CN204373270U - 光伏空调热泵热水器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供光伏空调热泵热水器，包括空调热泵系统、光伏电池供热系统、光伏电池供电系统以及控制单元；空调热泵系统包括压缩机、四通阀、冷凝器、蒸发器和节流装置，以及连接它们的冷媒管路；光伏电池供热系统包括光伏电池板、设置在所述光伏电池板背面的散热器和储热水箱；光伏电池供电系统包括所述光伏电池板、与之电连接的蓄电池组、电源逆变器，控制单元与蓄电池组、电源逆变器和压缩机相连。本实用新型利用了空调热泵系统的冷凝器和光伏电池供电系统的光伏电池板的热量加热生活用水，一方面延长了光伏电池板的寿命，另一方面提高了光伏发电效率、制冷性能系数和空调热泵效率，整套系统的能量利用效率显著提高，且节省电能。

Description

光伏空调热泵热水器
技术领域
本实用新型涉及热泵技术领域，具体涉及一种光伏空调热泵热水器。
背景技术
近年来，热泵技术发展迅速，由于其高效节能的特点而倍受重视。在相同条件下，热泵热水装置的用电量仅仅是电热水器的1/3到1/4，其节能效果优异，但在很多领域内，热泵装置的应用稳定性欠佳。目前的太阳能热泵热水器以太阳能电池供电为主，这是因为太阳能热泵虽然可以有效利用太阳能，降低集热成本，但太阳能本身因纬度、天气、季节等因素不稳定，在光照不充足的时候，太阳能光电转换装置无法正常运转和供电，导致热泵热水器无法正常工作。特别是在冬天的阴雨季节，必须接入供电系统提供电能才能维持热泵热水器的正常运转。因此，现有的太阳能热泵热水器的使用有较强的局限性，其结构仍然有待于进一步完善。
另一方面，太阳能光伏发电是利用半导体的光伏效应将光能转换为电能。在太阳能光伏发电的实际应用中，光伏设备的光-电转换效率受到广泛关注。对于现有技术的光伏电池而言，光伏接受装置表面的太阳能有80％以上并未转化为电能，而是转化为热能，使光伏电池的温度升高，尤其在太阳辐照较强时，会导致光伏电池效率急剧下降。现有的光伏电池转换效率只有8％～15％，如果不解决系统升温的问题，光伏电池的转换效果将大打折扣。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种光伏空调热泵热水器，在利用再生能源作为电力供应的同时，充分利用热量转换提高光伏电池板的转换效率，从而实现节能环保的效果。
本实用新型的技术方案如下：一种光伏空调热泵热水器包括空调热泵系统、光伏电池供热系统、光伏电池供电系统以及控制单元；其中，空调热泵系统包括压缩机、四通阀、冷凝器、蒸发器和节流装置，以及连接压缩机、四通阀、冷凝器、蒸发器和节流装置的冷媒管路；光伏电池供热系统包括光伏电池板、设置在光伏电池板背面的散热器和储热水箱；光伏电池供电系统包括光伏电池板、与之电连接的蓄电池组和电源逆变器。
作为优选，储热水箱通过水泵和流量调节阀与散热器相连。
作为优选，控制单元还与水泵相连。
作为优选，储热水箱内设置有水温监控装置。
作为优选，储热水箱的下部设置有开水出水管，开水出水管上设置有即热器以及开水阀。
作为优选，控制单元还与所述即热器相连。
作为优选，冷凝器包括设置在储热水箱内的换热盘管。
作为优选，冷凝器包括换热盘管、入水管和出水管，入水管上设有水泵，入水管、出水管与储热水箱相通。
作为优选，控制单元还与泵相连。
作为优选，光伏电池板为太阳能光伏板。
本发明具有以下优点及突出性效果：①在光伏电池板背面的散热端设置散热器，充分利用光伏电池板背面散出的热量加热储热水箱内的水，延长了光伏电池板的寿命，在提高了光伏发电效率的同时提供辅助加热，合理地利用了系统中的热能产生热水，满足用户的生活需要，因此整套系统的能量利用效率显著提高；②将太阳能光伏发电技术与空调热泵技术相结合，使热泵热水器的供电和加热可以稳定进行，且节省电能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型第一实施例的光伏空调热泵热水器的结构示意图；
图2是本实用新型第二实施例的光伏空调热泵热水器的结构示意图；
图3是本实用新型实施例的控制系统图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合附图对本发明的结构、原理和具体实施方式做进一步的说明。
图1为本实用新型第一实施例的光伏空调热泵热水器的结构示意图。本实用新型提供了光伏空调热泵热水器的第一实施例，具体参见图1，光伏空调热泵热水器包括空调热泵系统、光伏电池供热系统、光伏电池供电系统以及控制单元18；其中，空调热泵系统包括压缩机1、四通阀2、冷凝器3、蒸发器4和节流装置5以及连接压缩机1、四通阀2、冷凝器3、蒸发器4和节流装置5的冷媒管路；光伏电池供热系统包括光伏电池板6、设置在光伏电池板背面的散热器7、储热水箱8；光伏电池供电系统包括光伏电池板6、与之电连接的蓄电池组12和电源逆变器19。控制单元18与蓄电池组12、电源逆变器19和压缩机1相连。
本实用新型利用了空调热泵系统的冷凝器和光伏电池供电系统的光伏电池板的热量加热生活用水，一方面延长了光伏电池板的寿命，另一方面提高了光伏发电效率、制冷性能系数和空调热泵效率，整套系统的能量利用效率显著提高，且节省电能。
本实施例进一步优选地，储热水箱8通过水泵9和流量调节阀10与散热器7相连。这样可以实现光伏电池供电系统的高效散热，以减轻该系统的负担，并提高光电转化率。
本实施例进一步优选地，储热水箱8内设置有水温监控装置11。这样可以实现光伏电池供热系统对水温的精确控制。
本实施例进一步优选地，连接于储热水箱8的下部的开水出水管15上设置有即热器16以及开水阀17；其中，空调热泵系统的冷凝器3，节流装置5，蒸发器4，四通阀2与压缩机1构成制冷剂循环回路；储热水箱8通过水泵9和流量调节阀10与散热器7构成热水循环回路。这样可以既可以产生空调所需的降温效果，又可以提供热水器所需的加热效果，因此该设计有效的利用了系统中可利用的热能。
本实施例进一步优选地，冷凝器3为设置在储热水箱8内的换热盘管。这样可以有效提供热水器所需的热能。
图2为本实用新型第二实施例的光伏空调热泵热水器的结构示意图。本实用新型提供了光伏空调热泵热水器的第二实施例，第二实施例与第一实施例的区别在于冷凝器3的结构，其他元件与第一实施例的相应元件相同，在此不再赘述。具体参见图2，第二实施例中，冷凝器3包括换热盘管31、入水管33和出水管32，入水管33上设有泵20，入水管33、出水管32与储热水箱8相通。
图3为本实用新型实施例的控制系统图。本实用新型提供了光伏空调热泵热水器的控制系统图，具体参见图3，控制单元18分别电连接并控制即热器16、电源逆变器19以及压缩机1，当然还可以电连接并控制水泵9和泵20。通过光伏发电，该结构可以有效地节省电能。
本实施例中，一方面光伏电池板6通过接收光能，将光能转化为直流电，另一方面电源逆变器19将直流电转化为交流电，以供给即热器16、水泵9、泵20以及压缩机1电能，或者是储存电能于蓄电池组12中。光伏电池供电系统中的光伏电池板6、电源逆变器19以及蓄电池组12通过控制单元18与即热器16、水泵9、泵20以及压缩机1电连接。这样蓄电池组用于储存当阳光充足时光伏电池供电系统中的光伏电池板和电源逆变器供电剩余的电能。当阳光不充足，光伏电池板和电源逆变器无法为光伏空调热泵热水器提供电能时，光伏空调热泵热水器的热泵系统，光伏电池供热系统，以及控制单元依然能维持热水器和空调的功能的正常运行。
本实施例进一步优选地，上述光伏电池板6指为太阳能光伏板或其它能够接收光能并转化为电能的装置。而光伏电池板6所接收的光能指的是太阳光或是室内灯光，且这些光包含可见光以及红外光、紫外光等不可见光。因此本实施例具有宽泛的应用范围。
本发明的工作原理如下：光伏电池板6接受光源照射，通过光伏效应把太阳能转换为直流电输出至电源逆变器19，电源逆变器19把从太阳能光伏电池输出的直流电DC转换为标准的交流电AC通过控制单元18为压缩机1、即热器16、水泵9(以及可选地还有泵20)提供电能，或储存在蓄电池组12中。
控制单元18分别与电源逆变器19、蓄电池组12、即热器16、水泵9以及压缩机1电连接。当用户打开开水阀17，开始通过开水出水管15放热水时，控制单元18接通电路，控制即热器16开始加热储热水箱8的水，同时水泵9开始运转，储热水箱8中的水开始流出，依次通过储热水箱8连接的水泵9和流量调节阀10达到散热器7，及时将光伏电池板6的热量带走，之后循环进入储热水箱8，并为光伏电池板6散热端降温。储热水箱8中设有水温监控装置11，水温监控装置11能感知储热水箱8内的水温，并将水温即时反馈给控制单元18。当储热水箱8内水温较低时，控制单元18控制压缩机1工作以启动空调热泵系统，将回流的低压冷媒压缩，变成高温高压的气体。该气体通过冷凝器3与储热水箱8进行热交换，以加热储热水箱8内的水。热交换完毕的冷却气态冷媒在压力的持续作用下变成液态，通过节流装置5进入蒸发器4，由于蒸发器4的压力骤然降低，因此液态的冷媒在此迅速蒸发变成气态，并吸收大量的热量。大量的空气流过蒸发器4外表面，空气中的能量被蒸发器4吸收，空气温度迅速降低，变成冷气排出，以达到空调制冷的效果。随后吸收了一定能量的冷媒通过四通阀2回流到压缩机1，进入下一个循环。当储热水箱8内水温较高时，水温监控装置11开启水泵9和流量调节阀10，使水通过循环管道进入散热器7进行辅助换热和散热，以降低水温。
本实用新型中，通过在光伏电池板背面的散热端设置散热器，充分利用光伏电池板背面散出的热量加热储热水箱内的水，延长了光伏电池板的寿命，在提高了光伏发电效率的同时提供辅助加热，合理地利用了系统中的热能产生热水，满足用户的生活需要，因此整套系统的能量利用效率显著提高。将太阳能光伏发电技术与空调热泵技术相结合，使热泵热水器的供电和加热可以稳定进行，且节省电能。
本实用新型与单一的空调热泵系统、光伏系统以及热水系统相比，综合性能上有了显著提高。一方面，由于热泵系统工作时的蒸发吸热作用，可以保持光伏电池蒸发器工作在较低的温度范围，并得到有效的冷却，因此光伏转换效率和光热转换效率都有了显著提高；另一方面，太阳辐射通过光电转换产生的热能来作为热泵系统的部分热源，提高了热泵系统的蒸发温度和蒸发压力，使得热泵系统的能效比有明显提高；另一方面，蓄电池组用于储存当阳光充足时光伏电池供电系统中的光伏电池板和电源逆变器供电剩余的电能。这样当阳光不充足时，光伏电池板和电源逆变器无法为光伏空调热泵热水器提供电能时，光伏空调热泵热水器的热泵系统，光伏电池供热系统，以及控制单元依然能维持热水器和空调的功能的正常运行。
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种光伏空调热泵热水器，其特征在于，包括：空调热泵系统、光伏电池供热系统、光伏电池供电系统以及控制单元；其中，所述空调热泵系统包括压缩机、四通阀、冷凝器、蒸发器和节流装置，以及连接所述压缩机、所述四通阀、所述冷凝器、所述蒸发器和所述节流装置的冷媒管路；所述光伏电池供热系统包括光伏电池板、设置在所述光伏电池板背面的散热器和储热水箱；所述光伏电池供电系统包括所述光伏电池板、与所述光伏电池板电连接的蓄电池组和电源逆变器，所述控制单元与所述蓄电池组、所述电源逆变器和所述压缩机相连。
2.如权利要求1所述的光伏空调热泵热水器，其特征在于，所述储热水箱通过水泵和流量调节阀与所述散热器相连。
3.如权利要求2所述的光伏空调热泵热水器，其特征在于，所述控制单元还与所述水泵相连。
4.如权利要求1所述的光伏空调热泵热水器，其特征在于，所述储热水箱内设置有水温监控装置。
5.如权利要求1所述的光伏空调热泵热水器，其特征在于，所述储热水箱的下部设置有开水出水管，所述开水出水管上设置有即热器以及开水阀。
6.如权利要求5所述的光伏空调热泵热水器，其特征在于，所述控制单元还与所述即热器相连。
7.如权利要求1所述的光伏空调热泵热水器，其特征在于，所述冷凝器包括设置在所述储热水箱内的换热盘管。
8.如权利要求1所述的光伏空调热泵热水器，其特征在于，所述冷凝器包括换热盘管、入水管和出水管，所述入水管上设有泵，所述入水管、所述出水管与所述储热水箱相通。
9.如权利要求8所述的光伏空调热泵热水器，其特征在于，所述控制单元还与所述泵相连。
10.如权利要求1所述的光伏空调热泵热水器，其特征在于，所述光伏电池板为太阳能光伏板。
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