CN117176069B - 一种太阳能pvt加热泵全直流变频控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可再生能源和能源利用技术领域，且公开了一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器。包括光伏板、支架、调温水管、保温层、冷热交换水箱、热泵模块、水泵，光伏板装配在支架上的框架之中，支架的底部装配有调温水管，调温水管的外围包裹有保温层，使得光伏板的工作温度始终保持相对稳定，从而达到了增加光伏发电效率，增加光热转换的比例，使光伏板始终处于最佳的工作温度了，提高了光伏板的工作效率的效果。冷热交换水箱通过水管与储热水箱相互连接，该储热水箱可以将热水储存起来，然后利用温度差通过温差发电片实现温差发电，达到减少PVT的损耗，增加光伏发电10％效率，充分利用光伏板转换的热能的效果。

Description

一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器

技术领域

本发明涉及可再生能源和能源利用技术领域，具体为一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器。

背景技术

太阳能PVT加热泵全直流变频控制器的历史背景和发展历程可以追溯到能源领域的持续发展和创新。20世纪70年代，太阳能热水器开始在全球范围内得到应用。它们利用太阳能热量将水加热，以满足家庭和商业热水需要。20世纪80年代，热泵技术开始融入太阳能热水器系统中。通过热泵的工作原理，可以将低温的太阳能热量提升至更高的温度，以供暖和制热。随着电子技术的不断进步，直流变频控制器的应用开始在能源系统中得到推广。这种控制器可以通过改变电压和频率来精确控制热泵系统的运行，从而提高系统的效率和性能。PVT(光伏热电联供)技术将太阳能光伏发电和热水器系统相结合，实现了对电力和热能的联合利用。PVT系统中的直流变频控制器可以更好地管理和分配产生的电力和热能，以满足用户的需求。全直流变频控制器的出现：最近几年，随着直流电力技术的快速发展，全直流变频控制器开始在太阳能PVT加热泵系统中应用。这种控制器可以更高效地管理电能的产生、转换和使用，进一步提高系统的整体效率和稳定性。

传统的太阳能PVT加热泵控制器主要靠逆变驱动，逆变指数较大，PVT的损耗较大光伏发电的效率不高，本控制器采用全直流变频驱动，能够减少逆变指数，减少PVT的损耗，增加光伏发电效率。其次传统的加热泵有加热和制冷两种作用，而在平时的使用当中，一般都只使用一种加热或者制冷，这会导致另一种作用被抛弃，导致能量的浪费。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，具备能够减少的逆变指数，减少PVT的损耗，增加光伏发电效率的优点，增加光热转换的比例，充分利用加热泵两种形式的能量，使光伏板始终处于最佳的工作温度了，提高了光伏板的工作效率，解决了传统控制器逆变指数较大，PVT的损耗较大光伏发电的效率不高的问题。

(二)技术方案

为实现上述能够减少逆变指数，减少PVT的损耗，增加光伏发电效率，增加光热转换的比例，充分利用加热泵两种形式的能量，使光伏板始终处于最佳的工作温度了，提高了光伏板的工作效率的目的，本发明提供如下技术方案：一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，包括光伏板、支架、调温水管、保温层、冷热交换水箱、热泵模块、水泵，所述光伏板装配在支架上的框架之中，所述光伏板背面贴附装配有调温水管，所述调温水管为水平S型弯折的管路，所述调温水管使用导热材料制作，所述调温水管的下部包裹有保温层；所述冷热交换水箱设计有上下两个连通的上热水箱和下冷水箱，所述调温水管的底部与冷热交换水箱的下冷水箱连通，所述冷热交换水箱通过水管与储热水箱相互连通，所述支架的顶端装配有暂时储水箱，所述暂时储水箱通过所述水泵和冷热交换水箱连通；所述热泵模块包括压缩机，所述压缩机上接入有连通循环的加热管和制冷管，所述加热管伸入装配在所述冷热交换水箱的上热水箱中，所述制冷管伸入装配在所述冷热交换水箱的下冷水箱中；所述热泵模块内装配有分别连接加热管和制冷管的压缩机、膨胀阀。

优选的，所述调温水管倾斜安装，水管弯折的直线段与水平面呈5°的夹角。

优选的，所述保温层的材料为矿物棉。

优选的，所述冷热交换水箱中间通过隔温板，将冷热交换水箱分隔为下冷水箱和上热水箱，所述隔温板的一侧加工有一排交换孔，所述下冷水箱和上热水箱中分别安装有温度传感器。

优选的，所述隔温板为真空绝热材料。

优选的，所述储热水箱上安装有温差发电片。

优选的，所述冷热交换水箱和储热水箱与补充水管道相互连接，所述补充水管道上安装有阀门。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，具备以下有益效果：

1、该一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，通过调温水管、保温层、暂时储水箱、冷热交换水箱的相互配合使用，在夏季使用时，光伏板的温度过高时，此时暂时储水箱通过水泵连桶下冷水水箱，由下冷水箱向暂时储水箱供应冷水，暂时储水箱冷水便会通过调温水管向下流动，该调温水管与光伏板充分接触，其中的冷水可以吸收光伏板大部分的热量，这些温度较高的水进入冷热交换箱中的上热水箱的最上部，下冷水箱中的冷水经过水泵的作用重新进入暂时储水箱再次进入调温水管对光伏板进行降温，使得光伏板的工作温度始终保持相对稳定，当夏季温度过高时，可以启动热泵模块，这时热泵模块的加热管对上热水箱内部进行加热，而制冷管对下冷水箱进行制冷，这使得加热泵制冷端和加热端的能量都能够得到有效利用，避免了能量的浪费，同时这也使得热量可以储存在上热水箱之中，而下冷水箱的温度更低，可以快速冷却光伏板，使其处于最佳工作状态，效率最高。这样设计可以有效提高光伏发电效率，同时将多余热能进行储存，方便洗澡时使用，从而有效降低整体能耗。

2、保温层的设计，使得光伏板和下部可以形成一个保温空间，在夏季时通过暂时储水箱通入的冷水，然后利用暂时储水箱与调温水管的高度差自动供应冷水，通过保温空间设计使得光伏板保持较低温度，提高效率，而在冬天时，可以通过调温水管吸收光伏板的发热，并保存热量在该保温空间内，使得光伏板整体温度较高，接近其最佳发电温度25摄氏度，提高发电效率。

3、该一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，通过光伏板、光伏板、支架、调温水管、保温层、暂时储水箱、冷热交换水箱、温度传感器、隔温板、储热水箱、温差发电片、压缩机箱体、压缩机、水泵的相互配合使用，当上热水箱温度整体过高时，然后上热水箱通过与储热水箱连通的管道，将上热水箱中的热水调入储热水箱中，将热水储存起来，然后可以在晚上外部温度较低时，通过温度差实现温差发电片的发电，从而达到减少PVT的损耗，增加光伏发电效率，充分利用光伏板转换的热能的效果。

附图说明

图1为本一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器结构示意图；

图2为本一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器正视图；

图3为本一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器光伏板、支架和调温水管安装示意图；

图4为本一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器调温水管仰视图；

图5为本一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器冷热交换水箱剖面图；

图6为本一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器压缩机结构示意图。

图中：1光伏板、2支架、3调温水管、4保温层、5暂时储水箱、6冷热交换水箱、61温度传感器、62下冷水箱、63上热水箱、64隔温板、65交换孔、7储热水箱、71温差发电片、8热泵模块、81压缩机、82加热管、83制冷管、84膨胀阀、9水泵、10补充水管道、11阀门。

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。

请参阅图1-2，一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，包括光伏板1、支架2、调温水管3、保温层4、冷热交换水箱6、热泵模块8、水泵9，其特征在于：光伏板1装配在支架2上的框架之中，光伏板1安装在支架2上的框架中，用于将太阳能转化为电能，支架2用于支撑光伏板1的结构。光伏板1背面贴附装配有调温水管3，调温水管3为水平S型弯折的管路，调温水管3使用导热材料制作，调温水管3背面贴附在光伏板1上，采用水平S型弯曲的管路。调温水管3使用导热材料制作，调温水管的作用是在光伏板上进行热交换，将热量传导到水中。调温水管3的下部包裹有保温层4，包裹在调温水管3的下部，用于保持水温稳定。冷热交换水箱6设计有上下两个连通的上热水箱63和下冷水箱62，调温水管3的底部与冷热交换水箱6的下冷水箱62连通，可以将吸收完热量的温水保存在上热水箱63中，冷热交换水箱6通过水管与储热水箱7相互连通，可以将上热水箱63中的热水调入储热水箱7中，支架2的顶端装配有暂时储水箱5，该暂时储水箱5可以给调温水管3提供冷水，暂时储水箱5通过水泵9和冷热交换水箱6连通，该水泵9可以将下冷水箱62中的冷水泵入暂时储水箱5中；热泵模块8包括压缩机81，压缩机81上接入有连通循环的加热管82和制冷管83，加热管82伸入装配在冷热交换水箱6的上热水箱63中，制冷管83伸入装配在冷热交换水箱6的下冷水箱62中；当温度传感器61发现上热水箱63和下冷水箱62中的温度不符合标准时，热泵模块8就会开始工作，将上热水箱63中的水加热，将下冷水箱62中的水制冷，实现之后步骤的正常运行。热泵模块8内装配有分别连接加热管82和制冷管83的压缩机81、膨胀阀84，膨胀阀84可以使得冷却液可以重复利用。冷热交换水箱6和储热水箱7与补充水管道相互连接，补充水管道10上安装有阀门11，当装置中的某一容器中缺少水时，打开相应的阀门11，即可向其中补充水量。

请参阅图3-4，调温水管3为S型，其为倾斜安装，水管弯折的直线段与水平面呈5°的夹角。保温层4的材料为矿物棉。该调温水管3为S型，可以增大与光伏板1的接触面积，将光伏板1上的热量尽可能多的吸收。该调温水管3为倾斜安装，水管弯折的直线段与水平面呈5°的夹角，这样使得每一段横向的水管都呈现出一端高一端低的形态安装在支架2背部。该安装方式可以使得调温水管3中的热对流效果被减弱。当调温水管3中的冷水吸收热量之后温度升高，就会在热对流的作用下向上运动，导致平行安装的调温水管3整体上会形成上部温度较高，下部温度较低的温差，从而导致整个保温区间的温度出现上部温度高下部温度低的差异，对光伏板1的降温效果不均衡，而倾斜的安装方式，可以使得吸收热量之后的温水虽然会在热对流的作用下向上运动，但是由于每一段横向水管都是一端高一端低的设置，可以使得热水停留在较高的一段，便不会再向上运动，这虽然会使得调温水管3的每一段水管会出现温度差异，但是在整个保温区间内会形成一个温度均匀分布的态势，使得整个保温区间温度均衡，降温效果较为均匀。该保温层4固定安装在支架2的背面，该保温层4的材料为矿物棉，可以完全将调温水管3覆盖，实现全面的保温效果，在夏天实现保冷效果，在冬天实现保热效果，以此来稳定光伏板1的工作温度，使得光伏板1不管在什么样的环境中都能保持最大比例的工作效率。

请参阅图5-6，冷热交换水箱6中间有一隔温板64，将冷热交换水箱6分隔为下冷水箱62和上热水箱63，隔温板64的一侧加工有一排交换孔65，下冷水箱62和上热水箱63中分别安装有温度传感器61。该冷热交换水箱6分为两个部分上热水箱63，下冷水箱62，当调温水管3中吸收光伏板1热量的温水进入冷热交换水箱6之后，就会停留在上热水箱63之中，当该上热水箱63中的热水慢慢冷却之后，冷却之后的热水便会通过隔温板64上的一排交换孔65进入下冷水箱62，隔温板64为真空绝热材料，该隔温板64的材料可以防止上热水箱63中的热水和下冷水箱62中的冷水因为隔温板64相互传递热量，导致两个水箱中的水温差相差不大，从而丧失该水箱的作用。储热水箱7上安装有温差发电片71，该温差发电片71可以将储热水箱7中的热水的热能转化为电能，实现热能的高效利用。热泵模块8的加热管82安装在上热水箱63中，制冷管安装在下冷水箱62中，这样的安装方式，可以使得热泵模块8的制冷管83和加热管82中的能量都能够得到有效利用，不会造成能量的浪费。当上热水箱63中的热水温度不够时，温度传感器61就会将该信号发送给热泵模块8，热泵模块8就开始工作，将下冷水箱62中的冷水变的更冷，将上热水箱63中的热水变的更热，可以让储热水箱7中有足够的热水供应，可以正常利用温差发电。

工作原理:当光伏板1开始工作时，随着光伏板1温度的逐渐升高，光伏板1的温度逐渐超过最佳工作温度，此时光伏板1的工作效率会降低。需要将光伏板1的工作温度控制在25摄氏度左右，即可以打开水泵9，将下冷水箱62中的冷水泵入暂时储水箱5，暂时储水箱5中的冷水在重力作用下通过调温水管3缓慢经过光伏板1的背面，吸收光伏板1上的热量，让光伏板1的温度降低至最佳工作温度，而吸收了热量的水，进入上热水箱63，该上热水箱63中的温水一部分经过降温之后进入下冷水箱62，一部分进入储热水箱7，储热水箱7可以将温水保存起来，等与外界温差较大时，温差发电片71即可以实现温差发电。当上热水箱63中的热水温度不够时，温度传感器61就会将该信号发送给热泵模块8，热泵模块8就开始工作，热泵模块8中的工作介质(通常是制冷剂)通过膨胀阀84进入制冷管83，吸收环境中的低温热量，使得下冷水箱62中的冷水变得更冷，并且使制冷剂蒸发成气态，气化的制冷剂被压缩机81抽入，增加其压力和温度，这个过程需要消耗一定的电能或机械能，高温高压的制冷剂通过加热管82，与上热水箱63中的热水接触，释放出热量，加热其中的热水。实现将下冷水箱62中的冷水变的更冷，将上热水箱63中的热水变的更热，进一步实现之后步骤的正常运行。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，包括光伏板（1）、支架（2）、调温水管（3）、保温层（4）、冷热交换水箱(6）、热泵模块（8）、水泵(9），其特征在于：所述光伏板（1）装配在支架（2）上的框架之中，所述光伏板（1）背面贴附装配有调温水管（3），所述调温水管（3）为水平S型弯折的管路，所述调温水管（3）使用导热材料制作，所述调温水管（3）的下部包裹有保温层（4）；所述冷热交换水箱(6）设计有上下两个连通的上热水箱(63）和下冷水箱(62），所述调温水管（3）的底部与冷热交换水箱(6）的下冷水箱（62）连通，所述冷热交换水箱(6）通过水管与储热水箱(7）相互连通，所述支架（2）的顶端装配有暂时储水箱(5），所述暂时储水箱(5）通过所述水泵(9）和冷热交换水箱(6）连通；所述热泵模块（8）包括压缩机(81），所述压缩机（81）上接入有连通循环的加热管（82）和制冷管（83），所述加热管（82）伸入装配在所述冷热交换水箱(6）的上热水箱（63）中，所述制冷管（83）伸入装配在所述冷热交换水箱(6）的下冷水箱（62）中；所述热泵模块（8）内装配有分别连接加热管（82）和制冷管（83）的压缩机（81）、膨胀阀（84）；

所述调温水管（3）弯折的直线段与水平面呈5°的夹角倾斜安装。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，其特征在于：所述保温层（4）的材料为矿物棉。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，其特征在于：所述冷热交换水箱(6）中间通过隔温板(64），将冷热交换水箱(6）分隔为下冷水箱(62）和上热水箱(63），所述隔温板(64）的一侧加工有一排交换孔(65），所述下冷水箱(62）和上热水箱(63）中分别安装有温度传感器(61）。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，其特征在于：所述隔温板(64）为真空绝热材料。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，其特征在于：所述储热水箱(7）上安装有温差发电片(71）。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能PVT加热泵全直流变频控制器，其特征在于：所述冷热交换水箱(6）和储热水箱(7）与补充水管道(10）相互连接，所述补充水管道(10）上安装有阀门(11）。