封装材料12、太阳能电池13与下层封装材料14，光伏发电结构1通过接线盒连接有蓄电池，通过光伏发电结构1将光能转化为电能后存储在蓄电池中，蓄电池与空气能热泵52电连接，空气能热泵52还与交流电网电连接；

所述换热结构2包括上层导热板21、下层导热板22以及设置在上层导热板21与下层导热板22之间的吹胀式蒸发板23，所述上层导热板21与下层导热板22朝向吹胀式蒸发板23的一面上均对应吹胀式蒸发板23的表面纹路设置有凹槽与凸起结构，使吹胀式蒸发板23与上层导热板21以及下层导热板22紧密贴合，从而提升接触面积，有利于换热的进行，并对吹胀式蒸发板23起到良好的保护效果，上层导热板21以及下层导热板22与吹胀式蒸发板23相背的一面设置为平面结构，从而有利于换热结构2与光伏发电结构1以及电加热结构3之间接触面积的提升，同样有利于换热工作的高效进行；

所述上层导热板21与下层导热板22均采用具有良好导热效果的橡胶材料制成，一方面保证具有良好的导热效果，另一方面能够对吹胀式蒸发板23起到良好的保护效果，避免吹胀式蒸发板23受压变形，影响换热工作的正常进行；

光伏光热组件51依次连接空气能热泵52、换热器54与膨胀阀53是通过其中的吹胀式蒸发板23与空气能热泵52、换热器54以及膨胀阀53进行连接；

所述电加热结构3包括背板结构31，背板结构31朝向换热结构2的一面上铺设有电加热管32，电加热管32与蓄电池电连接；

所述背板结构31上对应电加热管32的铺设位置设置有凹槽，使背板结构31能够与下层导热板22紧密的贴合，节省空间；

在本发明的一个实施例中，所述电加热管32采用红外线加热管，能够避免电加热管32温度过高导致背板结构31以及换热结构2中的橡胶材料变形；

所述背板结构31采用硬质的耐候隔热材料制成，起到支撑效果，并减少热量损失，提升能量的利用效率。

上述的光伏光热组件51的工作原理为：

通过光伏发电结构1将光能直接转化为电能存储至蓄电池中，但是由于太阳能电池13在工作时，其背面的温度能够高出环境温度20摄氏度以上，当太阳能电池13的温度过高时，会直接影响其光转化效率；本发明通过在光伏发电结构1的背面设置换热结构2，通过换热结构2与光伏发电结构1进行换热，降低太阳能电池13的温度，从而有效提升太阳能电池13的光转化效率，同时换热结构2采集的热能能够有效降低空气能热泵52的能耗，对清洁能源实现充分的利用；

上述的光伏光热组件51的工作逻辑为：

S1、对蓄电池的蓄电量以及光照强度进行监控，获取光伏光热组件51的光转化效率，获取未来t时间的天气预报信息，根据天气预报信息获取预测的未来t时间内蓄电池内能存储的电量W；

S2、在蓄电池中电量降低至预设值α1％，且预测的未来t时间内光伏光热组件51的发电量W小于空气能热泵52的耗电量W1时，通过交流电网供电驱动空气能热泵52工作；

在蓄电池中电量降低至预设值α1％，且预测的未来t时间内光伏光热组件51的发电量W大于空气能热泵52的耗电量W1时，继续通过蓄电池供电驱动空气能热泵52工作；

当蓄电池中的电量存储至预设值α2％时，若W＜W2成立，则保持通过交流电网供电驱动空气能热泵52工作，若W≥W2成立，则采用蓄电池供电驱动空气能热泵52工作，从而避免蓄电池与交流电网切换频繁；

在蓄电池中电量降低至预设值α3％时，则直接切换至交流电网供电驱动空气能热泵52工作；

其中α2＞α1＞α3成立，且W2为预设值；

W1为空气能热泵52在未来t时间内预测的耗电量，其根据空气能热泵52的功率以及时间来计算；

S3、在蓄电池的蓄电量未达到预设值α％，且处于蓄电池供电状态时，保持通过蓄电池供电空气能热泵52的状态，若W≥W1+w成立，则通过蓄电池同时为电加热管32供电，提升对供暖水的加热效率与温度，使供暖水中温度的利用更加灵活；

其中w为预设值；

在太阳能光照充足时，通过将部分电能转化为电加热管32的工作热量，提升进入空气能热泵52的冷媒温度，提升空气能热泵52的加热效率，从而提升对供暖水的加热效率，从而提升供暖设备57的供暖效率；

S4、在低温环境中，通过同时供电给电加热管32以及空气能热泵52，能够有效提升对供暖水的升温加热效率，有利于单供暖型太阳能光伏光热结构在启动时对供暖水的加热效率，提升升温速率，且无需长距离牵线，直接通过太阳能电池13发电后存储在蓄电池中，并通过蓄电池为电加热管32进行供电，铺设简单，铺设成本低。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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 (5)

1.单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，光伏光热组件依次连接有空气能热泵、换热器与膨胀阀，所述换热器还依次串联有截止阀、循环水泵、供暖设备与缓冲水箱；

所述光伏光热组件包括由上至下依次设置的光伏发电结构、换热结构与电加热结构；

所述光伏发电结构包括由上至下依次设置的透光玻璃、上层封装材料、太阳能电池与下层封装材料，所述换热结构包括上层导热板、下层导热板以及设置在上层导热板与下层导热板之间的吹胀式蒸发板；

所述电加热结构包括背板结构，背板结构朝向换热结构的一面上铺设有电加热管；

光伏发电结构通过接线盒连接有蓄电池，蓄电池与空气能热泵电连接，空气能热泵还与交流电网电连接；

所述光伏光热组件的工作方法为：

S1、对蓄电池的蓄电量以及光照强度进行监控，获取光伏光热组件的光转化效率，获取未来t时间的天气预报信息，根据天气预报信息获取预测的未来t时间内蓄电池内能存储的电量W；

S2、在蓄电池的蓄电量未达到预设值α%，且处于蓄电池供电状态时，保持通过蓄电池供电空气能热泵的状态，若W≥W1+w成立，则通过蓄电池同时为电加热管供电；

其中w为预设值；

W1为空气能热泵在未来t时间内预测的耗电量；

在蓄电池中电量降低至预设值α1%，且预测的未来t时间内光伏光热组件的发电量W小于空气能热泵的耗电量W1时，通过交流电网供电驱动空气能热泵工作；

在蓄电池中电量降低至预设值α1%，且预测的未来t时间内光伏光热组件的发电量W大于空气能热泵的耗电量W1时，继续通过蓄电池供电驱动空气能热泵工作；

当蓄电池中的电量存储至预设值α2%时，若W＜W2成立，则保持通过交流电网供电驱动空气能热泵工作，若W≥W2成立，则采用蓄电池供电驱动空气能热泵工作，从而避免蓄电池与交流电网切换频繁；

在蓄电池中电量降低至预设值α3%时，则直接切换至交流电网供电驱动空气能热泵工作；

其中α2＞α1＞α3成立，且W2为预设值；

在温度低于预设值时，同时供电给电加热管以及空气能热泵。

2.根据权利要求1所述的单供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，所述上层导热板与下层导热板朝向吹胀式蒸发板的一面上均对应吹胀式蒸发板的表面纹路设置有凹槽与凸起结构，吹胀式蒸发板与上层导热板以及下层导热板紧密贴合。

3.根据权利要求2所述的单供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，上层导热板以及下层导热板与吹胀式蒸发板相背的一面设置为平面结构。

4.根据权利要求3所述的单供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，所述上层导热板与下层导热板均采用高导热工程橡胶材料制成。

5.根据权利要求4所述的单供暖型太阳能光伏光热系统，其特征在于，所述背板结构上对应电加热管的铺设位置设置有凹槽。