CN209870025U - 一种光伏多功能热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏多功能热泵系统，包括光伏发电部分、压缩机、四通换向阀、车外风冷换热器、车内风冷换热器、车内水冷换热器、PV蒸发器、高压储液罐、干燥过滤器，所述车外风冷换热器、车内风冷换热器、车内水冷换热器、PV蒸发器并联，并且一端均连接压缩机，另一端均连接并联结构，所述并联结构包括四个并联支路，并联结构中部的毛细管节流元件与车内风冷换热器连接。本实用新型与现有技术相比的优点在于：该系统具有提供光伏电力、冬季车内采暖、夏季车内制冷、全年提供生活热水和冬季除霜等功能模式。系统各功能模式之间通过电磁阀的控制进行切换，在提高了系统实用性的同时最大限度的减少了对常规能源的消耗。

Description

一种光伏多功能热泵系统

技术领域

本实用新型涉及一种光伏多功能热泵系统。

背景技术

光伏-多功能热泵系统是一种通过热泵循环把太阳能利用和房车供能有机地结合成一体，对太阳能的光电、光热进行综合利用的太阳能热泵系统。系统通过光伏电池的光电转换将太阳辐照中0.6-0.7μm波段的光转化成电流输出，其余波段的光通过光热转换作为热源被热泵循环系统吸收。该系统通过热泵循环，以太阳能和空气为热源，向房车提供高效稳定的热能输出；现有技术中的热泵系统实用性低，不能最大程度的对资源加以利用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种光伏多功能热泵系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种光伏多功能热泵系统，包括光伏发电部分，光伏发电部分由晶硅电池、逆变控制器、电器柜、导线、负载、蓄电池组成，光伏模块独立完成光电转换，经逆变控制器给蓄电池充电，放电时，蓄电池中48V直流电经逆变器转换为220V交流电，供负载使用，还包括压缩机、四通换向阀、车外风冷换热器、车内风冷换热器、车内水冷换热器、PV蒸发器、高压储液罐、干燥过滤器，所述车外风冷换热器、车内风冷换热器、车内水冷换热器、PV蒸发器并联，并且一端均连接压缩机，另一端均连接并联结构，所述并联结构包括四个并联支路，分别为三个毛细管节流元件和一个由高压储液罐和干燥过滤器串联的支路，并联支路两端为两个毛细管节流元件，这两个毛细管节流元件的两端均分别连接单向截止阀和电磁阀，所述并联结构的两端分别与车外风冷换热器和PV蒸发器连接，由高压储液罐和干燥过滤器串联的支路位于并联结构的中部，并且该支路与车内水冷换热器连接，连接的支路上顺序设有单向截止阀、电磁阀，并联结构中部的毛细管节流元件与车内风冷换热器连接，并且连接的支路上设有电磁阀，电磁阀的一端连接在毛细管节流元件和电磁阀之间，另一端连在单向截止阀和电磁阀之间；所述四通换向阀包括两个，一个设在压缩机与车外风冷换热器之间，另一个设在压缩机与车内风冷换热器、车内水冷换热器、PV蒸发器之间，并且两个四通换向阀相连接，所述PV蒸发器与车内水冷换热器两端之间均设有热管，热管上设有电磁阀，所述逆变控制器电性连接PV蒸发器。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：该系统具有提供光伏电力、冬季车内采暖、夏季车内制冷、全年提供生活热水和冬季除霜等功能模式；系统各功能模式之间通过电磁阀的控制进行切换，在提高了系统实用性的同时最大限度的减少了对常规能源的消耗。

附图说明

图1是本实用新型一种光伏多功能热泵系统的结构示意图。

如图所示：1压缩机；2、3四通换向阀；4车外风冷换热器；5车内风冷换热器；6车内水冷换热器； 7 PV蒸发器；9高压储液罐；10干燥过滤器；8、17、18单项截止阀；11、12、13、19、20、21、22、23 电磁阀；14、15、16毛细管节流元件；24、25热管；26逆变控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

结合附图，一种光伏多功能热泵系统，包括光伏发电部分，光伏发电部分由晶硅电池、逆变控制器、电器柜、导线、负载、蓄电池组成，光伏模块独立完成光电转换，经逆变控制器给蓄电池充电，放电时，蓄电池中48V直流电经逆变器转换为220V交流电，供负载使用，还包括压缩机1、四通换向阀2和3、车外风冷换热器4、车内风冷换热器5、车内水冷换热器6、PV蒸发器7、高压储液罐9、干燥过滤器10，所述车外风冷换热器4、车内风冷换热器5、车内水冷换热器6、PV蒸发器7并联，并且一端均连接压缩机1，另一端均连接并联结构，所述并联结构包括四个并联支路，分别为三个毛细管节流元件14、15、16和一个由高压储液罐9和干燥过滤器10串联的支路，所述毛细管节流元件14的两端分别连接单向截止阀17 和电磁阀11，所述毛细管节流元件16的两端分别连接单向截止阀18和电磁阀13，所述并联结构的两端分别与车外风冷换热器4和PV蒸发器7连接，由高压储液罐9和干燥过滤器10串联的支路位于并联结构的中部，并且该支路与车内水冷换热器6连接，连接的支路上顺序设有单向截止阀8、电磁阀20，并联结构中部的毛细管节流元件15一端与车内风冷换热器5连接，并且连接的支路上设有电磁阀19，毛细管节流元件15的另一端连接有电磁阀12，电磁阀21的一端连接在毛细管节流元件15和电磁阀19之间，另一端连在单向截止阀8和电磁阀20之间；所述四通换向阀2设在压缩机1与车外风冷换热器4之间，所述四通换向阀3设在压缩机1与车内风冷换热器5、车内水冷换热器6、PV蒸发器7之间，并且四通换向阀 2与四通换向阀3相连接，所述PV蒸发器7与车内水冷换热器6两端之间分别设有热管24、25，热管24、 25上分别设有电磁阀22、23，所述逆变控制器26电性连接PV蒸发器7。

本实用新型在具体实施时，包括以下几种模式，各功能模式运行情况介绍如下：

(一)光伏发电模式

光伏发电部分由晶硅电池、控制器、逆变器、电器柜、导线、负载、蓄电池等组成。每块光伏模块独立完成光电转换，产生48V直流光伏电流，经逆变控制器给蓄电池充电。放电时，蓄电池中48V直流电经逆变器转换为220V交流电，供负载使用。

(二)冬季车内供暖模式

在冬季车内需要供暖时，有三种模式可供选择，分别为空气源制热，太阳能辅助制热和双热源制热。

(1)空气源制热模式

在没有太阳能可以利用时，可运行空气源制热模式。此时，车内风冷换热器5作为冷凝器，车外风冷换热器4作为蒸发器，车内水冷换热器6和PV蒸发器7不使用。在该模式下，从压缩机出来的高压气体工质由四通换向阀2流向四通换向阀3，经过3到达车内风冷换热器5，高压气体工质在车内风冷换热器5 放热降温后经电磁阀19、21和单向阀8进入高压储液罐9，高压液体工质通过干燥过滤器10、电磁阀13，经过毛细管节流元件16节流，两相态的低压工质进入车外风冷换热器4，吸收周围环境空气的热量蒸发，然后进入四通换向阀2的低压通道回到压缩机吸气口。流程中，电磁阀11、12、20处于关闭状态。

(2)太阳能辅助车内制热模式

当有充足的太阳能可以利用时，将系统中的PV蒸发器7作为蒸发器使用，车内风冷换热器5作冷凝器，车外风冷换热器4和车内水冷换热器6不使用。用制冷剂来直接吸收太阳能的热量，可以大大提高热泵的性能。在该模式下，从压缩机出来的高压气体工质由四通换向阀2流向四通换向阀3，经过3到达车内风冷换热器5，高压气体工质在车内风冷换热器5放热降温后经电磁阀19、21和单向阀8进入高压储液罐9，高压液体工质经过干燥过滤器10、电磁阀11、毛细管节流元件14节流，两相态的低压工质进入PV 蒸发器7，经过吸收太阳能的热量蒸发，然后进入四通换向阀3的低压通道回到压缩机吸气口。在该模式流程中，电磁阀12、13、20处于关闭状态。

(3)双热源车内制热模式

当可利用的太阳能不充足时，将系统中的车外风冷换热器4和PV蒸发器7同时作为蒸发器使用，车内风冷换热器5作冷凝器。太阳辐射和车外环境同时为蒸发器提供蒸发所需热量,与普通车内制热模式相比，仍可较大程度地提高热泵的制热效率。在该模式下，从压缩机出来的高压气体工质由四通换向阀2流向四通换向阀3，经过3到达车内风冷换热器5，高压气体工质在车内风冷换热器5放热降温后经电磁阀19、 21和单向阀8进入高压储液罐9，高压液体工质经过干燥过滤器10干燥。此时，制冷剂分成两路，一路通过电磁阀13、毛细管节流元件16节流，两相态的低压工质进入车外风冷换热器4，经过吸收周围环境空气的热量蒸发，然后进入四通换向阀2的低压通道回到压缩机吸气口；另一路通过电磁阀11后经过毛细管节流元件14节流，两相态的低压工质进入PV蒸发器7，经过吸收太阳能的热量蒸发，然后进入四通换向阀3的低压通道回到压缩机吸气口。在该模式流程中，电磁阀12、20处于关闭状态。

(三)全年提供热水模式

(1)太阳能制热水

当太阳辐射较强，环境温度较高时，PV蒸发器7通过重力热管与车内水冷换热器6相连，液体工质在 PV蒸发器7中吸收太阳辐照蒸发，气体在压力作用下沿热管蒸发上升管路24通过上升电磁阀22向上流动进入车内水冷换热器6中，在6中被冷凝成液体，液体在重力的作用下沿热管冷凝回流管路25通过回流电磁阀23回到PV蒸发器中实现一个循环。重力热管依靠自然循环运行而不需外加动力，很大程度上节省了能源的消耗。

(2)太阳能辅助制热水

当太阳能不充足时，太阳能制热水模式制取的水温低，不能满足用户需求。此时，可将车内水冷换热器6作为冷凝器，PV蒸发器作为蒸发器。具体工作流程：从压缩机1出来的高温高压制冷剂依次通过四通换向阀2和四通换向阀3，由四通换向阀3进入车内水冷换热器6，在6内冷凝放热后经过电磁阀20，从单向阀8流进高压储液灌9，制冷剂液体从高压储液灌9底部流出后，依次经过干燥过滤器10、电磁阀11、毛细管节流元件14，进入PV蒸发器7，在PV蒸发器7中蒸发后，进入四通换向阀3的低压通道回到压缩机吸气口。

(3)空气源热泵制热水

在没有太阳能可以利用时，将车内水冷换热器6作为冷凝器，车外风冷换热器4作为蒸发器。具体工作流程：从压缩机1出来的高温高压制冷剂依次通过四通换向阀2和四通换向阀3，由四通换向阀3进入车内水冷换热器6，在6内冷凝放热后经过电磁阀20，从单向阀8流进高压储液灌9，制冷剂液体从高压储液灌9底部流出后，依次经过干燥过滤器10、电磁阀13、毛细管节流元件16，进入车外风冷换热器4，经过吸收周围环境空气的热量蒸发，然后进入四通换向阀2的低压通道回到压缩机吸气口。

(4)双热源热泵制热水

与双热源制热相似，该系统将车内风冷换热器换成了车内水冷换热器，同时将车外风冷换热器和PV 蒸发器作为蒸发器，利用太阳能和空气热量制取热水。具体工作流程与双热源制热模式类似。

(四)夏季车内制冷模式

在夏季车内需要制冷时，该系统可运行两种功能模式，其中普通制冷兼热泵制热水功能模式，可将车内制冷产生的冷凝热用于制取生活热水，减少普通制热功能模式产生的冷凝热对环境造成的热污染。

(1)普通制冷

普通制冷模式是将车内风冷换热器5作为蒸发器，车外风冷换热器4作为冷凝器。具体工作流程:从压缩机1出来的高温高压制冷剂依次通过四通换向阀2，由四通换向阀2流向车外风冷换热器4，在车外风冷换热器4内冷凝放热后，从单向阀18流进高压储液罐9，制冷剂液体从高压储液罐9底部流出后,依次经过干燥过滤器10、电磁阀12和毛细管节流元件15，电磁阀19进入车内风冷换热器5，在车内风冷换热器5中蒸发后，经过四通换向阀3回到压缩机1。

(2)普通制冷兼热泵制热水

在夏季太阳能不充足时，可将车内水冷换热器6作为冷凝器使用，在车内制冷的同时制取生活热水。具体工作流程:从压缩机1出来的高温高压制冷剂依次通过四通换向阀2和四通换向阀3，由四通换向阀3 流向车内水冷换热器6，在车内水冷换热器6内冷凝放热后，经过电磁阀20，从单向阀8流进高压储液罐 9，制冷剂液体从高压储液罐9底部流出后，依次经过干燥过滤器10、电磁阀12和毛细管节流元件15，经过电磁阀19进入车内风冷换热器5，在车内风冷换热器5中蒸发后，经过四通换向阀3回到压缩机1。

(五)冬季除霜模式

本系统采用优于普通空调的热水源除霜循环，不仅能快速高效地进行除霜，而且比传统的四通阀换向逆循环除霜降低了车内温度的波动，提高了舒适性。将系统中的车外风冷换热器4作为冷凝器，制冷剂在冷凝器4中冷凝放热融霜。而PV蒸发器作为蒸发器，直接利用太阳能进行除霜。具体工作流程:从压缩机 1出来的高温高压制冷剂依次通过四通换向阀2，由四通换向阀2流向车外风冷换热器4，在车外风冷换热器4内冷凝放热后，从单向阀18流进高压储液罐9，制冷剂液体从高压储液灌9底部流出后，依次经过干燥过滤器10、电磁阀11和毛细管节流元件14，进入PV蒸发器7，在PV蒸发器7中蒸发吸热后，回到压缩机1。

本设计光伏-多功能热泵系统通过热泵循环把太阳能利用和房车供能有机地结合成一体，对太阳能的光电/光热进行综合利用，系统通过光伏电池的光电转换将太阳辐照中0.6-0.7μm波段的光转化成电流输出，其余波段的光通过光热转换作为热源被热泵循环系统吸收。系统实现了对太阳辐照的分波段梯次利用和光电/光热综合应用，太阳能的㶲利用效率明显得到提高。该系统一方面通过热泵循环，以太阳能和空气为热源，向房车提供高效稳定的热能输出；另一方面，由于制冷工质的蒸发冷却，降低了光伏电池的工作温度，光电转换效率得到提高，对房车的电力供应有所增强。

本设计光伏-多功能热泵系统是将太阳能发电技术、太阳能热泵技术和空气源热泵技术有机的结合在了一起。该系统是光电效应、光热效应、朗肯循环、逆变控制等多种过程的综合，有着比普通多功能太阳能热泵系统更为复杂的物理关系。在普通光伏组件的光电转换过程中，光伏电池吸收太阳能而温度升高，导致大部分太阳能没有被转变为电能，减小了光伏电池的光电转换效率。光伏蒸发器正好解决了这一问题，它通过工质的自然对流或强迫对流循环，吸收光伏电池的热量而使其温度降低，提高了光电效率。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种光伏多功能热泵系统，包括光伏发电部分，光伏发电部分由晶硅电池、逆变控制器、电器柜、导线、负载、蓄电池组成，光伏模块独立完成光电转换，经逆变控制器给蓄电池充电，放电时，蓄电池中48V直流电经逆变器转换为220V交流电，供负载使用，其特征在于：还包括压缩机、四通换向阀、车外风冷换热器、车内风冷换热器、车内水冷换热器、PV蒸发器、高压储液罐、干燥过滤器，所述车外风冷换热器、车内风冷换热器、车内水冷换热器、PV蒸发器并联，并且一端均连接压缩机，另一端均连接并联结构，所述并联结构包括四个并联支路，分别为三个毛细管节流元件和一个由高压储液罐和干燥过滤器串联的支路，并联支路两端为两个毛细管节流元件，这两个毛细管节流元件的两端均分别连接单向截止阀和电磁阀，所述并联结构的两端分别与车外风冷换热器和PV蒸发器连接，由高压储液罐和干燥过滤器串联的支路位于并联结构的中部，并且该支路与车内水冷换热器连接，连接的支路上顺序设有单向截止阀、电磁阀，并联结构中部的毛细管节流元件与车内风冷换热器连接，并且连接的支路上设有电磁阀，电磁阀的一端连接在毛细管节流元件和电磁阀之间，另一端连在单向截止阀和电磁阀之间；

所述四通换向阀包括两个，一个设在压缩机与车外风冷换热器之间，另一个设在压缩机与车内风冷换热器、车内水冷换热器、PV蒸发器之间，并且两个四通换向阀相连接，所述PV蒸发器与车内水冷换热器两端之间均设有热管，热管上设有电磁阀，所述逆变控制器电性连接PV蒸发器。