CN214841747U - 一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，包括光伏光热一体化模块，其通过管道与水箱和板式换热器连接，板式换热器分别与生活水箱和空调房间的末端设备连接；地源热泵机组，其通过管道分别与地埋管换热器和生活水箱连接；光伏光热一体化模块依次与蓄电池组、逆变器和公用电网连接，蓄电池组还与风力发电机组连接。利用太阳能光伏发电、风能发电及电能联合驱动，实现冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活用水，同时也在一定程度上解决了地源热泵的土壤热堆积问题，能够较好的解决复合系统供能的自给自足，最大程度的综合利用绿色可再生能源，降低了对传统能源的依赖。

Description

一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统

技术领域

本实用新型涉及再生能源利用领域，具体为一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

地源热泵系统是利用浅层地热能进行制热供冷的新型能源利用技术，被称为21世纪的“绿色空调技术”。地源热泵系统在运行过程中，自身会消耗大量的电能，例如地源热泵空调系统中的压缩机；在夏季运行时，需要将室内多余的热量通过地埋管换热器转移至地下，而由于土壤散热速率慢，使得地埋管周围的土壤温度升高而短时间内难以分散，即热量堆积现象，会阻碍地源热泵的传热效果，进而影响热效率。

实用新型内容

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的第一个方面提供一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，包括：

光伏光热一体化模块，其通过管道与水箱和板式换热器连接，板式换热器分别与生活水箱和空调房间的末端设备连接；光伏光热一体化模块的进水管道与地埋管换热器的出水端连接，光伏光热一体化模块的出水管道连接在地埋管换热器的出水管道上；

地源热泵机组，其通过管道分别与地埋管换热器和生活水箱连接；

光伏光热一体化模块依次与蓄电池组、逆变器和公用电网连接，蓄电池组还与风力发电机组连接。

地源热泵机组具有蒸发器和冷凝器。

蒸发器出水端通过管道连接第三水泵后与空调房间的末端设备相连接，空调房间末端设备的出水端通过管路与蒸发器回水端相连接。

冷凝器出水端通过管道与地埋管换热器的进水端相连接，地埋管换热器的出水端通过管道连接第四水泵后与热泵机组冷凝器的回水端相连接。

冷凝器出水端通过管道连接至生活水箱的进水端，生活水箱的出水端通过管道连接至冷凝器的回水端。

水箱通过管道连接第一水泵至光伏光热一体化模块的进水端；板式换热器通过管道连接第二水泵至水箱；板式换热器通过管道连接第五水泵至空调房间末端设备的进水管道；生活水箱通过第七水泵连接至板式换热器的进水端。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

利用太阳能光伏发电、风能发电及电能联合驱动，实现冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活用水，同时也在一定程度上解决了地源热泵的土壤热堆积问题，能够较好的解决复合系统供能的自给自足，最大程度的综合利用绿色可再生能源，降低了对传统能源的依赖。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型一个或多个实施例提供的整体结构示意图；

图中：1、光伏光热一体化模块，2、地埋管换热器，3、水箱，4、蓄电池组，5、风力发电机组，6、板式换热器，7、逆变器，8、公用电网，9、生活水箱，10、地源热泵机组，11、空调房间，12、中控系统，101、第一水泵，102、第二水泵，103、第三水泵，104、第四水泵，105、第五水泵，106、第六水泵，107、第七水泵，201、第一阀门，202、第二阀门，203、第三阀门，204、第四阀门，205、第五阀门，206、第六阀门，207、第七阀门，208、第八阀门，209、第九阀门。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术中所描述的，地源热泵系统在夏季出现的热堆积现象使得其热效率降低，且自身运行需要较多的电能，结合太阳能光伏发电、太阳能供热及风能等多种可再生能源自身的特点，以下实施例提出了一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统的硬件结构，使太阳能和地源作为两个联合使用的热源，利用光伏光热一体化模块和风力发电机组作为两个联合使用的电源，一方面解决了地源热泵系统夏季热堆积的问题，另一方面降低了地源热泵系统的能耗，还提高了地源热泵系统的热效率，具备自发电、冬季供暖、夏季供冷及全年制取生活热水的功能。

光伏光热一体化模块，是一种将光伏电池半导体材料的光伏效应和太阳能集热器的光热效应结合起来，把传统的光伏和光热两大模块有效的结合在一起，将太阳光辐射能直接转换为电能和热能的一种装置，具有光电转换效率高、集热效率高、安装方便、无污染、维护方便、使用寿命长等优点。

实施例一：

如图1所示，一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，包括：

光伏光热一体化模块1，其通过管道与水箱3和板式换热器6连接，板式换热器6分别与生活水箱9和空调房间11的末端设备连接；光伏光热一体化模块1的进水管道与地埋管换热器2的出水端连接，光伏光热一体化模块1的出水管道连接在地埋管换热器2的出水管道上；

地源热泵机组10，其通过管道分别与地埋管换热器2和生活水箱9连接；

光伏光热一体化模块1依次与蓄电池组4、逆变器7和公用电网8连接，蓄电池组4还与风力发电机组5连接。

地源热泵机组包括依次连接的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀，蒸发器出水端通过管道连接第六阀门206和第三水泵103后与空调房间11的末端设备相连接，空调房间末端设备的出水端通过管路连接第五阀门205与蒸发器回水端相连接。

冷凝器出水端通过管道连接第九阀门209与地埋管换热器2的进水端相连接，地埋管换热器的出水端通过管道连接第四水泵104后与热泵机组冷凝器的回水端相连接。

冷凝器出水端通过管道连接至生活水箱9的进水端，生活水箱9的出水端通过管道连接至冷凝器的回水端。

水箱3通过管道连接第一水泵101至光伏光热一体化模块1的进水端；板式换热器6通过管道连接第二水泵102至水箱3；板式换热器6通过管道连接第五水泵105至空调房间末端设备的进水管道；生活水箱9通过第七水泵107连接至板式换热器6的进水端。

上述复合系统中，对太阳能的利用包括五组循环：

Tg为光伏光热一体化模块1中的供水温度，Th为光伏光热一体化模块1中的回水温度。

(1)光伏光热一体化模块1、储热水箱3、板式换热器6、热泵供给管路、空调房间11、回水管路。即供热工况；

当光伏光热一体化模块中供水温度Tg大于45℃，利用太阳能直接供暖，第二阀门202、第三阀门203打开，第一水泵101、第二水泵102、第三水泵103、第五水泵105打开，地源热泵机组10关闭，其余阀门和水泵均关闭，此时，地源热泵机组10不开启，仅开启光伏光热一体化模块1加热热水，即仅利用太阳能实现供热。

(2)光伏光热一体化模块1、储热水箱3、板式换热器6、热泵供给管路、地源热泵机组10、空调房间11、回水管路。即供热工况；

当40℃<Tg<45℃，太阳能供热与热泵机组供热串联，光伏光热一体化模块1加热后的热水进入热泵机组冷凝器侧，第三阀门203、第四阀门204、第六阀门206、第九阀门209开启，所有水泵均开启，热泵机组开启，其余阀门均关闭；由光伏光热一体化模块1和地源热泵机组10共同加热热水；

当15℃<Tg<30℃，光伏光热一体化模块1加热后的热水进入地源热泵机组10的蒸发器，第五阀门205、第六阀门206、第七阀门207、第十阀门10开启，所有水泵均开启，地源热泵机组10开启，其余阀门均关闭；

当Tg小于15℃时，光伏光热一体化模块1停止运行，此时单独运行地源热泵供暖，第五阀门205、第六阀门206、第九阀门209开启，第三水泵103、第四水泵104开启，地源热泵机组10开启，其余阀门和水泵均关闭。

(3)光伏光热一体化模块1、储热水箱3、板式换热器6、热泵供给管路、地埋管换热器2、地源热泵机组10、热泵支管、地埋回水管。即供热工况时，当30℃<Tg<45℃，太阳能先加热埋管换热器2，后进入热泵机组，此时并联运行，第五阀门205、第六阀门206、第七阀门207、第八阀门208开启，水泵均开启，热泵机组开启，其余阀门均关闭；若太阳能向地埋管换热器蓄热时，第二水泵102、第五水泵105运行，第一阀门201、第七阀门207、第八阀门208开启，热泵机组关闭，其余阀门和水泵均关闭。

(4)光伏光热一体化模块1、储热水箱3、板式换热器6、热泵供给管路、生活用水水箱9、回水管路。太阳能系统和地源热泵机组全年供给生活热水，在阳光充足情况下优先利用太阳能，当太阳下山或连续阴雨天时则以地源热泵为主，从而实现对生活热水需求。

(5)光伏光热一体化模块、地埋管换热器出水侧支管、水泵、回水管。夏季单独运行地源热泵制冷时，由热泵机组的冷凝器的出水端经过第九阀门209流经地埋管换热器2向土壤放热，会产生热堆积现象，因此将流经地埋管换热器2出水侧的支管在夏季夜晚连接至太阳能光伏板，将白天散入土壤中的热量通过太阳能光伏板以辐射的方式将热量转移到周围空气和外部环境中。这样土壤温度在夜间能够得到较好的恢复，保证热泵机组在白天高效运。

与此同时，光伏光热一体化模块将一部分的太阳能转为高品质的电能，并储存在蓄电池组4中，蓄电池组4中的电能充裕时将剩余电能通过逆变器7并入公用电网8或者直接向地源热泵机组10和水泵等耗电设备供电，电力不足时，由公用电网8向地源热泵机组10供电，以最大程度的降低对市电电能的消耗。同时，风力发电机机组5也连接至蓄电池组4。

中控系统12用于上述所有阀门和水泵的控制，并且还用于光伏光热一体化模块和地源热泵机组的启动/关闭。

以上对冬季供暖、夏季制冷、全年提供生活用水及供电的运行模式做了说明，同时也在一定程度上解决了地源热泵的土壤热堆积问题，证实了通过本实用新型的技术方案能够较好的解决此复合系统供能的自给自足，最大程度的综合利用绿色可再生能源，降低了对传统能源的依赖，该系统具有重要的经济和社会意义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：包括：

光伏光热一体化模块，其通过管道与水箱和板式换热器连接，板式换热器分别与生活水箱和空调房间的末端设备连接；光伏光热一体化模块的进水管道与地埋管换热器的出水端连接，光伏光热一体化模块的出水管道连接在地埋管换热器的出水管道上；

地源热泵机组，其通过管道分别与地埋管换热器和生活水箱连接；

光伏光热一体化模块依次与蓄电池组、逆变器和公用电网连接，蓄电池组还与风力发电机组连接。

2.如权利要求1所述的一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：所述地源热泵机组具有蒸发器和冷凝器。

3.如权利要求2所述的一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：所述蒸发器出水端通过管道连接第三水泵后与空调房间的末端设备相连接。

4.如权利要求3所述的一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：所述空调房间末端设备的出水端通过管路与蒸发器回水端相连接。

5.如权利要求2所述的一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：所述冷凝器出水端通过管道与地埋管换热器的进水端相连接。

6.如权利要求5所述的一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：所述地埋管换热器的出水端通过管道连接第四水泵后与热泵机组冷凝器的回水端相连接。

7.如权利要求2所述的一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：所述冷凝器出水端通过管道连接至生活水箱的进水端，生活水箱的出水端通过管道连接至冷凝器的回水端。

8.如权利要求1所述的一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：所述水箱通过管道连接第一水泵至光伏光热一体化模块的进水端。

9.如权利要求1所述的一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：所述板式换热器通过管道连接第二水泵至水箱；板式换热器通过管道连接第五水泵至空调房间末端设备的进水管道。

10.如权利要求1所述的一种多能源联合驱动的太阳能与地源热泵复合系统，其特征在于：所述生活水箱通过第七水泵连接至板式换热器的进水端。

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