CN202229460U - 太阳能光伏空调冷热机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种在白天可以完全利用太阳能光伏驱动的空调冷热机组，包括多套冷热机子系统，用于对冷热机子系统供电的光伏直流电源系统，控制器的一端与光伏直流电源系统连接，另一端并联有多套冷热机子系统，其中，每套冷热机子系统包括小功率直流压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、以及蒸发器，小功率直流压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、以及蒸发器通过管路连接形成一个供制冷剂循环流动的回路；控制器可根据光伏直流电源系统输出的功率来控制对应数量的冷热机子系统。本实用新型可提高光伏直流电源系统以及直流压缩机的使用率，延长直流压缩机每天的工作时间，充分利用太阳能，并且对太阳能的利用率更高，更能满足节能的目的。

Description

太阳能光伏空调冷热机组

技术领域

本实用新型涉及一种利用太源能光伏直流电源驱动、用于制冷和/或加热的冷热系统。

背景技术

现有的太阳能光伏蒸气压缩式制冷系统均使用了逆变器，工作时需要通过逆变器将太阳能光伏板输出的直流电先进行升压、逆变成交流电，然后以交流电去驱动交流压缩机以制取热量和冷量。而逆变器的价格昂贵，增加了系统的制作成本，另外，当太阳光强度不足时，还需要将太阳能光伏电源和市电对接去混合驱动压缩机。

普通的太阳能热水器是利用平板式集热器、真空玻璃管集热器等收集太阳光的能量，从而将冷水加温的装置。但此太阳能热水器不能在制取热水的同时制取冷水，另外，尽管太阳能本身是取之不尽、用之不竭的清洁能源，但在阴天最需要热水的时候，普通太阳能热水器却由于阳光强度不足而无法取得热水。

为此，中国专利号为“ZL 200910076400.X”的专利公开了一种太阳能光伏—市电混合驱动蓄冷蓄热型热泵机组，其具有互为补充的一个直流压缩机和一个交流压缩机，当阳光充足时，利用太阳能电池板产生的直流电直接驱动直流压缩机以制取热量和冷量，而所产生的冷量和热量一方面可直接提供给需要冷量或热量的室内环境，对室内空气进行降温或加温，另一方面，也可通过相变的蓄冷和蓄热介质将冷量或热量储存起来，然后通过储存了冷量或热量的蓄冷介质或蓄热介质对水进行降温或升温，为用户提供所需的冷水和/或热水。而当阳光不足时，则通过市电来驱动交流压缩机，从而使系统继续工作，此太阳能光伏—市电混合驱动蓄冷蓄热型热泵机组与现有的太阳能光伏蒸汽压缩式制冷系统相比，其无需使用价格昂贵的逆变器将直流电先进行升压、逆变成交流电后，以交流电去驱动交流压缩机，从而降低了系统的成本；与普通的太阳能热水器相比，其可同时制取冷水和热水，而当阳光不足时，则可通过市电来驱动交流压缩机从而制取冷水和热水。

但是，此太阳能光伏—市电混合驱动蓄冷蓄热型热泵机组尚有不足这之处，首先，该热泵机组的光伏直流子系统仅为一个较大功率的直流压缩机供电，而直流压缩机的最小运行功率是不变的，太阳能电池光伏板的实际输出功率却是随光照强度的增大或减小而相应地增加或减少的，因此，当光照强度较弱时（如，阴天、雨天、早晨或者傍晚等情况下），该光伏直流子系统输出的功率往往小于该直流压缩机的最小运行功率，此时，直流压缩机无法正常工作，必须用市电来驱动热泵机组运行，因此，光伏直流子系统以及直流压缩机的使用率较低，工作时间较少，仍无法充分利用太阳能；其次，当阳光充足时，直流压缩机的转速是随着光伏直流子系统输出的功率的增加而增大的，而直流压缩机转动做功所相应产生的制冷量或制热量虽然会随压缩机的转速的增大而增加，但是其制冷量或制热量的增加率却低于直流压缩机的运行功率的增加率，特别是直流压缩机进入高速旋转状态时，即使直流压缩机的运行功率大幅度上升，但其做功所相应产生的制冷量或制热量却是只有小幅度上升，因此，在这种运行状态下，直流压缩机做功所相应产生的制冷量与其运行所消耗的能量（电能）的功率比在3倍以下，直流压缩机做功所相应产生的制热量与其运行所消耗的能量（电能）的功率比则在4倍以下。远低于直流压缩机在接近最小运行功率状态转动时（即直流压缩机低速转动时），直流压缩机做功所相应产生的制冷量与其运行所消耗的能量（电能）的功率比，显然该热泵机组对太阳能的利用率较低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够更充分利用太阳能，且制冷、制热效率更高的太阳能光伏空调冷热机组。

本实用新型所述的一种太阳能光伏空调冷热机组，包括：

多套冷热机子系统，每套冷热机子系统包括小功率直流压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、以及蒸发器，所述的小功率直流压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、以及蒸发器通过管路连接形成一个供制冷剂循环流动的回路；

光伏直流电源系统，用于对冷热机子系统供电；

控制器的一端与光伏直流电源系统连接，另一端并联有多套冷热机子系统，控制器根据光伏直流电源系统输出的功率来控制对应数量的冷热机子系统，使该冷热机子系统的小功率直流压缩机启动或停机。

本实用新型由于设置有多套具有小功率直流压缩机的冷热机子系统，并通过一个控制器将光伏直流电源系统与多套冷热机子系统连接，该控制器可根据光伏直流电源系统输出的功率来控制对应数量的冷热机子系统、使该冷热机子系统的直流压缩机启动或者停机，因此，当光照强度较弱时（如，阴天、雨天、早晨或者傍晚等情况下），该光伏直流电源系统输出的功率虽然相对较小，但小功率压缩机的最小运行功率相对更小，所以很容易满足至少一个小功率直流压缩机的最小运行功率，此时，控制器根据光伏直流电源系统输出的功率，启动相应数量的直流压缩机运行（例如，当光伏直流电源系统输出的功率大于一台小功率直流压缩机的最小运行功率时，控制器启动一台直流压缩机运行，当光伏直流电源系统输出的功率大于两台直流压缩机的最小运行功率之和时，控制器就启动相应的两台直流压缩机运行，以此类推），以制取冷量或热量，显然提高了光伏直流电源系统以及直流压缩机的使用率，延长直流压缩机每天的工作时间，更为充分地利用太阳能；而当阳光充足时，光伏直流电源系统则通过控制器将输出的功率分配给多套冷热机子系统，使每台小功率直流压缩机均可处于较低转速运转，在这种运行状态下，直流压缩机做功所相应产生的制冷量与其运行所消耗的能量的功率比能达到4倍以上，直流压缩机做功所相应产生的制热量与其运行所消耗的能量的功率比则在5倍以上，显然，与现有技术相比，本实用新型所述的冷热机组对太阳能的利用率更高，更能满足节能的目的。

附图说明

图1是本实用新型的一种示意图。

图2、图3是本实用新型一种实施方式的示意图。

图4、图5是本实用新型的另一种实施方式的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的太阳能光伏空调冷热机组，包括多套冷热机子系统10，每套冷热机子系统10包括小功率直流压缩机3、冷凝器5、电子膨胀阀4、以及蒸发器6，所述的小功率直流压缩机3、冷凝器5、电子膨胀阀4、以及蒸发器6通过管路连接形成一个供制冷剂循环流动的回路；光伏直流电源系统1，用于对冷热机子系统10供电，光伏直流电源系统1由多个太阳能电池组件按照负载的要求串联和并联连接而成；控制器2的一端与光伏直流电源系统连接，另一端并联有多套冷热机子系统10，控制器2根据光伏直流电源系统1输出的功率来控制对应数量的冷热机子系统10，使该冷热机子系统10的小功率直流压缩机3启动或停机，所述的冷热机子系统10的数量可根据光伏直流电源系统1的最大输出功率以及每套冷热机子系统10的功率来设定（如图1所示为两套冷热机子系统10的情况）。当光照强度较弱时（如，阴天、雨天、早晨或者傍晚等情况下），该光伏直流电源系统1输出的功率虽然相对较小，但小功率压缩机3的最小运行功率相对更小，所以很容易满足至少一台小功率直流压缩机3的最小运行功率，此时，控制器2根据光伏直流电源系统输出的功率，启动相应数量的直流压缩机3运行（例如，当光伏直流电源系统输出的功率大于一台小功率直流压缩机的最小运行功率时，控制器启动一台直流压缩机运行，当光伏直流电源系统输出的功率大于两台直流压缩机的最小运行功率之和时，控制器就启动相应的两台直流压缩机运行，以此类推），以制取冷量或热量，显然提高了光伏直流电源系统1以及直流压缩机3的使用率，延长直流压缩机每天的工作时间，更为充分地利用太阳能；而当阳光充足时，光伏直流电源系统1则通过控制器2将输出的功率分配给多套冷热机子系统10，使每台小功率直流压缩机3均可处于较低转速运转，在这种运行状态下，直流压缩机3做功所相应产生的制冷量与其运行所消耗的能量的功率比能达到4倍以上，直流压缩机3做功所相应产生的制热量与其运行所消耗的能量的功率比则在5倍以上，显然，本实用新型所述的冷热机组对太阳能的利用率更高，更能满足节能的目的。

所述的直流压缩机3的电机可采用直流无刷永磁电机，也可以采用直流有刷永磁电机，但由于直流有刷永磁电机的炭刷的使用寿命较短，更换频率较高，并且更换操作较为麻烦，为此，直流压缩机的电机可优先选用直流无刷永磁电机；另外，为降低直流压缩机3的最小运行功率，直流压缩机的泵体可采用旋转式压缩泵。

所述的控制器2可通过整流设备（图中未表示）与交流电源（图中未表示）电连接，这样，当光伏直流电源系统的太阳能光伏组件不足、或者夜晚无光照时，可将交流电源作为补充电源，先通过整流设备将交流电源（如市电）输出的交流电整流成直流电，再输送给控制器2，以供控制器2来驱动冷热机子系统10。

实施例1：所述的冷凝器5可以为风冷冷凝器，也可以为水冷冷凝器；蒸发器6可以为风冷蒸发器，也可以为水冷蒸发器，如图1所示是冷凝器5为风冷冷凝器、蒸发器6为风冷蒸发器的情况。如图2所示是蒸发器6为水冷蒸发器，冷凝器5为风冷冷凝器的情况，该水冷蒸发器的制冷盘管置于蓄冷箱20内（各个水冷蒸发器的制冷盘管可分别置于不同的蓄冷箱内，也可全部或部分置同一蓄冷箱内，如图2所示为多个制冷盘管置于同一蓄冷箱内的情形），可对蓄冷箱20内的液体（如水）进行降温，该制冷盘管可以为铜管，也可以为不锈钢管，经降温的水可直接作为生活用冷水；也可以由水泵30抽出并由风机盘管40将其冷量散发到需要降温的室内空气中，该水泵30通过管道分别与蓄冷箱20的进水口以及出水口连通，形成供水流动的循环回路；当然，还可以由水泵30抽出并通过冷气片（图中未表示）将其冷量散发到需要降温的室内空气中，该水泵30的进水口与蓄冷箱20的出水口通连，冷气片的进水口和出水口则分别与水泵的出水口和蓄冷箱的进水口连通，所述的冷气片为现有技术（如可采用中国专利公开号为“CN 1079041”的专利申请所述的冷气片），这里不再对其具体结构进行赘述，而由于冷气片对室内空气降温时，冷气片和室内空气的温度差会使冷气片外表面形成凝露水并滴落而弄湿地面，为此，可在冷气片的下方放置盛水盆（图中未表示），以盛放从冷气片上滴落的凝露水。蓄冷箱20上可设置温度传感器（图中未表示），该温度传感器与控制器电连接，当温度传感器检测到的蓄冷箱20内的液体温度达到设定值时，控制器2使相应的冷热机子系统10的直流压缩机3停止工作，采用此种方式能够更充分的利用太阳能，阳光充足时储存在蓄冷箱20的液体中的冷量可以在光照强度极弱的时候（如夜晚，雨天等）时由水泵抽出供风机盘管将其冷量散发到室内空气中，而无需像现有技术一般需通过市电来驱动热泵系统以制取冷量，显然，可节省大量能源，另外，通过风机盘管40吹散出来或者通过冷气片散发出来的冷量更为凉爽，而不像风冷蒸发器直接吹出来的冷气那般剌冷而使体质较弱的人难以适应。同理，当冷凝器5为水冷冷凝器时，其加热盘管可置蓄热箱中，经加热盘管加热的水直接可作为生活热水，也可通过风机盘管或者暖气片将其热量吹散或者散发到需要升温的室内环境中。

如图3所示，为了使太阳能光伏空调冷热机组满足不同的需求并节省系统制作成本，可在冷热机子系统10上设置可使直流压缩机3流出的制冷剂正向流经冷凝器5和蒸发器6、或者反向流经冷凝器5和蒸发器6后回流到压缩机3的四通换向阀71，其流动方向的切换是通过四通换向阀71上的切换阀门来实现的，其中，制冷剂的正向流动方向是：压缩机3 →四通换向阀71→冷凝器5→电子膨胀阀4→蒸发器6→四通换向阀71→压缩机3；制冷剂的反向流动方向则是：压缩机3→四通换向阀71→蒸发器6→电子膨胀阀4→冷凝器5→四通换向阀71→压缩机3。通过四通换向阀71使制冷剂反向循环流动后，冷凝器5可由制冷剂正向流动时的产生热量变成产生冷量，而蒸发器6则由制冷剂正向流动时的产生冷量变成产生热量。

实施例2：如图4、图5所示，为更好地利用太阳能，所述的电子膨胀阀4和直流压缩机3之间通过三通换向阀72耦合有加热盘管8，该加热盘管8可以为铜管，也可以为不锈钢管，加热盘管8置于保温热水箱50内，可对其内的水进行加热，经加热的水可直接作为生活用水使用，保温热水箱50和电子膨胀阀4、以及冷凝器5与电子膨胀阀4之间分别设置用以控制保温热水箱50和电子膨胀阀4、以及冷凝器5和电子膨胀阀4之间的管路通与断的单向阀91、92，保温热水箱50上可设置温度传感器（图中未表示），该温度传感器与控制器2电连接，当该温度传感器检测到保箱热水箱50内的液体温度达到设定值时（该设定值一般为50-60℃，较多情况下为55℃），控制器2启动三通换向阀72，使制冷剂由流向保温热水箱50内的加热盘管切换为流向冷凝器5，并由单向阀91将保温热水箱和电子膨胀阀4之间的管路切断；同理，也可以通过控制器2控制三通换向阀72，以使制冷剂不流经冷凝器5。所述的冷凝器5可以为水冷冷凝器，也可以为风冷凝器，蒸发器可以为水冷蒸发器，也可以为风冷蒸发器，如图4所示，是蒸发器6为水冷蒸发器，冷凝器5为风冷冷凝器的情况，该水冷蒸凝器的降温盘管置于蓄冷箱20内，可对蓄冷箱20的液体（如水）进行降温，经降温的水可直接作为生活用的冷水，也可以由水泵30抽出并由风机盘管40将其冷量散发到需要降温的室内空气中，该水泵30通过管道分别与蓄冷箱的进水口以及出水口连通，形成供液体流动的循环回路；还可以由水泵30抽出并通过冷气片将其冷量散发到需要降温的室内空气中，该水泵的进水口与蓄冷箱的出水口通连，冷气片的进水口和出水口则分别与水泵的出水口和蓄冷箱的进水口连通，而由于冷气片对室内空气降温时，冷气片和室内空气的温度差会使冷气片外表面形成凝露水并滴落而弄湿地面，为此，可在冷气片的下方放置盛水盆（图中未表示），以盛放从冷气片上滴落的凝露水。如图5所示，是蒸发器6为风冷蒸发器，冷凝器5为水冷冷凝器的情况，水冷冷凝器的加热盘管置于蓄热箱60中，可对蓄热箱60的液体（如水）进行加热，经加热的水可直接作为生活用的热水，也可以由水泵抽出并由风机盘管或者暖气片（图中未表示）将其热量散发到需要升温的室内空气中，该水泵通过管道分别与蓄热箱的进水口以及出水口连通，形成供水流动的循环回路。

Claims (10)

1.太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于，包括：

多套冷热机子系统，每套冷热机子系统包括小功率直流压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、以及蒸发器，所述的小功率直流压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、以及蒸发器通过管路连接形成一个供制冷剂循环流动的回路；

光伏直流电源系统，用于对冷热机子系统供电；

控制器，控制器的一端与光伏直流电源系统连接，另一端并联有多套冷热机子系统，控制器根据光伏直流电源系统输出的功率来控制对应数量的冷热机子系统，使该冷热机子系统的小功率直流压缩机启动或停机。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于：所述的控制器通过整流设备与交流电源电连接。

3.根据权利要求1所述的太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于：所述的直流压缩机的电机为直流无刷永磁电机，泵体则为旋转式压缩泵。

4.根据权利要求1所述的太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于：所述的光伏直流电源系统由多个太阳能电池组件按照负载的要求串联和并联连接而成。

5.根据权利要求1所述的太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于：所述的电子膨胀阀和直流压缩机之间通过三通换向阀耦合有加热盘管，加热盘管置于保温热水箱内。

6.根据权利要求5所述的太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于：所述的保温热水箱和电子膨胀阀、以及冷凝器与电子膨胀阀之间分别设置用以控制保温热水箱和电子膨胀阀、以及冷凝器和电子膨胀阀之间的管道通与断的单向阀，保温热水箱上可设置温度传感器，该温度传感器与控制器相连。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于：所述的蒸发器为风冷蒸发器或水冷蒸发器；当蒸发器为水冷蒸发器时，水冷蒸发器的制冷盘管置于蓄冷箱内。

8.根据权利要求7所述的太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于：所述的蓄冷箱的出水口通连有水泵，水泵的出水口通连有冷气片或者风机盘管，冷气片或者风机盘管的出水口则与蓄冷箱的进水口连通，形成供冷水流动的循环回路。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于：所述的冷凝器为风冷冷凝器或水冷冷凝器；当冷凝器为水冷冷凝器时，水冷冷凝器的加热盘管置于蓄热箱中。

10.根据权利要求9所述的太阳能光伏空调冷热机组，其特征在于：所述的蓄热箱上设有温度传感器，该温度传感器与控制器相连。

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