CN116447640A - 一种太阳能热电联供生活房系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能热电联供生活房系统及其运行方法，该系统包括电力供应系统和热力供应系统，电力供应系统包括上下游依次设置的光伏组件、汇流箱和光储一体机，光储一体机的输出端分别连接蓄电池和配电箱，配电箱的输出端连接用电负载；热力供应系统包括集热循环通路、水源管路和供暖管路，集热循环通路上沿集热工质流动方向依次设置集热器、蓄热箱和集热泵，水源管路与集热箱换热连接。本发明以太阳能作为动力源，不借助外部电网和热网供应，通过光伏组件和集热器，实现了光伏光热的同步转换，配合蓄电系统和储热装置，保证了生活房系统的热电联供。

Description

一种太阳能热电联供生活房系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种太阳能热电联供生活房系统及其运行方法。

背景技术

我国偏远地区居民、边境驻防部队、光伏场站运维人员由于所处地理位置偏僻，电网和热网的延伸接入受到影响，存在电力和热力断供的风险，尤其我国西部偏远地区长期处于低温严寒的环境条件，进一步影响了起居质量，给生活、运维工作、国防建设造成不良影响。因此，有必要提供一种不借助外部电网和热网供应，能够实现电力和热力供应的系统，以保证电热的不间断供应。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种太阳能热电联供生活房系统及其运行方法。

一方面，本发明提出了一种太阳能热电联供生活房系统，包括：

电力供应系统，所述电力供应系统包括上下游依次设置的光伏组件、汇流箱和光储一体机，所述光储一体机的输出端分别连接蓄电池和配电箱，所述配电箱的输出端连接用电负载；

热力供应系统，所述热力供应系统包括集热循环通路、水源管路和供暖管路，所述集热循环通路上沿集热工质流动方向依次设置集热器、蓄热箱和集热泵，所述水源管路与所述集热箱换热连接。

在一些实施例中，所述光储一体机集成有DC/DC变换器模块和DC/AC变换器模块。

在一些实施例中，当所述光伏组件的输出电量大于用电负荷时，多余电量存储至所述蓄电池，当用电负荷较大时，所述光伏组件和所述蓄电池同时进行电力供应。

在一些实施例中，所述集热器的出口端设置第一温度计，所述蓄热箱内设置第二温度计，当所述第一温度计与所述第二温度计的差值大于设定阈值时，开启所述集热泵；当所述第一温度计与所述第二温度计的差值小于设定阈值时，关闭所述集热泵。

在一些实施例中，所述蓄热箱内部设置盘管，所述盘管的出口管线上设置阀门，所述盘管的入口管线上设置给水泵，所述给水泵的输入端连接水源。

在一些实施例中，所述蓄热箱与所述集热泵之间的管线上以及所述盘管与所述阀门之间的管线上均设置膨胀箱。

在一些实施例中，所述供暖管路上设置供暖泵，所述供暖泵的输入端连接所述蓄热箱，所述供暖泵的输出端连接供暖地管，所述蓄热箱中的集热工质经所述供暖泵增压后流经所述供暖地管后流回所述蓄热箱。

在一些实施例中，所述光伏组件为全片、半片、叠瓦或矩阵叠片组件中的一种。

在一些实施例中，所述集热工质为防冻液或硅油。

另一方面，本发明提出了一种太阳能热电联供生活房系统的运行方法，包括以下步骤：

光伏组件通过汇流箱将其输出的直流电输入光储一体机，所述光储一体机通过DC/DC变换器调整电压和电流完成蓄电池的充电过程，所述光储一体机通过DC/AC变换器实现交流电能的输出；

集热工质在集热器中被加热后存储至蓄热箱，水流流经盘管与蓄热箱中的集热工质换热后提供热水，集热工质经供暖泵增压后流经供暖地管供暖。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明的太阳能热电联供生活房系统以太阳能作为动力源，不借助外部电网和热网供应，通过光伏组件和集热器，实现了光伏光热的同步转换，配合蓄电系统和储热装置，保证了生活房系统的不间断热电联供。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明电力供应系统示意图；

图2为本发明热力供应系统示意图；

图3为本发明一实施例的生活房结构示意图；

附图标记说明：

光伏组件1、汇流箱2、光储一体机3、配电箱4、蓄电池5、集热器6、蓄热箱7、集热泵8、第一温度计9、第二温度计10、第一膨胀箱11、第二膨胀箱12、给水泵13、阀门14、盘管15、供暖泵16、供暖地管17、下层区域18、上层区域19、玻璃20。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的太阳能热电联供生活房系统及其运行方法。

如图1-2所示，本发明的太阳能热电联供生活房系统，包括电力供应系统和热力供应系统，其中，电力供应系统为生活房系统提供所需的电能，热力供应系统为生活房系统提供所需的热能。

电力供应系统包括上下游依次设置的光伏组件1、汇流箱2和光储一体机3，光储一体机3的输出端分别连接蓄电池5和配电箱4，配电箱4的输出端连接用电负载。光储一体机3集成有DC/DC变换器模块和DC/AC变换器模块。当光伏组件1的输出电量大于用电负荷时，多余电量存储至蓄电池5，当用电负荷较大时，光伏组件1和蓄电池5同时进行电力供应。

具体为，光伏组件1为全片、半片、叠瓦或矩阵叠片组件中的一种，在实际应用中可以设置多个光伏组件1，多个光伏组件1串联形成光伏组串，多个光伏组串并联连接至汇流箱2输入端，汇流箱2的输出端连接光储一体机3，光伏组件1产生的直流电经汇流箱2汇流后输入至光储一体机3。光储一体机3集成有DC/DC变换器模块和DC/AC变换器模块，光储一体机3的输出端分别连接蓄电池5和配电箱4，光储一体机3将光伏组件1输出的直流电通过DC/DC变换器，调整电压和电流，转化成蓄电池5所需的输入电性能参数，完成蓄电池5的充电过程；同时，光储一体机3将光伏组件1输出的直流电，通过DC/AC变换器，实现交流电能的输出，光储一体机3通过集成的DC/DC变换器模块和DC/AC变换器模块实现电力变换。配电箱4的输出端连接用电负载，用电负载即为生活房系统内的各用电设备。

光储一体机3内置电力运行策略，根据电力负荷的变化进行电力变换和输送，当光伏组件1的输出电量大于用电负荷时，多余电量存储至蓄电池5；当用电负荷较大时，光伏组件1和蓄电池5同时进行电力供应。可以理解的是，在夜间和阴雨雪天气时，主要由蓄电池5进行电力供应。

热力供应系统包括集热循环通路、水源管路和供暖管路，集热循环通路上沿集热工质流动方向依次设置集热器6、蓄热箱7和集热泵8，水源管路与集热箱换热连接。

具体为，在集热循环通路上沿着集热工质流动方向依次设置集热器6、蓄热箱7和集热泵8，集热器6、蓄热箱7和集热泵8首尾依次连接构成集热循环通路，集热工质在集热器6中吸收太阳能，温度升高后进入蓄热箱7存储，蓄热箱7中的集热工质降温后在集热泵8作用下进入集热器6吸收太阳能。蓄热箱7内部设置盘管15，盘管15的出口管线上设置阀门14，盘管15的入口管线上设置给水泵13，给水泵13的输入端连接水源。水源为地下水，可以通过就地打井取用地下水，地下水在给水泵13作用下进入设置在蓄热箱7中的盘管15，并与集热工质换热。地下水经盘管15的入口端进入盘管15与蓄热箱7中的集热工质换热，在换热过程中，地下水被加热后从盘管15的出口端经设置在盘管15出口管线上的阀门14流出，提供生活用热水，通过阀门14的启闭可以控制热水的启停。盘管15的设置起到物理隔离的目的，避免了水质污染。另外，为了更好地适应寒冷的运行条件，避免工质凝固造成集热故障，集热工质采用冰点温度较低的工质，如防冻液或硅油等。

在一些实施例中，蓄热箱7与集热泵8之间的管线上以及盘管15与阀门14之间的管线上均设置膨胀箱。具体为，在蓄热箱7与集热泵8之间的管线上设置第一膨胀箱11，第一膨胀箱11的设置可以稳定集热循环通路上集热工质流通的压力。在盘管15与阀门14之间的管线上设置第二膨胀箱12，第二膨胀箱12的设置可以稳定水源管路中水流流通的压力。

在一些实施例中，根据集热器6出口端的集热工质的温度与蓄热箱7中集热工质的温度的差值控制集热泵8的启闭。具体为，在集热器6的出口端设置第一温度计9，蓄热箱7内设置第二温度计10，当第一温度计9与第二温度计10的差值大于设定阈值时，说明太阳辐照逐渐增加，集热器6温度升高，越来越高于蓄热箱7温度，因此，启动集热循环开启集热泵8；当第一温度计9与第二温度计10的差值小于设定阈值时，说明太阳辐照逐渐减弱，集热器6温度降低，与蓄热箱7温度越来越接近，因此，关闭集热循环关闭集热泵8。

在一些实施例中，利用控制器控制集热泵8的启闭，具体为，控制器采用温差控制模式，第一温度计9和第二温度计10均与控制器电连接，第一温度计9和第二温度计10将测得的温度数据传输至控制器，控制器根据第一温度计9与第二温度计10的差值大小控制集热泵8的启闭，当第一温度计9与第二温度计10的差值大于设定阈值时，启动集热泵8，当第一温度计9与第二温度计10的差值小于设定阈值时，关闭集热泵8。

供暖管路上设置供暖泵16，供暖泵16的输入端连接蓄热箱7，供暖泵16的输出端连接供暖地管17，蓄热箱7中的集热工质经供暖泵16增压后流经供暖地管17后流回蓄热箱7。具体为，蓄热箱7中的集热工质还用于供暖，在供暖管路上设置供暖泵16和供暖地管17，供暖泵16的输入端连接蓄热箱7，供暖泵16的输出端连接供暖地管17的输入端，供暖地管17的输出端连接蓄热箱7，蓄热箱7中的集热工质在经过供暖泵16增压后流入供暖地管17进行供暖，从供暖地管17的输出端流出的集热工质进入蓄热箱7，构成供暖循环。

太阳能热电联供生活房系统的运行方法，利用太阳能热电联供生活房系统，包括以下步骤：光伏组件1通过汇流箱2将其输出的直流电输入光储一体机3，光储一体机3通过DC/DC变换器调整电压和电流完成蓄电池5的充电过程，光储一体机3通过DC/AC变换器实现交流电能的输出；集热工质在集热器6中被加热后存储至蓄热箱7，水流流经盘管15与蓄热箱7中的集热工质换热后提供热水，集热工质经供暖泵16增压后流经供暖地管17供暖。

具体为，利用电力供应系统和热力供应系统为生活房系统提供电力和热力，光伏组件1利用太阳能产生电能，光伏组件1产生的电能经汇流箱2汇流后输入光储一体机3，光储一体机3将光伏组件1输出的直流电，通过DC/DC变换器，调整电压和电流，转化成蓄电池5所需的输入电性能参数，完成蓄电池5的充电过程；同时，光储一体机3将光伏组件1输出的直流电，通过DC/AC变换器，实现交流电能的输出，当光伏组件1的输出电量大于用电负荷时，多余电量存储至蓄电池5，当用电负荷较大时，光伏组件1和蓄电池5同时进行电力供应。

在热力供应系统中，集热循环通路中的集热工质在集热器6中吸收太阳能被加热后进入蓄热箱7存储，地下水在给水泵13作用下进入盘管15与蓄热箱7中的集热工质换热后成为热水从阀门14流出以提供生活用热水，蓄热箱7中的集热工质经过供暖泵16增压后流入供暖地管17进行供暖，从供暖地管17的输出端流出的集热工质进入蓄热箱7从而构成供暖循环。

将本发明的太阳能热电联供生活房系统应用于生活房中，如图3所示，生活房分为上下两层，下层区域18为生活区，上层区域19为设备区域。生活区分为前后两部分，前部为由玻璃20围成的阳光间，后部为日常起居区域；设备区域分为前后两部分，前部为户外区域，作为光伏组件1和集热器6的放置区，后部为一密闭空间，用于放置电气配套设备和热力配套设备放置。为了更好地保证生活房的保温效果，通过利用玻璃20构建阳光房，同时墙体内含保温材料。生活房户外工质管路安装伴热带，并使用聚乙烯保温材料进行包裹，保证管路不会引发冻裂风险。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种太阳能热电联供生活房系统，其特征在于，包括：

电力供应系统，所述电力供应系统包括上下游依次设置的光伏组件、汇流箱和光储一体机，所述光储一体机的输出端分别连接蓄电池和配电箱，所述配电箱的输出端连接用电负载；

热力供应系统，所述热力供应系统包括集热循环通路、水源管路和供暖管路，所述集热循环通路上沿集热工质流动方向依次设置集热器、蓄热箱和集热泵，所述水源管路与所述集热箱换热连接。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光储一体机集成有DC/DC变换器模块和DC/AC变换器模块。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述光伏组件的输出电量大于用电负荷时，多余电量存储至所述蓄电池，当用电负荷较大时，所述光伏组件和所述蓄电池同时进行电力供应。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述集热器的出口端设置第一温度计，所述蓄热箱内设置第二温度计，当所述第一温度计与所述第二温度计的差值大于设定阈值时，开启所述集热泵；当所述第一温度计与所述第二温度计的差值小于设定阈值时，关闭所述集热泵。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄热箱内部设置盘管，所述盘管的出口管线上设置阀门，所述盘管的入口管线上设置给水泵，所述给水泵的输入端连接水源。

6.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述蓄热箱与所述集热泵之间的管线上以及所述盘管与所述阀门之间的管线上均设置膨胀箱。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供暖管路上设置供暖泵，所述供暖泵的输入端连接所述蓄热箱，所述供暖泵的输出端连接供暖地管，所述蓄热箱中的集热工质经所述供暖泵增压后流经所述供暖地管后流回所述蓄热箱。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏组件为全片、半片、叠瓦或矩阵叠片组件中的一种。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述集热工质为防冻液或硅油。

10.一种太阳能热电联供生活房系统的运行方法，其特征在于，利用如权利要求1-9任一所述的系统，包括以下步骤：

光伏组件通过汇流箱将其输出的直流电输入光储一体机，所述光储一体机通过DC/DC变换器调整电压和电流完成蓄电池的充电过程，所述光储一体机通过DC/AC变换器实现交流电能的输出；

集热工质在集热器中被加热后存储至蓄热箱，水流流经盘管与蓄热箱中的集热工质换热后提供热水，集热工质经供暖泵增压后流经供暖地管供暖。