CN116447639A - 一种光伏光热联供系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏光热一体化利用技术领域，尤其是指一种光伏光热联供系统及控制方法。本发明所述的光伏光热联供系统，采用光伏组件和平板集热器，就地取用太阳能，不借助于外界电网和热网的供应，并通过储能装置将相应的电、热资源储存起来，保证能量的连续供应，解决偏远地区居民用户用电用热困难的问题。

Description

一种光伏光热联供系统及控制方法

技术领域

本发明涉及光伏光热一体化利用技术领域，尤其是指一种光伏光热联供系统及控制方法。

背景技术

我国偏远地区居民用户，由于受到电网和热网延伸困难的影响，无法保证电力和热力稳定供应，给日常生活和工作带来不便，因此，如何提供一种离网型的电热综合供应系统为目前待解决的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中受电网和热网延伸困难影响导致电力和热力无法稳定供应的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏光热联供系统，包括：

光伏子系统，所述光伏子系统包括：

光伏组件，用于将光能转换为电能；

储电系统，所述储电系统的输入端与所述光伏组件连接，所述储电系统的输出端与用电负载连接，用于存储电能并将电能输出至所述用电负载；

光热子系统，所述光热子系统包括：

平板集热器，用于将光能转换为热能；

储热系统，所述储热系统的储热端通过集热循环管道与所述平板集热器连接，所述储热系统的放热端与热力负荷连接，用于存储热能并将热能输出至所述热力负荷。

优选地，所述储电系统包括：

光储一体机，所述光储一体机的输入端与所述光伏组件连接，所述光储一体机的输出端与所述用电负载连接，用于实现直流电和交流电的转换；

蓄电池，与所述光储一体机连接，用于存储电能。

优选地，所述光伏子系统还包括：

汇流箱，所述汇流箱的进线端与所述光伏组件连接，所述汇流箱的出线端与所述储电系统连接，用于汇集电流；

配电箱，所述配电箱的进线端与所述储电系统连接，所述配电箱的出线端通过插座与所述用电负载连接，用于分配电能。

优选地，所述光热子系统还包括：

板式换热器，用于防冻液与水的热量交换，所述板式换热器的高温侧输入端口通过集热循环管道与所述平板集热器出口侧连接，所述板式换热器的高温侧输出端口通过集热循环管道和所述平板集热器入口侧连接，所述板式换热器的低温侧输出端口通过换热循环管道与所述储热系统储热输入端连接，所述板式换热器的低温侧输入端口通过换热循环管道与所述储热系统储热输出端连接，所述集热循环管道上设有膨胀箱和集热循环泵，所述换热循环管道上设有换热循环泵；

补液箱，通过补液泵与集热循环管道连接，用于给所述集热循环管道内补充防冻液。

优选地，所述储热系统包括：

蓄热水箱，与采暖循环管道和生活用水循环管道连接，所述蓄热水箱内置盘管，用于实现所述采暖循环管道和所述生活用水循环管道的物理隔离。

优选地，所述储热系统还包括：

电加热器，与所述蓄热水箱连接，用于加热蓄热水箱内的液体。

优选地，所述储热系统还包括：

电磁阀，设置于与所述蓄热水箱连接的冷水管道上。

优选地，所述采暖循环管道、所述生活用水循环管道、所述冷水管道和换热循环管道上均设有伴热带。

优选地，所述光热子系统还包括：

第一温度传感器，设置于所述平板集热器出口侧；

第二温度传感器，设置于所述蓄热水箱内；

第三温度传感器，设置于所述采暖循环管道上；

第四温度传感器，设置于所述生活用水循环管道上；

第五温度传感器，设置于所述板式换热器低温侧输出端口上；

压力传感器，设置于集热循环管道上；

水位传感器，设置于所述蓄热水箱内。

本发明还提供了一种上述的光伏光热联供系统控制方法，包括：

当光伏组件发电功率大于用电负载和蓄电池充电功率之和时，利用光储一体机限制所述光伏组件发电功率为用电负载和蓄电池充电功率之和；

当光伏组件发电功率小于用电负载时，利用所述光伏组件和蓄电池共同为所述用电负载供电；

当光伏组件发电功率为0时，利用所述蓄电池为所述用电负载供电；

当平板集热器出口侧温度和蓄热水箱内温度之差不小于第一温度阈值时，同时启动集热循环泵和换热循环泵，当平板集热器出口侧温度和蓄热水箱内温度之差不大于第二温度阈值时，同时停止所述集热循环泵和所述换热循环泵；

当集热循环管道内压力低于第一压力阈值时，启动补液泵，直至所述集热循环管道内压力达到第二压力阈值时，停止所述补液泵；

当蓄热水箱内水位低于第一水位阈值时，打开电磁阀，直至所述蓄热水箱内水位达到第二水位阈值时，关闭所述电磁阀；

当蓄热水箱内温度低于第三温度阈值时，启动电加热器，直至所述蓄热水箱内温度达到第四温度阈值时，关闭所述电加热器；

在设定时间段内，当所述蓄热水箱温度不小于第五温度阈值且蓄热水箱内水位不小于第三水位阈值时，启动采暖循环泵，并在第一预设时长后关闭；

当采暖循环管道温度不大于第六温度阈值时，启动所述采暖循环泵，直至所述采暖循环管道温度不小于第七温度阈值时，关闭所述采暖循环泵；

在设定时间段内，当生活用水循环管道温度不大于第八温度阈值时，启动生活用水循环泵，并在第二预设时长后关闭；

当换热循环管道温度不大于第九温度阈值时，启动换热循环泵，直至所述换热循环管道温度不小于第十温度阈值时，关闭所述换热循环泵；

当所述采暖循环管道温度、所述生活用水循环管道温度、所述换热循环管道温度和冷水管道温度低于第十一温度阈值时，启动伴热带，直至温度达到第十二温度阈值时，关闭所述伴热带。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的光伏光热联供系统，采用光伏组件和平板集热器，就地取用太阳能，不借助于外界电网和热网的供应，并通过储能装置将相应的电、热资源储存起来，保证能量的连续供应，解决偏远地区居民用户用电用热困难的问题。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明所提供的一种光伏光热联供系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种光伏光热联供系统结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种光伏光热联供系统及控制方法，不受电网和热网的限制，解决了偏远地区居民用户用电用热困难的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种光伏光热联供系统的结构示意图；具体如下：

光伏子系统，包括：

光伏组件，用于将光能转换为电能；

储电系统，其输入端与所述光伏组件连接，输出端与用电负载连接，用于存储电能并将电能输出至所述用电负载；

光热子系统，包括：

平板集热器，用于将光能转换为热能；

储热系统，其储热端通过集热循环管道与所述平板集热器连接，放热端与热力负荷连接，用于存储热能并将热能输出至所述热力负荷，热力负荷主要分成两类，一种用于生活用水，如洗澡；另一种用于房间采暖。

本发明所述的光伏光热联供系统，采用光伏组件和平板集热器，就地取用太阳能，不借助于外界电网和热网的供应，并通过储能装置将相应的电、热资源储存起来，保证能量的连续供应，解决偏远地区居民用户用电用热困难的问题。

基于以上实施例，所述储电系统包括：

光储一体机，其输入端与所述光伏组件连接，输出端与所述用电负载连接，用于实现直流电和交流电的转换；

蓄电池，与所述光储一体机连接，用于存储电能，在一种实施例中，所述蓄电池为锂电池。

基于以上实施例，所述光伏子系统还包括：

汇流箱，其进线端与多个并联的光伏组串(光伏组串由多个串联的光伏组件组成)连接，出线端与所述储电系统连接，用于汇集电流；

配电箱，其进线端与所述储电系统连接，出线端通过插座与所述用电负载连接，用于分配电能；所述配电箱包括并离网开关和电表，所述并离网开关和储电系统输出端连接，和用电负载输入端连接，通过电表和电网连接。

基于以上实施例，所述光热子系统还包括：

板式换热器，用于防冻液与水的热量交换，其高温侧输入端口通过集热循环管道与所述平板集热器出口侧连接，高温侧输出端口通过集热循环管道和所述平板集热器入口侧连接，低温侧输出端口通过换热循环管道与所述储热系统储热输入端连接，低温侧输入端口通过换热循环管道与所述储热系统储热输出端连接，所述集热循环管道上设有膨胀箱和集热循环泵，所述换热循环管道上设有换热循环泵；

补液箱，通过补液泵与集热循环管道连接，用于给所述集热循环管道内补充防冻液。

基于以上实施例，所述储热系统还包括：

蓄热水箱，与采暖循环管道和生活用水循环管道连接，所述蓄热水箱内置盘管，用于实现所述采暖循环管道和所述生活用水循环管道的物理隔离；所述蓄热水箱内壁还设置有保温材料；

电加热器，与所述蓄热水箱连接，用于加热蓄热水箱内的液体。

电磁阀，设置于与所述蓄热水箱连接的冷水管道上。

基于以上实施例，所述采暖循环管道、所述生活用水循环管道、所述冷水管道和换热循环管道上均设有伴热带；所述采暖循环管道上设有采暖循环泵，所述采暖循环管道与风机盘管(在一种实施例中，风机盘管数量为6)连接，所述风机盘管与配电箱出线端连接；所述生活用水循环管道上设有生活用水循环泵和膨胀箱。

基于以上实施例，所述光热子系统还包括：

第一温度传感器，设置于所述平板集热器出口侧；

第二温度传感器，设置于所述蓄热水箱内；

第三温度传感器，设置于所述采暖循环管道上；

第四温度传感器，设置于所述生活用水循环管道上；

第五温度传感器，设置于所述板式换热器低温侧输出端口上；

压力传感器，设置于集热循环管道上，在一种实施例中，设置为集成于补液泵上的压力开关，与补液泵实现联控；

水位传感器，设置于所述蓄热水箱内。

本发明还提供了一种光伏光热联供系统测控系统，由信号采集单元、主控单元和上位机软件单元构成。信号采集单元负责传感器信号的采集，传感器包括热电阻、压力表、流量计等；主控单元负责整个测试单元的控制，所有采集到的信号最终都汇总到可编程控制器PLC中进行显示、存储和处理；上位机软件单元实现对采集到的数据进行分析处理以及对下位机命令的操作控制。测控系统通过触摸控制屏实现良好的人机交互界面，可实时采集、显示并保存系统中关键的电力和热力参数，形成历史数据库，远程自动控制系统关键设备的启停。

对于测控系统，光伏子系统中的光储一体机由于自带以太网、RS485等通信接口，因此测控系统只需具备相应的通信接口，基于通讯协议，即可获取电流、电压、功率、发电量、设备状态等电力数据。对于热力环节，测控系统通过布置在管路中的温度传感器、压力传感器，并通过接触器、继电器实现对热力环节的数据采集和控制。

光伏和光热子系统通过统一的测控系统实现数据采集和控制，自动匹配电负荷和热负荷变化，保证系统的使用效果；该测控系统对应的控制方法包括：

光伏优先工作在MPPT状态，优先给负载供电，多余能量存储于储能电池内；

当光伏组件发电功率大于用电负载和蓄电池充电功率之和时，利用光储一体机限制所述光伏组件发电功率，使其满足光伏组件发电功率＝用电负载+蓄电池充电功率；

当光伏组件发电功率小于用电负载时，功率缺口由储能电池补充，利用所述光伏组件和蓄电池共同为所述用电负载供电；

当遇到阴雨天气无光伏功率时，光伏组件发电功率为0时，利用所述蓄电池为所述用电负载供电；

集热循环：当平板集热器出口侧温度T1和蓄热水箱内温度T2之差不小于第一温度阈值(该温差可以通过触摸屏进行设定，在一种实施例中，为8℃)时，同时启动集热循环泵A和换热循环泵E，当平板集热器出口侧温度和蓄热水箱内温度之差不大于第二温度阈值(该温差可以通过触摸屏进行设定，在一种实施例中，为2℃)时，同时停止所述集热循环泵和所述换热循环泵；

补液过程：当集热循环管道内压力低于第一压力阈值(在一种实施例中，为0.1MPa，可调)时，启动补液泵，直至所述集热循环管道内压力达到第二压力阈值(在一种实施例中，为0.15MPa，可调)时，停止所述补液泵B；

电磁阀：当蓄热水箱内水位低于第一水位阈值(可通过触摸屏自行设定，例如40％或60％)时，打开电磁阀，直至所述蓄热水箱内水位达到第二水位阈值(满水位)时，关闭所述电磁阀；

电加热：在设定用热时间段(可以定时控制)前，当蓄热水箱内温度低于第三温度阈值(在一种实施例中，为45℃)时，启动电加热器，直至所述蓄热水箱内温度达到第四温度阈值(在一种实施例中，为50℃或者60℃)时，关闭所述电加热器；

采暖循环：在设定时间段内(每天可设置6个时间段)，当所述蓄热水箱温度不小于第五温度阈值(在一种实施例中，为40℃)且蓄热水箱内水位不小于第三水位阈值(在一种实施例中，为1L)时，启动采暖循环泵C，并在第一预设时长后关闭(模式可选：①水泵一直转②水泵转20分钟，停止5-10分钟)；

当采暖循环管道温度T3不大于第六温度阈值在一种实施例中，为8℃)时，启动所述采暖循环泵，直至所述采暖循环管道温度不小于第七温度阈值(在一种实施例中，为13℃)时，关闭所述采暖循环泵(此时需满足T2＞T3，且水箱水位L≥1)；

在设定时间段内，当生活用水循环管道温度T4不大于第八温度阈值(在一种实施例中，为20℃)时，启动生活用水循环泵D，并在第二预设时长后关闭(在一种实施例中，循环泵D循环2分钟后停止)；

当换热循环管道温度T5不大于第九温度阈值(在一种实施例中，为8℃)时，启动换热循环泵，直至所述换热循环管道温度不小于第十温度阈值(在一种实施例中，为13℃)时，关闭所述换热循环泵E(此时需满足T2＞T5，且水箱水位L≥1)；

当所述采暖循环管道温度T3、所述生活用水循环管道温度T4、所述换热循环管道温度T5和冷水管道温度T6低于第十一温度阈值(在一种实施例中，为5℃)时，启动伴热带，直至温度达到第十二温度阈值(在一种实施例中，为10℃)时，关闭所述伴热带。

如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种光伏光热联供系统结构示意图。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种光伏光热联供系统，其特征在于，包括：

光伏子系统，所述光伏子系统包括：

光伏组件，用于将光能转换为电能；

储电系统，所述储电系统的输入端与所述光伏组件连接，所述储电系统的输出端与用电负载连接，用于存储电能并将电能输出至所述用电负载；光热子系统，所述光热子系统包括：

平板集热器，用于将光能转换为热能；

储热系统，所述储热系统的储热端通过集热循环管道与所述平板集热器连接，所述储热系统的放热端与热力负荷连接，用于存储热能并将热能输出至所述热力负荷。

2.根据权利要求1所述的光伏光热联供系统，其特征在于，所述储电系统包括：

光储一体机，所述光储一体机的输入端与所述光伏组件连接，所述光储一体机的输出端与所述用电负载连接，用于实现直流电和交流电的转换；

蓄电池，与所述光储一体机连接，用于存储电能。

3.根据权利要求1所述的光伏光热联供系统，其特征在于，所述光伏子系统还包括：

汇流箱，所述汇流箱的进线端与所述光伏组件连接，所述汇流箱的出线端与所述储电系统连接，用于汇集电流；

配电箱，所述配电箱的进线端与所述储电系统连接，所述配电箱的出线端通过插座与所述用电负载连接，用于分配电能。

4.根据权利要求1所述的光伏光热联供系统，其特征在于，所述光热子系统还包括：

板式换热器，用于防冻液与水的热量交换，所述板式换热器的高温侧输入端口通过集热循环管道与所述平板集热器出口侧连接，所述板式换热器的高温侧输出端口通过集热循环管道和所述平板集热器入口侧连接，所述板式换热器的低温侧输出端口通过换热循环管道与所述储热系统储热输入端连接，所述板式换热器的低温侧输入端口通过换热循环管道与所述储热系统储热输出端连接，所述集热循环管道上设有膨胀箱和集热循环泵，所述换热循环管道上设有换热循环泵；

补液箱，通过补液泵与集热循环管道连接，用于给所述集热循环管道内补充防冻液。

5.根据权利要求4所述的光伏光热联供系统，其特征在于，所述储热系统包括：

蓄热水箱，与采暖循环管道和生活用水循环管道连接，所述蓄热水箱内置盘管，用于实现所述采暖循环管道和所述生活用水循环管道的物理隔离。

6.根据权利要求5所述的光伏光热联供系统，其特征在于，所述储热系统还包括：

电加热器，与所述蓄热水箱连接，用于加热蓄热水箱内的液体。

7.根据权利要求5所述的光伏光热联供系统，其特征在于，所述储热系统还包括：

电磁阀，设置于与所述蓄热水箱连接的冷水管道上。

8.根据权利要求7所述的光伏光热联供系统，其特征在于，所述采暖循环管道、所述生活用水循环管道、所述冷水管道和换热循环管道上均设有伴热带。

9.根据权利要求5所述的光伏光热联供系统，其特征在于，所述光热子系统还包括：

第一温度传感器，设置于所述平板集热器出口侧；

第二温度传感器，设置于所述蓄热水箱内；

第三温度传感器，设置于所述采暖循环管道上；

第四温度传感器，设置于所述生活用水循环管道上；

第五温度传感器，设置于所述板式换热器低温侧输出端口上；

压力传感器，设置于集热循环管道上；

水位传感器，设置于所述蓄热水箱内。

10.一种权利要求1-9任一项所述的光伏光热联供系统控制方法，其特征在于，包括：

当光伏组件发电功率大于用电负载和蓄电池充电功率之和时，利用光储一体机限制所述光伏组件发电功率为用电负载和蓄电池充电功率之和；

当光伏组件发电功率小于用电负载时，利用所述光伏组件和蓄电池共同为所述用电负载供电；

当光伏组件发电功率为0时，利用所述蓄电池为所述用电负载供电；

当平板集热器出口侧温度和蓄热水箱内温度之差不小于第一温度阈值时，同时启动集热循环泵和换热循环泵，当平板集热器出口侧温度和蓄热水箱内温度之差不大于第二温度阈值时，同时停止所述集热循环泵和所述换热循环泵；

当集热循环管道内压力低于第一压力阈值时，启动补液泵，直至所述集热循环管道内压力达到第二压力阈值时，停止所述补液泵；

当蓄热水箱内水位低于第一水位阈值时，打开电磁阀，直至所述蓄热水箱内水位达到第二水位阈值时，关闭所述电磁阀；

当蓄热水箱内温度低于第三温度阈值时，启动电加热器，直至所述蓄热水箱内温度达到第四温度阈值时，关闭所述电加热器；

在设定时间段内，当所述蓄热水箱温度不小于第五温度阈值且蓄热水箱内水位不小于第三水位阈值时，启动采暖循环泵，并在第一预设时长后关闭；

当采暖循环管道温度不大于第六温度阈值时，启动所述采暖循环泵，直至所述采暖循环管道温度不小于第七温度阈值时，关闭所述采暖循环泵；

在设定时间段内，当生活用水循环管道温度不大于第八温度阈值时，启动生活用水循环泵，并在第二预设时长后关闭；

当换热循环管道温度不大于第九温度阈值时，启动换热循环泵，直至所述换热循环管道温度不小于第十温度阈值时，关闭所述换热循环泵；

当所述采暖循环管道温度、所述生活用水循环管道温度、所述换热循环管道温度和冷水管道温度低于第十一温度阈值时，启动伴热带，直至温度达到第十二温度阈值时，关闭所述伴热带。