CN210154106U - 一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统 - Google Patents

Abstract

一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统，属于光伏光热技术领域。系统包括：光伏光热模块、铜管冷凝器、微通道冷凝器、储热水箱、风机、光伏电力控制模块以及相变储能模块。本实用新型系统可实现供电、供热水和采暖三种功能，通过两种不同冷凝器与光伏光热模块中热管蒸发器连通，构成双冷凝器热管结构。其中铜管冷凝器与水箱结合成冷凝器水箱，在非采暖季为建筑提供热水和电能，而微通道冷凝器与风机构成风机冷凝器，风机由与光伏光热模块电能输出后端的光伏电力控制模块供电，在采暖季为建筑室内提供热量和电能；本实用新型进一步使用相变储能材料平衡稳定室内热量，使室内保持恒定温度。本实用新型具有小型化、易与建筑结合等特点，可根据不同季节光照特点，实现多功能输出满足建筑不同需求。

Description

一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统

技术领域

本发明属于光伏光热技术领域，具体涉及一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统。

背景技术

针对建筑能耗的持续增长，太阳能与建筑一体化技术的提出在一定程度上缓解了传统能源快速消耗的压力。然而，当前的太阳能系统在实际应用中多为实现单一发电或热水功能，如分布式光伏发电系统、太阳能热水器等，通常光伏电池效率不到15％，其余太阳能被转换成热量放出，导致光伏电池温度升高会引起光电转换效率下降；太阳能热水器效率较高但得到的能量品质较低。因此可实现光电、光热多功能输出的光伏光热综合技术成为了现阶段的研究重点。

目前光伏光热模块多采用空气和水冷却形式降温，但空气冷却型因为空气的低密度和低热容造成的光伏光热模块工作温度高，光电光热综合效率低，而水冷型不得不面对寒冷季节的结冻问题。而热管光伏光热模块的提出解决了以上问题，为光伏光热模块的实际应用提供了可行性方案。

中国专利《一种环路热管光伏光热一体墙》(申请号：CN201410744383)公开了一种将环路热管镶嵌入墙体内，可实现提供生活热水的方法。中国专利《一种平板热管光伏光热一体化集热器》(申请号：CN 201510905270.1)公开的系统同样也可提供生活热水。目前公开的热管光伏光热系统多为单一的热水功能，能量利用效率低，无法满足用户对于多功能的实际需求。

发明内容

针对现有技术热管光伏光热系统功能单一、技术开发不足的问题，本发明提供一种基于双冷凝器实现能量多功能利用的热管光伏光热系统。该系统将两种类型的热管冷凝器与同一蒸发器结合，可实现发电、热水和采暖三种作用功能，进一步引入相变储能模块，实现能源的合理利用。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统，其特征在于，包括光伏光热模块、第一冷凝器、储热水箱、风机、第二冷凝器以及光伏电力控制模块；其中：所述光伏光热模块包括经封装的光伏组件和传导光伏组件产生热量的热管蒸发器，用于提供电力输出和热量输出；所述第一冷凝器和第二冷凝器分别通过管道与光伏光热模块中的热管蒸发器连通，并且第一冷凝器和储热水箱组成冷凝器水箱，第二冷凝器与风机组成风机冷凝器；在非采暖季，热管蒸发器中液态冷媒吸收太阳能后蒸发成冷媒蒸汽经管道到达第一冷凝器中与储热水箱内的水发生热交换以提供热水；在采暖季，热管蒸发器中液态冷媒吸收太阳能后蒸发成冷媒蒸汽，经管道到达第二冷凝器并在风机作用下与室内空气进行热交换以加热室内空气；所述光伏电力控制模块与光伏光热模块相连，用于储存光伏光热模块输出的直流电能并将直流电能逆变为交流电能供给用电设备或者风机。

进一步地，所述热管光伏光热系统还包括相变储能模块，所述相变储能模块安装在室内；在光照较强使得室内温度过高时，储存多余热量；在光照较弱使得室内温度过低时，释放储存的热量，使室内保持恒定温度，达到平衡室内环境，充分利用能源的作用。

进一步地，所述风机冷凝器安装在室内,光伏光热模块和水箱冷凝器安装在室外。

进一步地，所述光伏光热模块具体包括玻璃盖板、空气层、封装光伏电池片、吸热板、热管蒸发器、保温层和框架；所述热管蒸发器层压于吸热板背部，保温层置于热管蒸发器下方，封装光伏电池片周围采用玻璃盖板和框架固定和支撑。

进一步地，所述热管蒸发器的选择包括铜管和微通道换热器，优选为微通道换热器。

进一步地，所述封装光伏电池片具体是通过光伏电池片、TPT和EVA层压而成。

进一步地，所述吸热板为玻璃基板,第一冷凝器为铜管冷凝器,第二冷凝器优选为微通道冷凝器。

进一步地，所述热管蒸发器至第一冷凝器的入口端和第二冷凝器的入口端设置气相管；在通向第一冷凝器的入口端的气相管上设置第一阀门，所述第一冷凝器出口端至热管蒸发器设置第一液相管，所述第一液相管上设置第二阀门，所述第一阀门和第二阀门同时开启，使得冷媒蒸汽进入第一冷凝器，此时系统工作在热水模式；在通向第二冷凝器的入口端的气相管上设置第三阀门，所述第二冷凝器出口端至热管蒸发器设置第二液相管，所述第二液相管上设置第四阀门；所述第三阀门和第四阀门同时开启，使得冷媒蒸汽进入第二冷凝器，此时系统工作在采暖模式。系统根据不同季节，可通过阀门开关实现热水和采暖功能的自由转换：

更进一步地，第一阀门和第二阀门打开，第三阀门和第四阀门关闭，热管蒸发器中液态冷媒吸收太阳能后蒸发成冷媒蒸汽，经管道到达第一冷凝器中与储热水箱内的水发生热交换以提供热水。

更进一步地，第一阀门和第二阀门关闭，第三阀门和第四阀门打开，热管蒸发器中液态冷媒吸收太阳能后蒸发成冷媒蒸汽，经管道到达第二冷凝器中在风机作用与室内空气发生热交换以加热室内空气。

进一步地，所述光伏电力控制模块包括太阳能蓄电池和太阳能逆控一体机构成，用于储存光伏产生的直流电能，同时可将直流电能逆变为交流电能供建筑或风机使用。

本发明系统的技术构思如下：

采用光伏光热模块为系统提供电力支持或电力输出以及为生产热水和采暖提供热源，输出电能通过光伏电力控制模块储存以及逆变为交流电能供给，通过管道将光伏光热模块中热管蒸发器分别与两个冷凝器相连，其中第一冷凝器与储热水箱组成冷凝器水箱，在光照强度较高的非采暖季，不消耗额外动力的前提下，为建筑提供热水，第二冷凝器与风机组成风机冷凝器，在光照较弱的采暖季，为建筑提供采暖，并且风机的转速通过光伏电力控制模块控制，实现与冷凝器输出热量智能匹配。进一步地，本发明还在室内设置相变储能模块，根据室内室温，自动储热和放热，达到平衡室内温度，合理利用能量的目的。

相比现有技术，本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的系统采用双冷凝器热管结构，与现有的单一热水或采暖功能相比，本发明系统能够实现全季节供电、在非采暖季供应热水以及在采暖季实现室内采暖功能，实现了系统的多功能化。

2、本发明提供的系统采用风机微通道冷凝器对房间空气进行加热，其中的微通道冷凝器的特殊微槽道结构可加大管内两相流的换热速率；而微通道外型扁平表面可与冷却风充分接触，解决了传统铜管风冷冷凝器的空气扰流问题；微通道管内外换热系数同时增大，增强了冷凝器整体换热能力，提高了光伏光热模块的光热效率。

3、本发明提供的系统中采用光伏光热模块直供风机控制转速及风速，使微通道冷凝器的换热能力与光照强度智能匹配，节约电消耗；

4、本发明提供的系统中引入相变储能模块，可及时储存和释放热量，可平衡室内温度受光照强度影响的变化，更加合理的利用能量。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供系统中双冷凝器与热管蒸发器连接的结构示意图；

图3为本发明实施例提供系统在热水模式下的热管光伏光热模块平面图；

图4为本发明实施例提供系统在采暖模式下的热管光伏光热模块平面图；

图5为本发明实施例提供系统的相变储能模块和光伏电力控制模块平面图；

图中，1为光伏光热模块，2为玻璃盖板，3为空气层，4为光伏电池片，5为吸热板，6为热管蒸发器，7为保温层，8为框架，9为气相管，10为第一阀门，11为冷凝器水箱，12 为第一冷凝器，13为储热水箱，14为第二阀门，15为第一液相管，16为第三阀门，17为风机冷凝器，18为第二冷凝器，19为风机，20为第四阀门，21为第二液相管，22为相变储能模块，23为房间墙体，24为光伏电力控制模块，25为太阳能蓄电池，26为太阳能逆控一体机。

具体实施方式

为了使得所属领域技术人员能够更加清楚本发明方案及原理，下面结合附图和具体实施例进行详细描述。本发明的内容不局限于任何具体实施例，也不代表是最佳实施例，本领域技术人员所熟知的一般替代也涵盖在本发明的保护范围内。

实施例1；

本实施例提供

如图1所示，本发明的一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统，包括：光伏光热模块1、冷凝器水箱11、风机冷凝器17、相变储能模块22和光伏电力控制模块24；光伏光热模块1 主要部件为玻璃盖板2，空气层3，光伏电池片4，吸热板5，热管蒸发器6，保温层7和框架8整体封装而成。光伏电池片4铺设于吸热板5的上面，而热管蒸发器6贴附于吸热板5 背面，保温层7置于热管蒸发器6下方，所述光伏光热模块1的各部件通过玻璃盖板2和框架8封装在一起。热管蒸发器6优选为微通道换热器，吸热板5优选为玻璃基板；光伏光热模块1是全季节运作，其作用是为第一冷凝器12、第二冷凝器18和风机19提供热源和电力；

如图2所示，与光伏光热模块1中热管蒸发器6相连的双冷凝器为本发明的主要创新部分，本实施例中与储热水箱13进行换热的第一冷凝器12选择铜管冷凝器，而通过风机19作用与室内空气进行换热的第二冷凝器18优选为微通道冷凝器，第一冷凝器12与储热水箱13 构成冷凝器水箱11，风机19和第二冷凝器18构成风机冷凝器17；冷凝器水箱11和风机冷凝器17与同一蒸发器即热管蒸发器6相连；

如图3所示，在非采暖季，系统主要工作在热水模式，此时第一阀门10和第二阀门14 打开，而第三阀门16和第四阀门20关闭，热管蒸发器6内的液态冷媒吸收太阳能后蒸发变成冷媒蒸汽，所述冷媒蒸汽经气相管9通过第一阀门10进入第一冷凝器12中，与储热水箱13内的水发生热交换，释放热量后重新变成液态冷媒，然后沿着第一液相管15重新回到热管蒸发器6，完成一次热力循环，此过程主要为建筑提供热水；

如图4所示，在采暖季，系统主要工作在采暖模式，此时第三阀门16和第四阀门20打开，而第一阀门10和第二阀门14关闭，热管蒸发器6内的液态冷媒吸收太阳能后蒸发变成冷媒蒸汽，所述冷媒蒸汽经气相管9通过墙体23和第三阀门16进入第二冷凝器17中，冷媒蒸汽在第二冷凝器18中释放热量后重新变成液态冷媒，此时光伏光热模块1通过光伏电力控制模块24为风机19供电，在风机19作用下管内冷媒蒸汽冷凝释放的热量与室内空气以强迫对流方式进行热交换，冷凝后的冷媒沿着第二液相管21回到热管蒸发器6，完成一次热力循环。

如图5所示，在采暖季，系统主要工作在采暖模式时，此时可运行相变储能模块22，其核心元件为封装有相变材料的相变单元，通过选择相变温度在17℃～22℃，最适为18℃的相变材料来控制室内温度维持在舒适温度，当日照强烈使得室内温度高于舒适温度时，即室内温度高于相变材料的相变温度时，相变材料开始吸热融化，相变储能模块22储存热量；当日照不足使得室内温度低于舒适温度时，即室温低于相变材料相变温度时，相变储能模块22放热继续为室内提供热量以维持室温。相变储能模块22的引入能够起到平衡室内温度的作用。

本发明系统中光伏光热模块1安装室外，采集太阳能，；第一冷凝器12与储热水箱13结合安装在室外；而第二冷凝器18与风机19结合安装在室内；相变储能模块22适合安装在室内；本发明提出的系统安装方便，非常适合与建筑相结合，可根据不同季节光照特点，实现多功能输出满足建筑内用户的不同需求。

以上结合附图对本发明的实施例进行了详细阐述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护。

Claims (6)

1.一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统，其特征在于，包括光伏光热模块(1)、第一冷凝器(12)、储热水箱(13)、风机(19)、第二冷凝器(18)以及光伏电力控制模块(24)；其中：所述光伏光热模块(1)包括玻璃盖板(2)、空气层(3)、封装光伏电池片(4)、吸热板(5)、热管蒸发器(6)、保温层(7)、框架(8)，封装光伏电池片(4)层压在吸热板(5)上面，热管蒸发器(6)层压在吸热板(5)的背面，保温层(7)置于热管蒸发器(6)下方，所述光伏光热模块(1)的各部件通过玻璃盖板(2)和框架(8)封装在一起，此模块用于提供电力输出和热量输出；所述第一冷凝器(12)和第二冷凝器(18)分别通过气相管(9)与光伏光热模块(1)中的热管蒸发器(6)连通，并且第一冷凝器(12)和储热水箱(13)组成冷凝器水箱(11)，第二冷凝器(18)与风机(19)组成风机冷凝器(17)；在非采暖季，热管蒸发器(6)中液态冷媒吸收太阳能后蒸发成冷媒蒸汽经管道(9)到达第一冷凝器(12)中与储热水箱(13)内的水发生热交换以提供热水；在采暖季，热管蒸发器(6)中液态冷媒吸收太阳能后蒸发成冷媒蒸汽，经管道(9)穿过房间墙体(23)到达第二冷凝器(18)并在风机(19)作用下与室内空气进行热交换以加热室内空气；所述光伏电力控制模块(24)由太阳能蓄电池(25)和太阳能逆控一体机(26)组成，其与光伏光热模块(1)相连，用于储存光伏光热模块(1)输出的直流电能并将直流电能逆变为交流电能供给用电设备或者风机(19)。

2.根据权利要求1所述的一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统，其特征在于，所述吸热板(5)为玻璃基板，所述热管蒸发器(6)为微通道换热器。

3.根据权利要求1所述的一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统，其特征在于，所述热管蒸发器(6)至第一冷凝器(12)的入口端和第二冷凝器(18)的入口端设置气相管(9)；在通向第一冷凝器(12)的入口端的气相管(9)上设置第一阀门(10)，所述第一冷凝器(12)出口端至热管蒸发器(6)设置第一液相管(15)，所述第一液相管(15)上设置第二阀门(14)，所述第一阀门(10)和第二阀门(14)同时开启，使得冷媒蒸汽进入第一冷凝器(12)，此时系统工作在热水模式；在通向第二冷凝器(18)的入口端的气相管(9)上设置第三阀门(16)，所述第二冷凝器(18)出口端至热管蒸发器(6)设置第二液相管(21)，所述第二液相管(21)上设置第四阀门(20)；所述第三阀门(16)和第四阀门(20)同时开启，使得冷媒蒸汽进入第二冷凝器(18)，此时系统工作在采暖模式。

4.根据权利要求1所述的一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统，其特征在于，所述第一冷凝器为铜管冷凝器；所述第二冷凝器为微通道冷凝器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统，其特征在于，所述风机(19)安装在室内；所述光伏光热模块(1)安装在室外；所述第一冷凝器(12)与储热水箱(13)结合安装在室外。

6.根据权利要求1所述的一种基于双冷凝器的热管光伏光热系统，其特征在于，所述热管光伏光热系统还包括相变储能模块(22)，其由相变温度范围为17℃～22℃的相变材料制成，所述相变储能模块(22)安装在室内。

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